Сборка масляных трансформаторов - Регулирование напряжения трансформатора

§ 10. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
Большинство приемников электрической энергии рассчитано на работу при каком-то определенном напряжении сети. В случае изменения этого напряжения нормальная работа приемников нарушается. Так, при уменьшении напряжения даже на 3—5% резко снижается скорость вращения асинхронных двигателей, падает производительность труда, заметно ухудшается освещение, плохо работают радио- и телевизионные приемники и т. д.
Рассмотрим причины снижения напряжения на простом примере. Допустим, что к сети с напряжением 6,3 кВ нормально подключены несколько трансформаторов с вторичными напряжениями 220 в. На практике редко случается, чтобы все эти трансформаторы непрерывно работали с полной нагрузкой.
В ночные часы, когда не работает большинство заводов и потребляемая ими мощность обычно невелика, в сети 6,3 кВ проходит небольшой ток, не вызывающий заметного падения напряжения. Когда на заводах включаются в работу станки, то резко увеличивается нагрузка на каждый трансформатор. Вторичные токи в трансформаторах возрастают, растет соответственно и первичный ток, потребляемый каждым трансформатором. Складываясь, эти токи образуют в сети 6,3 кВ ток I во много раз больший, чем в ночные часы суток. Действительное напряжение сети равно уже не 6,3 кВ, а какой-то другой, меньшей величине. На столько же упадет и вторичное напряжение, питающее приемники энергии.
Однако потребители электроэнергии заинтересованы в получении постоянного напряжения 220 в вне зависимости от колебаний первичного напряжения. Чтобы удовлетворить эти требования, в трансформаторах — чаще всего в обмотках ВН — предусматривают возможность некоторого регулирования напряжения.
Наибольшее распространение на практике получило регулирование напряжения при помощи изменения ступенями числа витков одной из обмоток. При изменении числа витков, например, первичной обмотки меняется величина магнитного потока, вследствие чего увеличивается (или уменьшается) напряжение во вторичной обмотке трансформатора.
Так, если напряжение питающей сети (первичное) постоянно, а вторичное упало, то для его восстановления надо увеличить магнитный поток. Это достигается уменьшением (определенными ступенями) числа витков W\ первичной обмотки.
Действительно, при постоянном U\ ЭДС Ei также неизменна. Из выражения £1 = 4,44 fw\ Фомакс следует, что увеличить магнитный поток при неизменной Ei можно, только уменьшив число витков первичной обмотки. Если же первичное напряжение упало, то соответственно упадет и величина Фо. Для сохранения постоянной величины вторичного напряжения надо восстановить прежнее значение магнитного потока. Этого можно достигнуть также уменьшением (определенными порциями) числа витков первичной обмотки.
Принцип регулирования как раз и заключается в изменении определенными порциями — ступенями числа витков в обмотке трансформатора, что обеспечивает необходимую величину магнитного потока и напряжения. На практике в обмотке ВН трансформатора делают ряд ответвлений, каждое из которых соответствует заданному числу последовательно включенных витков обмотки (рис. 12).

Рис. 12- Вывод регулировочных ответвлений в обмотках ВН:
а — три ответвления в конце, б — пять ответвлений в конце, в — четыре ответвления в середине, г — шесть ответвлений в середине, д — оборотная схема с тремя ответвлениями в конце
Стандартные трансформаторы малой и средней мощности (до 630 кВ*А) имеют на обмотке, как правило, три ответвления, из которых среднее (Х2) соответствует нормальному напряжению сети (в пашем примере 6,3 /се), а два других — напряжениям, отличающимся от него на ±5% (рис. 12, а).
Так, если напряжению 6,3 кВ соответствуют 1000 витков в обмотке ВН (ответвление Х2), то напряжению 6,615 кВ (ответвление Xt), большему на 5%, соответствуют 1050 витков, а напряжению 5,985 кВ (ответвление                                                                       меньшему на 5%,— 950 витков. Напряжение регулируется ступенями, по 315 в в каждой ступени. В обмотке ему соответствуют 50 последовательно включенных витков.
Вернемся вновь к нашему примеру. Допустим, что вследствие роста нагрузки напряжение в сети упало почти на 5% —до 6 кВ. В обмотках низшего напряжения оно уменьшится также
на 5% и составит 220 —(220X0,05) =209 в. Это уже опасно и может резко ухудшить работу электродвигателей.
Как включить обмотку ВН, чтобы сохранить во вторичной обмотке 220 в? Мы знаем, что
Если Ui уменьшилось на 5%, a U2 необходимо поддерживать постоянным (220 в), то, очевидно, надо уменьшить число витков wi тоже на 5%. Тогда
Значит, чтобы получить в обмотке НН напряжение 220 в, надо переключить обмотку ВН на ответвление Х3. При этом в работе должно находиться минимальное число витков (в нашем примере 950).
Нетрудно сообразить, как нужно включить обмотку ВН, если напряжение в ее сети повысится, например, до 6,6 кВ.
Трансформаторы большей мощности имеют не три, а пять ответвлений от обмотки ВН. Это позволяет увеличить число ступеней регулирования (рис. 12, б).
Отключение витков может происходить как с краю обмотки, например на ее конце, так и в середине обмотки. Однако при отключении витков с краю обмотки возможно такое положение, когда обмотка становится как бы короче. Это случается особенно при работе на ответвлении или Хь (рис. 12, а и б). Различие в высотах обмоток, как известно, приводит к увеличению осевых усилий в обмотках. Поэтому обычно ответвления выполняются в середине обмотки (рис. 12, в и г) или при небольших мощностях применяют оборотную схему (рис. 12, д).
Ответвления в конце обмотки ВН имеют ограниченное применение главным образом у трансформаторов малой мощности, где механические усилия незначительны, а выполнение ответвлений в середине обмотки конструктивно затруднено.
Замыкая ответвления А2—А3—Л4, А4—Аъ и т. д., включают в работу одновременно все или часть витков обмотки ВН. По схеме, показанной на рис. 12, в, напряжение регулируют в пределах ±5%, а по схеме, изображенной на рис. 12, г, в пределах тоже ±5%, но двумя ступенями по 2,5% в каждой.
Ответвления замыкаются специальным устройством — переключателем, который соединяет их в определенном порядке, включая в работу то или иное число витков.
Напряжение регулируют по схемам, показанным на рис. 12, только при отключенном от сети трансформаторе. Переключать ответвления при работающем трансформаторе нельзя, так как при размыкании ответвлений между контактами переключателя
возникнет электрическая дуга, которая быстро его разрушит. Следовательно, чтобы переключить обмотку трансформатора на другое напряжение, надо отключить его от сети, переключить ответвления и вновь включить в работу. На это время все приемники остаются без питания. Это очень неудобно, поэтому существуют трансформаторы с более сложными схемами переключения и со специальными переключателями, которые допускают регулирование напряжения без отключения потребителей от сети (под нагрузкой). Изучение этих схем представляет известные трудности и выходит за пределы нашей задачи.