Схема и принцип работы РПН трансформатора

В трансформаторах и автотрансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) применена схема и система контактов, которая позволяет переключать число витков обмотки без разрыва электрической цепи.

Регулирование напряжения в трансформаторах под нагрузкой производится на стороне высшего напряжения в пределах ±10% от номинального напряжения восемью ступенями по 2,5%, т. е. в диапазоне ±4х2,5%.

При РПН переход с одного ответвления обмотки на другое без разрыва тока в питающей сети возможен благодаря применению системы двух параллельных переключающих ответвлений (П1 и П2), замкнутых на токоограничивающий реактор Р, средняя точка которого включена в обмотку трансформатора. Реактор представляет собой трехфазную индуктивную катушку со стальным сердечником, имеющим зазоры. Он устанавливается внутри бака трансформатора на верхних или нижних консолях ярма.

На рис. 1 показана принципиальная схема встроенного РПН для обмоток высшего напряжения 35 кВ для одной фазы трансформатора. Схема для обмоток 110 кВ отличается тем, что регулировочные катушки находятся не в середине обмотки, а в нейтрали и звезда образуется соединением средних точек реакторов трех фаз.

Следует отметить, что встроенное регулирование напряжения под нагрузкой в автотрансформаторах осуществляется в средней части обмоток, а не со стороны нейтрали.

На рис. 2 показана последовательность переключения о одного ответвления на другое (с контакта А6 на контакт А7) без разрыва питающей сети.

Работа РПН трансформатора

Вначале размыкается контактор К2, затем обесточенная ветвь переключателем П2 переводится на контакт А7. После этого вновь включается контактор К2, в результате чего переключающая секция, через контакты А6 и А7 теперь оказывается замкнутой на себя. Для ограничения тока в этой секции и служит реактор Р. Затем размыкается контактор K1 верхней параллельной ветви и обесточенный переключатель П1 тоже переводится на контакт А7. После этого включается контактор K1 и процесс переключения одной ступени заканчивается.

Необходимая последовательность работы контактора и переключателей достигается соответственной установкой кулачковой шайбы.

Устройства РПН снабжают приводным механизмом, который приводится в действие электродвигателями постоянного или переменного тока.

Переключение ступеней РПН производится дистанционно со щита управления, а также может производиться автоматически под действием реле напряжения. Кроме того, предусматривается возможность ручного управления при помощи рычажной рукоятки в случае неисправности моторного привода или отсутствия электропитания.

При работе переключающего устройства от моторного привода одно полное переключение на соседнюю ступень продолжается около 3 секунд.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Регулирования напряжения под нагрузкой – РПН трансформатора

Различное оборудование, потребляющее электрический ток и подключаемое через трансформатор, требует индивидуальных параметров напряжения. Рассмотрим понятие РПН трансформатора, особенности его конструкции и регулировки, прочие сопутствующие вопросы.

Что такое РПН

РПН называют устройство регулирования напряжения под нагрузкой. Данный блок позволяет изменять характеристики напряжения агрегата без отключения трансформатора.

Иногда характеристики сети требуется изменить в процессе эксплуатации, не отключая агрегат, или параметры варьируются в ходе подачи тока. Чтобы обеспечить надлежащий режим подачи напряжения в трансформаторах применяется РПН.

В зависимости от напряжения и мощностных характеристик трансформатора, РПН может изменять коэффициент трансформации от 10 до 16 процентов.

Особенности конструкции, принцип действия

РПН, не смотря на характер действия и выполняемую функцию, не следует относить к реле. Но данное устройство отличается простым принципом действия.

На каждой из фаз трансформатора устанавливаются по два подвижных контакта. Один из них прижат к витку катушки, обеспечивающему заданную величину напряжения. При переводе, второй контакт прижимается к витку, изменяющему указанное значение. Включение может производиться вручную или с использованием привода.

Конструкция устройства отличается, в зависимости от его типа. Но основной принцип предполагает изменение количества работающих витков на первичной катушке трансформатора.

Классификация

Различают несколько типов РПН, отличающихся следующими характеристиками:

В зависимости от способа коммутации тока, существуют следующие разновидности устройств:

Чтобы обеспечить безопасность и функциональность РПН, они снабжаются автоматическими контролирующими элементами и регуляторами напряжения.

Кроме указанных устройств, для изменения характеристик напряжения в мощных агрегатах могут применяться специальные вольтодобавочные трансформаторы. Данное оборудование подключается последовательно и используется вместе с основным агрегатом в качестве вспомогательного. Но указанный способ не получил широкого применения в связи с дороговизной и высокой сложностью схемы.

Защита РПН

Для обеспечения штатной работы устройства применяется газовая защита. Выполняется дополнительная ёмкость (расширитель), соединённая с основной масляной средой трансформатора специальным каналом, в котором установлено реле и сигнальный элемент.

При незначительном газообразовании сигнальный элемент указывает на снижение уровня масла. В случае выброса, расширившееся масло вытесняется в расширитель. Если интенсивность выброса достигает установленного значения, срабатывает реле, отключая трансформатор. Таким способом предохраняется от разрушения контакторы РПН.

Преимущества и недостатки регулирования посредством РПН

Преимущества регулирования без отключения нагрузки в возможности поддержания параметров сети на выходе трансформатора на заданном уровне при изменении характеристик подаваемого напряжения. Также это устройство позволяет регулировать параметры, с учётом необходимой величины. Выполнение указанных функций достигается без отключения агрегата.

Недостатки связаны с необходимостью усложнения конструкции трансформатора, связанной с использованием дополнительных элементов. Одновременно снижается надёжность работы агрегата, увеличивается его масса и габаритные размеры.

Как проводится регулировка

Рассмотрим процесс регулировки напряжения на схеме реакторного РПН.

Устройство работает следующим образом:

Последующие переключения производятся в аналогичном порядке.

Применение РПН значительно расширяет вариативные возможности трансформаторов и обеспечивает изменение характеристик напряжения, подаваемого на потребляющие устройства без отключения подачи тока.

Регулирование напряжения без нагрузки: Переключение без возбуждения – ПБВ

Более подробное описание РПН можно найти здесь: Читать подробнее

Источник

Устройство и обслуживание РПН трансформаторов

Устройства регулирования напряжения трансформаторов (ПБВ и РПН)

При регулировании напряжения переключением ответвлений обмоток трансформаторов изменяют их коэффициенты трансформации

где W_BH И W_НH — числа включенных в работу витков обмоток ВН и НН соответственно.

Это позволяет поддерживать на шинах НН (СН) подстанций напряжение, близкое к номинальному, когда первичное напряжение отклоняется по тем или иным причинам от номинального.

Устройствами ПБВ снабжаются почти все трансформаторы. Они позволяют изменять коэффициент трансформации ступенями в пределах ±5% номинального напряжения. Применяются ручные трехфазные и однофазные переключатели.

Трансформаторы с РПН имеют большее число регулировочных ступеней и более широкий диапазон регулирования (до ±16 %), чем у трансформаторов с ПБВ. Применяемые схемы регулирования напряжения на трансформаторах показаны на рис. 1. Часть обмотки ВН с ответвлениями называется регулировочной обмоткой.

Рис. 1. Схема регулирования на трансформаторах без реверсирования (а) и с реверсированием (б) регулировочной обмотки: 1, 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно, 3 — регулировочная обмотка, 4 — переключающее устройство, 5 — реверсор

Расширение регулировочного диапазона без увеличения числа отводов достигается применением схем с реверсированием (рис. 1,б). Переключатель — реверсор 5 позволяет присоединять регулировочную обмотку 3 к основной 1 согласно или встречно, благодаря чему диапазон регулирования удваивается. У трансформаторов устройства РПН обычно включаются со стороны нейтрали, что позволяет выполнять их с пониженной на класс напряжения изоляцией.

Регулирование напряжения автотрансформаторов, осуществляемое на стороне СН или ВН, показано на рис. 2. Устройства РПН в этих случаях изолируются на полное напряжение вывода, со стороны которого оно установлено.

Устройства РПН состоят из следующих основных частей: контактора, размыкающего и замыкающего цепь рабочего тока в процессе коммутации, избирателя, контакты которого размыкают и замыкают электрическую цепь без тока, приводного механизма, токоограничивающего реактора или резистора.

Рис. 2. Схема регулирования на автотрансформаторах: а — на стороне ВН, б — на стороне СН

Последовательность работы устройств РПН с реактором (серий РНО, РНТ) и с резистором (серий РНОА, РНТА) показана на рис. 3. Необходимая очередность в работе контакторов и избирателей обеспечивается приводным механизмом с реверсивным пускателем.

В устройстве РПН с реактором реактор рассчитан на длительное прохождение номинального тока. В нормальном режиме через реактор проходит только ток нагрузки. В процессе переключения ответвлений, когда часть регулировочной обмотки оказывается замкнутой реактором (рис. 3,г), он ограничивает до приемлемых значений ток I, проходящий в замкнутом контуре.

Рис. 3. Последовательность работы переключающих устройств РПН с реактором (а—ж) и резистором (з—н): К1—К4 — контакторы, РО — регулировочная обмотка, Р — реактор, R1 и R2 — резисторы, П — переключатели (избиратели)

Реактор и избиратель, на контактах которого дуги не возникает, обычно размещают в баке трансформатора, а контактор помещают в отдельном масляном баке, чтобы не допускать разложения электрической дугой масла, находящегося в трансформаторе.

Действие переключающих устройств РПН с резистором во многом сходно с работой РПН с реактором. Отличие состоит в том, что в нормальном режиме работы резисторы зашунтированы или отключены и ток по ним не проходит, а в процессе коммутации ток проходит в течение сотых долей секунды.

Резисторы не рассчитаны на длительную работу под током, поэтому переключение контактов происходит быстро под действием мощных пружин. Резисторы имеют небольшие размеры и являются, как правило, конструктивной частью контактора.

Устройства РПН приводятся в действие дистанционно со щита управления и автоматически от устройств регулирования напряжения. Предусмотрено переключение приводного механизма с помощью кнопки, расположенной в шкафу привода (местное управление), а также с помощью рукоятки. Переключение РПН рукояткой под напряжением не рекомендуется выполнять оперативному персоналу.

Один цикл работы РПН разных типов происходит за время от 3 до 10 с. Процесс переключения сигнализируется красной лампой, которая загорается в момент подачи импульса и продолжает гореть все время, пока механизм не закончит весь цикл переключения с одной ступени на другую. Независимо от длительности одного импульса на пуск устройства РПН имеют блокировку, разрешающую переход избирателя только на одну ступень. По окончании движения переключающего механизма заканчивают перемещение дистанционные указатели положения, показывая номер ступени, на которой остановился переключатель.

Регулируемое напряжение подается на зажимы блока АРКТ от трансформатора напряжения. Кроме того, устройством токовой компенсации ТК учитывается еще падение напряжения от тока нагрузки. На выходе блока АРКТ исполнительный орган И управляет работой приводного механизма РПН. Схемы автоматических регуляторов напряжения весьма разнообразны, но все они, как правило, содержат основные элементы, указанные на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема автоматического регулятора напряжения: 1 — регулируемый трансформатор, 2 — трансформатор тока, 3 — трансформатор напряжения, ТК — устройство токовой компенсации, ИО — измерительный орган, У — орган усиления, В — орган выдержки времени, И — исполнительный орган, ИП — источник питания, ПМ — приводной механизм

Обслуживание устройств регулирования напряжения

Перестановка переключателей ПБВ с одной ступени на другую в эксплуатации производится редко — 2—3 раза в год (это так называемое сезонное регулирование напряжения). При длительной работе без переключения контактные стержни и кольца переключателей барабанного типа покрываются пленкой окиси.

Чтобы разрушить эту пленку и создать хороший контакт, рекомендуется при каждом переводе переключателя предварительно прокручивать его (не менее 5—10 раз) из одного крайнего положения в другое.

При пофазном переводе переключателей следует проверять их одинаковое положение. Приводы переключателей после перевода фиксируются стопорными болтами.

Устройства РПН должны постоянно находиться в работе с включенными автоматическими регуляторами напряжения. При осмотрах РПН сверяют показания указателей положения переключателей на щите управления и на приводах РПН, так как по ряду причин возможно рассогласование сельсина-датчика и сельсина-приемника, являющихся приводами для указателей положения. Проверяют также одинаковое положение переключателей РПН всех параллельно работающих трансформаторов и отдельных фаз при пофазном управлении.

Наличие масла в баке контактора проверяется по маслоуказателю. Уровень масла следует поддерживать в допустимых пределах. При пониженном уровне масла время горения дуги на контактах может быть недопустимо большим, что опасно для переключающего устройства и трансформатора. Отклонение от нормальной отметки уровня масла обычно наблюдается при нарушении уплотнений отдельных узлов масляной системы.

Нормальная работа контакторов гарантируется при температуре масла не ниже —20 °С. При более низкой температуре масло сильно густеет и контактор испытывает значительные механические нагрузки, которые могут привести к его поломке. Кроме того, возможно повреждение резисторов из-за увеличения времени переключения и более длительного пребывания их под током. Чтобы избежать указанных повреждений, при понижении температуры окружающего воздуха до —15 °С должна включаться система автоматического обогрева бака контакторов.

Приводные механизмы РПН являются наиболее ответственными и в то же время наименее надежными узлами этих устройств. Их необходимо предохранять от попадания пыли, влаги, трансформаторного масла. Дверца шкафа приводного механизма должна быть уплотнена и надежно закрыта.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое рпн в электрике

Регули́рование напряже́ния трансформа́тора — изменение числа обмоток трансформатора. Применяется для поддержания нормального уровня напряжения у потребителей электроэнергии.

Большинство трансформаторов оборудовано некоторыми приспособлениями для настройки коэффициента трансформации путём добавления или отключения числа витков.

Настройка может производиться с помощью переключателя числа витков трансформатора под нагрузкой либо путем выбора положения болтового соединения при обесточенном и заземлённом трансформаторе.

Степень сложности системы с переключателем числа витков определяется той частотой, с которой надо переключать витки, а также размерами и ответственностью трансформатора.

Содержание

Применение

В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети. Одним из способов является изменение соотношения числа обмоток первичной и вторичной цепи трансформатора (коэффициента трансформации), так как

В зависимости от того, происходит это во время работы трансформатора или после его отключения от сети, различают «переключение без возбуждения» (ПБВ) и «регулирование под нагрузкой» (РПН). И в том и в другом случае обмотки трансформатора выполняются с ответвлениями, переключаясь между которыми, можно изменить коэффициент трансформации трансформатора.

Переключение без возбуждения

Данный тип переключения используется во время сезонных переключений, так как предполагает отключение трансформатора от сети, что невозможно делать регулярно, не лишая потребителей электроэнергии. ПБВ позволяет изменить коэффициент трансформатора в пределах от −5 % до +5 %. На маломощных трансформаторах выполняется с помощью двух ответвлений, на трансформаторов средней и большой мощности с помощью четырех ответвлений по 2,5 % на каждое. [1]

Ответвления чаще всего выполняются на той стороне, напряжение на которой в процессе эксплуатации подвергается изменениям. Обычно это сторона высшего напряжения. Выполнение ответвлений на стороне высшего напряжения имеет также то преимущество, что при этом ввиду большего количества витков отбор ±2,5 % и ±5 % количества витков может быть произведён с большей точностью. Кроме того, ток на стороне высшего напряжения меньше и переключатель получается более компактным. [2]

При переключении ответвлений обмотки при отключения трансформатора переключающее устройство получается проще и дешевле, однако переключение связано с перерывом энергоснабжения потребителей и не может проводиться часто. Поэтому этот способ применяется главным образом для коррекции вторичного напряжения сетевых понижающих трансформаторов в зависимости от уровня первичного напряжения на данном участке сети в связи с сезонным изменением нагрузки. [2]

Переключатели числа витков без возбуждения

Переключатель числа витков без возбуждения имеет достаточно простое устройство, предоставляющее соединение с выбранным переключателем числа витков в обмотке. Как следует из самого названия, он предназначен для работы только при выключенном трансформаторе.

Может оказаться, что давление контактов поддерживается с помощью некоего пружинного приспособления, которое может вызывать некоторую вибрацию. Если переключатели числа витков без возбуждения находятся в одном и том же положении в течение нескольких лет, то сопротивление контакта может медленно расти в связи с разрушением и окислением материала в точке контакта. При этом происходит разогревание, которое приводит к осаждению пиролитического углерода, который ещё более увеличивает контактное сопротивление и снижает степень охлаждения. В конечном счёте наступает неконтролируемая ситуация, и трансформатор может отключить механизм газовой защиты или может наступить еще более тяжелое последствие; происходит короткое замыкание. Во избежание этого жизненно важно, чтобы работа с переключателем числа витков проводилась в отключенном от сети состоянии, по полной программе, несколько раз в течение регулярного технического обслуживания, с протиркой контактных поверхностей начисто перед возвратом его обратно в заданное положение. [3]

Естественно, то же правило имеет силу, если переключатель числа витков без возбуждения отключается от работы на долгий период.

Регулирование под нагрузкой

Данный тип переключений применяется для оперативных переключений, связанных с постоянным изменением нагрузки (например, днём и ночью нагрузка на сеть будет разная). В зависимости от того, на какое напряжение и какой мощности трансформатор, РПН может менять значение коэффициента трансформации в пределах от ±10 до ±16 % (примерно по 1,5 % на ответвление). Регулирование осуществляется на стороне высокого напряжения, так как величина силы тока там меньше, и соответственно, устройство РПН выполнить проще и дешевле.

Регулирование может производиться как автоматически, так и вручную из ОПУ или диспетчерского пульта управления.

Переключатели числа витков под нагрузкой

Работу переключателя числа витков под нагрузкой можно понять по двум показательным функциям. Это переключающее устройство, которое переносит проходную мощность трансформатора от одного переключателя числа витков трансформатора к соседнему переключателю числа витков. Во время этой операции оба переключателя числа витков соединены посредством переходного сопротивления. В этой фазе оба переключателя числа витков имеют общую токовую нагрузку. После этого соединение с предыдущим переключателем числа витков прерывается, и нагрузка переносится на новый переключатель числа витков. Приспособление, которое выполняет такое переключение, называется контактором.

Соединения с парой переключателей числа витков, которые производит контактор, может потребовать смены целого ряда переключателей числа витков регулирующей обмотки для каждой операции. Это функция переключателя числа витков. Выбор производится переключателем числа витков без прерывания тока.

Довольно важное улучшение в работе переключателей числа витков под нагрузкой произошло в результате изобретения быстродействующего триггерного контактора, названного принципом Янцена (Jantzen) по имени изобретателя. Принцип Янцена подразумевает, что контакты переключателя нагружены пружиной, и они перебрасываются из одного положения в другое после очень короткого периода соединения между двумя переключателями числа витков, через токоограничивающий резистор.

Применение реактора является альтернативой принципу Янцена с последовательностью быстрых переключений и резисторами. В переключателе числа витков реакторного типа, напротив, намного труднее прервать циркулирующий реактивный ток, и это довольно сильно ограничивает скачок напряжения, однако этот принцип хорошо работает при относительно высоких токах. В этом отличие от быстродействующего резисторного переключателя числа витков, который применим для более высоких напряжений, но не для высоких токов. Это приводит к тому, что реакторный переключатель числа витков обычно находится в низковольтной части трансформатора, тогда как резисторный переключатель витков подсоединен к высоковольтной части.

В переключателе витков реакторного типа потери в средней точке реактора благодаря току нагрузки и наложенного конвекционного тока между двумя вовлеченными переключателями числа витков невелики, и реактор может постоянно находиться в электрической цепи между ними. Это случит промежуточной ступенью между двумя переключателями числа витков, и это даёт в два раза больше рабочих положений, чем число переключателей числа витков в обмотке.

С 1970-х годов стали применяться переключатели числа витков с вакуумными выключателями. Вакуумные выключатели характеризуются низкой эрозией контактов, что позволяет переключателям числа витков выполнять большее количество операций между обязательными профилактическими работами. Однако конструкция в целом становится более сложной.

Также на рынке появлялись экспериментальные переключатели числа витков, в которых функция переключения исполняется силовыми полупроводниковыми элементами. Эти модели также направлены на то, чтобы сократить простои на проведение технического обслуживания.

В переключателях витков резисторного типа контактор находится внутри контейнера с маслом, которое отделено от масла трансформатора. Со временем масло в этом контейнере становится очень грязным и должно быть изолировано от масляной системы самого трансформатора; оно должно иметь отдельный расширительный бак со своим отдельным вентиляционным клапаном.

Устройство переключения числа витков представляет собой клетку или изолирующий цилиндр с рядом контактов, с которыми соединяются переключатели числа витков от регулирующей обмотки. Внутри клетки два контактных рычага передвигаются пошагово поперёк регулирующей обмотки. Оба рычага электрически соединены с вводными клеммами контактора. Один рычаг находится в положении активного переключателя числа витков и проводит ток нагрузки, а другой рычаг находится без нагрузки и свободно передвигается к следующему переключателю числа витков. Контакты устройства переключения никогда не разрывают электрический ток и могут находиться в масле самого трансформатора.

Автоматическое регулирование напряжения

Переключатель числа витков устанавливается для того, чтобы обеспечивать изменение напряжения в системах, соединенных с трансформатором. Совсем необязательно, что целью всегда будет поддержка постоянного вторичного напряжения. Внешняя сеть может также испытывать падение напряжения, и это падение также должно быть компенсировано.

Оборудование управления переключателем числа витков не является частью самого переключателя числа витков; оно относится к релейной системе станции. В принципе переключатель числа витков всего лишь получает команды: повысить или понизить. Однако обычные функции координации между различными трансформаторами внутри одной и той же станции являются частью технологии переключателей числа витков. Когда разные трансформаторы соединены прямо параллельно, их переключатель числа витков должен двигаться синхронно с обоими трансформаторами. Это достигается тем, что один трансформатор имеет обмотку как ведущий трансформатор, а другой – как подчиненный трансформатор. Одновременная работа не будет возможна, если имеется небольшой интервал между циркулирующими токами обоих трансформаторов. Однако это не имеет никакого практического значения.

Последовательные регулировочные трансформаторы

Для регулирования коэффициента трансформации мощных трансформаторов и автотрансформаторов иногда применяют регулировочные трансформаторы, которые подключаются последовательно с трансформатором и позволяют менять как напряжение, так и фазу напряжения. В силу сложности и более высокой стоимости регулировочных трансформаторов, такой способ регулирования применяется гораздо реже, чем РПН.

Источник