Kur un kāpēc mēs izmantojam fāzu maiņas transformatorus?

Web Apps of the Future with React by Neel Mehta (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Pielietojuma pamatprincips

Sakarā ar pārsvarā induktīvo enerģijas sistēmas raksturu, aktīvā jaudas plūsma starp avotu un slodzi ir jāveic ar fāzu aizkavi starp spailēm. Faktiska pārnesuma transformatori ir vēlamais līdzeklis šī mērķa sasniegšanai.

Kur un kāpēc mēs izmantojam fāzu maiņas transformatorus (fotoattēlu kredīts: BTW Atlanta)

Divas galvenās konfigurācijas ir īpaši interesantas:

  1. Jaudas plūsma starp pārvades sistēmām, kas darbojas paralēli, ja vienā sistēmā ir PST un
  2. Ja viena pārvades līnija, kas ietver PST, savieno divas citādi neatkarīgas energosistēmas.

Pēdējais faktiski ir pirmais īpašs gadījums, bet mūsdienās tas ir kļuvis nozīmīgāks lielu sistēmu savienojumam . Par sekojošiem apsvērumiem tiek pieņemts, ka ohmiskā pretestība R ir maza, salīdzinot ar reaktīvo pretestību X, un tādēļ tā ir bijusi novārtā.

Situācija - Viena praktiska pamata situācija ir tāda, ka vieta, kur vajadzīga jauda (slodzes pusē), ir savienota ar avota pusi caur divām sistēmām, kurām nav obligāti jābūt vienādam nominālā sprieguma līmenim.

Sk. 1. attēlu.

1. attēls. Paralēlās sistēmas

Bez jebkāda papildu pasākuma strāvu I 1 un I 2 sadala proporcionāli sistēmu pretestības attiecībai,

I 1 = I × X 2 / (X 1 + X 2 )
I 2 = I × X 1 / (X 1 + X 2 )

un nav šaubu, ka sistēma 2 ņemtu tikai nelielu daļu no slodzes, jo abās transformatoros ir papildu pretestība šajā nozarē.

Ja enerģijas plūsma sistēmā 2 jāpalielina, jāievieš papildu spriegums ΔV, lai kompensētu sistēmas 2 palielināto sprieguma kritumu.

Pieņemot, ka aktīvā jauda jāpiegādā slodzes pusē un ņemot vērā sistēmu induktīvo raksturu, šim spriegumam ir jābūt 90 ° fāzu novilcinājumam pret sistēmas spriegumu no līnijas līdz zemei ​​(V L ) .

Principā ΔV avotu var uzstādīt katrā no abām sistēmām. 2. attēlā parādīti abu veidu sprieguma diagrammas. Attēls 2a atbilst 1. attēlam, kad PST ir uzstādīts 2. sistēmā, sistēmā ar lielāku pretestību. Papildu spriegums samazina sistēmas 2 sprieguma kritumu līdz sistēmas 1. spriegumam.

Spriegums PST V L * izejas vai slodzes pusē noved pie sprieguma ieejas vai avota pusē VS. Pēc definīcijas to sauc par progresīvu fāzes leņķi. Ja PST tika uzstādīts 1. sistēmā (2.b attēls), papildu spriegums palielinātu sprieguma kritumu līdz sistēmas 2. līmenim.

Šajā gadījumā slodzes spriegums V L * atpaliek avota sānu spriegumā V S, un tas tiek definēts kā palēninājuma fāzes leņķis. Kā redzams no diagrammām, uzlabots fāzes leņķis samazina kopējo leņķi starp avotu un slodzes pusi.

2. attēls. Paralēlu sistēmu bezslodzes strāvas diagramma

Otrais svarīgais pieteikums ir PST izmantošana, lai kontrolētu jaudas plūsmu starp diviem lieliem neatkarīgiem tīkliem (3. attēls). Uzlabots fāzes leņķis ir nepieciešams, lai sasniegtu aktīvās jaudas plūsmu no sistēmas 1 uz 2. sistēmu.

3. attēls - divu sistēmu savienojums

Fāzu maiņu transformatoru veidi

Vispārējie aspekti

Vispārējais princips, lai iegūtu fāzes nobīdi, ir balstīts uz vienas fāzes segmenta savienošanu ar citu posmu. Lai iegūtu 90 ° papildu spriegumu ΔV, ar delta savienotu vijumu tiek izmantots visvienkāršākais risinājums.

4. attēlā parādīts iespējamais risinājums un tiek izmantots, lai ieviestu dažas pamata definīcijas. V 2 - V 3 fāzes sekundārais tinums tiek sadalīts divās daļās un tiek savienots virknē ar fāzi V 1 . Izstrādājot šo tinumu kā regulējošo tinumu un izmantojot tukšgaitas pārslēga mainītājus (OLTC), ΔV un fāzes maiņas leņķi var mainīt zem slodzes.

Phasor diagramma ir uzzīmēta bez slodzes apstākļiem, ti, neņemot vērā sprieguma kritumu vienībā. Jāatzīmē arī, ka strāvas abās sērijas tinumu daļās nav fāzes.

Tas atšķiras no normālas jaudas transformatoriem un rada sekas attiecībā uz iekšējo neprognozējamo lauku.

4. attēls - vienpakāpju simetrisks PST - fāzu maiņas transformators

V S1 = V 10 + (ΔV 1/2)

V L1 = V 10 - (ΔV 1/2)

ΔV 1 = V S1 -V L1

No phasor diagrammas (4.b attēls) seko (V S1 = V L1 = V):

V 0 = V × cos (α / 2)

ΔV = V × 2 × sin (α / 2)

V Δ = V × cos (α / 2) × √3

un ar I S = I L = I, daļa no strāvas, kas tiek pārnesta uz aizraujošo tinumu, ir:

I Δ = (ΔV / V Δ ) × I × cos (α / 2) = I × (2 / √3) × sin (α / 2)

Pārsvaru var aprēķināt no

P SYS = 3 × V × I

un nominālā konstrukcijas jauda, ​​kas nosaka PST lielumu, kļūst par

P T = 3 × ΔV × I = P SYS × 2 × sin (α / 2)

Trešais enerģijas veids (P Δ ) ir jauda, ​​kas tiek pārsūtīta sekundārajā ķēdē. Šī jauda atšķiras no PT, jo daļa no primārās strāvas tiek kompensēta starp divām sērijas vītņu daļām.

Ar divu kodolu dizainu (vienādojums ΔV 1 = V S1- V L1 ) šī jauda nosaka arī nepieciešamo OLTC pārrāvuma spēju.

P Δ = V Δ × I Δ = 1/3 × P SYS × sin (α)

Papildus nodotajai jaudai ir svarīgi arī fāzu maiņas leņķis.

Fāžu pārejas leņķis 20 ° nozīmē, ka PST ir jāprojektē 34, 8% no caurlaides spējas, un 40 ° leņķis prasīs 68, 4%. Šajā sakarā jāņem vērā, ka faktiskais fāzu maiņas leņķis zem slodzes ir mazāks par slodzes pakāpi bez slodzes.

Optimālā gadījumā, ja slodzes jaudas koeficients ir tuvu 1, PST pretestība 15% samazinātu slodzes fāzes maiņas leņķi par 8, 58.

Praksē ir iespējami dažādi PST dizaina risinājumi. Galvenie faktori, kas ietekmē izvēli:

  1. Nepieciešamā jaudas jauda un fāzu maiņas leņķis
  2. Nominālais spriegums
  3. Savienoto sistēmu īsslēguma spēja
  4. Piegādes ierobežojumi
  5. Ielādēt slēdži-pārslēdzēju veiktspējas specifikāciju

Turklāt var būt nozīme arī ražotāja izvēlei attiecībā uz transformatora (kodola vai čaulas) vai tinumu veida un citu konstrukcijas raksturlielumu veidu.

Atkarībā no reitinga tiek izmantoti vienas vai divu kodolu dizaini. Divi dizaina elementi var prasīt vai nu viena tvertne, vai divu tvertņu konstrukcija.

Viena kodola dizains

Simetriski nosacījumi tiek iegūti, izmantojot 4.a attēlā aprakstīto dizainu. Attēlā 5a un 5.b attēlā parādīti vispārīgie pieslēguma shēmas ar detaļām par regulējošo ķēdi .

Vienkodolu dizaina priekšrocība ir vienkāršība un ekonomija. Bet ir arī vairāki trūkumi.

Trūkumi - OLTC ir pievienoti sistēmai un tieši pakļauti visiem pārspriegumiem un kļūmēm . Spriegums uz vienu OLTC soli un strāvu tiek noteikts pēc specifikācijas un ne vienmēr ļauj optimāli un ekonomiski izvēlēties OLTC. PST īssavienojuma pretestība svārstās no maksimālā līdz nullei.

Tāpēc nevar plānot, ka PST palīdzēs ierobežot kļūdas straumes sistēmā.

Simetriskā dizaina priekšrocība (5.a attēls) ir tāda, ka fāzu maiņas leņķis ir vienīgais parametrs, kas ietekmē strāvas plūsmu. Dizainam nepieciešamas divas vienfāzes OLTC (zemu vērtējumu gadījumā tā vietā var izmantot vienu divfāžu OLTC) katrā fāzē vai divās trīs fāzēs.

5. attēls. A) Viena kodola simetriskā PST (b) Viena kodola nesimetriskā PST

5.b attēlā parādīts nesimetrisks risinājums. Izmanto tikai pusi regulējošo tinumu. Nepieciešamo OLTC skaits ir samazināts, bet attiecība starp avota spriegumu un slodzes spriegumu mainās ar fāzes maiņas leņķi un papildus ietekmē strāvas plūsmu.

Risinājums, ko bieži izmanto transformatoriem, kas savieno divas sistēmas, parādīts 6. attēlā.

Regulējošā transformatora pieslēgšanas vītni var pieslēgt citai fāzei, izraisot sprieguma maiņu starp regulējamo vītni un citiem iekārtas tinumiem.

6. attēls. Regulējošais transformators ar PST efektu

Regulējamais tinums parasti ir savienots ar avota pusē, bet ir iespējams arī netiešs kravas nodalījuma regulējums. Pāreja no normālā transformatora stāvokļa uz fāzu maiņas stāvokli ir iespējama OLTC vidējā pozīcijā, bez nepieciešamības izslēgt ierīci.

Cits risinājums simetriskam PST, delta-sešstūrajam fāzu virzošajam transformatoram, parādīts 7. attēlā.

Attēls 7 - Delta-sešstūra PST

Divu galveno dizainu

Visbiežāk lietotais divu kodolu dizaina ķēde ir parādīta 8. attēlā. Šī konfigurācija sastāv no sērijas vienības un galvenās vienības. Mazākiem novērtējumiem un zemākiem spriegumiem divkodolu PST var būt iebūvēti vienā tvertnē, bet lielākiem reitingiem un augstākas sprieguma PSTs ir nepieciešams divu tvertņu dizains.

Divi dizaina priekšrocība ir elastība, izvēloties pakāpienu spriegumu un regulējošās tinuma strāvu . Tos var optimizēt atbilstoši OLTC sprieguma un strāvas vērtībām.

Tā kā OLTCs ir ierobežojis pašreizējos reitingus un pakāpju spriegumus uz vienu fāzi, kā arī ierobežotu pārslēgšanas jaudu, tie ir galvenie ierobežojošie elementi maksimālajam iespējamam PST novērtējumam. Var būt nepieciešams izmantot vairāk nekā vienu OLTC vienu fāzi ļoti lieliem reitingiem.

8. attēls - divu kodolu PST

Līdz noteiktai vērtībai var izmantot trīsstāvu OLTC. Lai iegūtu augstākus reitingus, ir nepieciešami trīs vienpostveida OLTC. OLTC izolācijas līmenis nav atkarīgs no sistēmas sprieguma, un to var turēt zemā līmenī. Īssavienojuma pretestība ir galveno un sērijveida transformatoru pretestības summa.

Tā kā seriālās vienības pretestība ir nemainīga un neatkarīga no fāzes leņķa, ierīci var veidot tā, lai tā būtu pašaizsardzība, un pretestības variāciju ar fāzu maiņas leņķi var mazināt, ja galvenās ierīces pretestība tiek turēti zemi.

Quadrature Booster transformatori

Quadrature pastiprinātāji transformatori ir regulējoša jaudas vai automātiskā transformatora kombinācija ar pakāpeniski mainīgu transformatoru. PST, kas var būt viens vai divu kodolu dizains, tiek piegādāts no strāvas transformatora regulētās puses (9. attēls).

10. attēls. Kvadrātiskās frekvences pastiprinātāja vienkāršota savienojuma shēma

Ar šo metodi izejas spriegumu var regulēt četru kvadrantu (lieluma un fāzes) attiecībās.

Atsauce // Leonard L. Grigsby elektroenerģijas ražošanas rokasgrāmata (Iegādājies Amazon papīru)

Saistītie elektriskie ceļveži un izstrādājumi

MEKLĒŠANA: raksti, programmatūra un ceļveži