Феррорезонанс в трансформаторе напряжения: принцип работы стабилизатора напряжения

Феррорезонансные стабилизаторы могут обладать негативными факторами. Если у вас затруднения с выбором стабилизатора, то следует ознакомиться с правилами подбора

Принцип работы

В основе работы трансформатора лежит явление фазового сдвига, появляющегося при прохождении тока через распределенные элементы электрических цепей. Вследствие его появления отдаваемая в нагрузку полезная мощность снижается, что недопустимо при значительной ее величине (она связана с фазными характеристиками через косинус угла между векторами напряжений на входе и выходе).

Сдвиг появляется на стороне приемника и измеряется по отношению к источнику энергоснабжения, находящемуся на распределительной подстанции. Эта особенность передачи энергии по трехфазным цепям позволяет целенаправленно управлять ее потоками между отдельными линиями (при условии, что к ним подключены нагрузки).

Фазоповоротный трансформатор

Благодаря этому удается восстановить баланс, нарушенный из-за несимметричности параметров линейных цепей методом искусственной компенсации появившейся разницы фаз. Принцип действия фазосдвигающего устройства как раз и состоит в том, чтобы компенсировать сдвиг на стороне потребителя.

Причина несимметричности нагрузок в различных цепях – непропорциональность их подключения к различным фазам одной и той же питающей линии.

Дополнительная информация: Каждая из подводимых к жилым или промышленным объектам фаз «работает» на свою группу нагрузок, состав которых постоянно меняться.

В результате этого возможны перегрузки отдельных линий и как следствие – возрастание неэффективных потерь, а также угроза выхода из строя станционного оборудования.

внешний вид фазоповоротного трансформатора

Принцип работы

Фазовый сдвиг лежит в основе работы представленного оборудования. Он появляется в момент прохождения и задержания в системе электрического сигнала. Специальные четырехполюсные приборы вносят сдвиг на пути между поступающим и исходящим напряжением.

Измеритель фазового сдвига может быть разным. Для этого применяются разные методы. Например, измерение фазового сдвига может выполняться при помощи компенсационного, осциллографического, преобразовательного подхода, а также метода дискретного подсчета.

В электрическую цепь сдвиг вводится при помощи фазовращателей. Это позволяет контролировать и регулировать весь процесс. При использовании мостовой схемы с фазовым сдвигом применяется, например, RC-фазовращатель. На плечи с равным сопротивлением подается напряжение. Между источником и приемником образуется сдвиг. Их напряжения сдвигаются относительно друг друга на 90º. Но сумма показателей всегда равна входному значению. Могут использоваться и другие схемы.

При осуществлении внесения сдвига в систему могут применяться также индуктивные, емкостные, диэлектрические, поляризационные или ступенчатые фазовращатели. Выбор методики зависит от частот, которые присутствуют в цепи.

Для уменьшения величины погрешности при замерах малых сдвига используют подход умножения частоты. Для высоких и сверхвысоких частот применяют понижение при помощи гетеродинного преобразования.

Широкие возможности при измерении фазового сдвига открываются при использовании для их построения микропроцессора. Он работает совместно с измерителями. Наблюдения проводятся в установленном периоде. При этом удается вести их статистику (дисперсию, математическое ожидание, отклонения и т. д.).

Управляя активной мощностью

Cхема выдачи мощности такой крупной ГЭС, как мощнейшая в Европе Волжская, включает распреде­ли­тельные устройства и ЛЭП разных классов напряжения. Однако не исключено возникновение ситуации, когда вследствие вывода в ремонт ЛЭП или электро­сетевого оборудования, либо в силу из­менения режима работы энергосистемы и распределения перетоков активной мощности, линии более низкого напряжения окажутся перегруженными, в то ­время как у линий более высокого – останется запас пропускной способности.

Гибко регулировать загрузку отходящих от станции ЛЭП за счет управляемого перераспределения потоков активной мощности позволяет фазо­поворотный трансформатор. В отличие от ­обычного трансформатора связи, при переключении устройства регулирования под нагрузкой  (РПН) фазоповоротного трансформатора меняется не только напряжение, но и направление тока. Принцип работы такого трансформатора хорошо иллюстрирует простая аналогия: если представить электроэнергию в виде потока воды, а сети 220 и 500 кВ в виде двух труб, то ФПТ выступает в роли своего рода заслонки, которая сдерживает поток в одну сторону, перенаправляя его в ­другую.

Феррорезонансные стабилизаторы

Такие устройства не оснащаются вольтметром, поэтому будет трудно понять, какая величина напряжения сети получается на выходе. Самому не получится отрегулировать напряжение. Если для вас это не критично, то такой вид стабилизатора хорошо подходит для вас. Феррорезонансные устройства могут частично искажать величину показаний, погрешность может доходить до 12%.

Если вы долгое время применяете такой прибор, то нужно знать, что он способен испускать магнитное поле, влияющее на функционирование бытовых приборов. Эти стабилизаторы настраивают в заводских условиях, поэтому после его монтажа нужно просто подключить в работу.

Влияние стабилизатора на технику

  1. Магнитофоны. Мощность на выходе таких устройств может сильно уменьшиться. Значительно ухудшается стирание записи.
  2. Радиоприемники. Такая аппаратура может снижать чувствительность, и выход мощности заметно снижается.
  3. Телевизоры. Если подсоединить прибор к телевизору, то можно увидеть заметное снижение качества изображения. Также некоторые цвета отображаются неверно.

Феррорезонансные стабилизаторы могут обладать негативными факторами. Если у вас затруднения с выбором подобной аппаратуры, то следует ознакомиться с правилами подбора.

Бытовые электрические устройства постепенно становятся более качественными. Поэтому изготовители приборов такого вида тоже стараются сделать качественными свои изделия. Они делают лучше электрическую схему, позволяющую выдержать повышенные нагрузки.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Теперь это устройство может обеспечивать точную настройку напряжения сети. Процесс коррекции и выравнивания напряжения осуществляется трансформатором. При надобности он способен уменьшать или увеличивать длину вторичной обмотки.

Вспоминая предысторию

Существующая схема выдачи мощности не всегда была узким местом Волжской ГЭС. За последние годы станция столкнулась с уникальным стечением обстоятельств, что и предопределило установку на ней первого в России ФПТ. В рамках реализации Программы комплексной модернизации ­РусГидро происходит масштабное обновление оборудования станции. «На сегодня из 22 гидротурбин заменено 19. Основное гидросиловое оборудование меняется на более совершенное, более мощное, – рассказывает директор станции ­Сергей Бологов. – ­Мощность станции в процессе реконструкции уже возросла на 130 МВт. И впереди до 2023 года плюсом будет еще 73,5 МВт». Но сетевые ограничения возникли не вследствие ПКМ, а из-за изменения режима работы энергосистемы – после того как резко упало потребление энергоемкого Волгоградского алюминие­вого завода, расположенного в 5 км от станции, уточняет директор департамента эксплуатации ­РусГидро Алексей Дудин.

Проблему сетевого ограничения нужно было решать. «По предварительным оценкам, для реконструкции схемы выдачи мощности потребовалось бы 4 млрд рублей в ценах 2014 года, – вспоминает директор департамента развития и стандартизации производственных процессов РусГидро Тимур Хазиахметов. – Что делать? Не отказываться же от увеличения мощности. Когда мы вынесли вопрос о дороговизне техприсоединения на уровень Председателя Правления – Генерального директора Николая Шульгинова, он посоветовал проанализировать применение ФПТ для решения задачи снятия сетевых ограничений выдачи мощности Волжской ГЭС».

На тот момент на территории постсоветского пространства фазоповоротные трансформаторы были представлены очень мало. Наиболее известный пример – фазоповоротный комплекс, установленный на подстанции 500 кВ в Казахстане. В зарубежных странах ФПТ распространены более широко. При этом их использование направлено в большей степени на регулирование межсистемных перетоков, а также регулирование потокораспределения с целью снижения потерь в сетях и предотвращения перегрузки линий при отключении одной из них, рассказывает Тимур Хазиахметов.

2_L25.jpg

Конструкция и принцип действия

Конструктивно первичную катушку 3-х обмоточного силового трансформатора обычно располагают в середине между двумя вторичными, чтобы ослабить влияние обмоток между собой. Если нулевой вывод заземляется, то она называется «глухозаземленной», в ином случае именуют «обмоткой с изолированной нейтралью».

При подобном расположении напряжение КЗ между обмотками ВН и СН минимально. Это позволяет снизить  потери мощности при передаче в сеть СН. Одновременно значение напряжения КЗ между ВН и НН относительно большое, что ограничивает силу тока короткого замыкания в сети НН низшего напряжения.

3-х обмоточные преобразователи переменного напряжения нашли широкое применение в силовой энергетике. В маркировке изделий они обозначаются третьей буквой «Т» в буквенно-цифровом коде. Очень часто требуется иметь третье более низкое, чем U2 значение для подачи менее мощным электроприемникам или, расположенным вблизи подстанций, потребителям электроэнергии.

Стандартными условиями эксплуатации изделий считается температура не выше 35ºС и влажность воздуха ≤65%, обеспечиваемые в отапливаемом помещении. Товарные позиции этого типа изготовляются как для нужд народного хозяйства, так и экспортируются в страны с умеренным/ тропическим климатом.

На понижающих подстанциях для раздельного питания электрических сетей в радиусе 10–15 км задействуют  электротехнические изделия с выходными параметрами 6–10 кВ, а в радиусе до 50-60 км применяют 35 кВ трансформаторы. 3-х обмоточные преобразователи только с более низким значением параметров используется в измерительной технике и радиотехнике, автоматике и средствах релейной защиты.

Достоинства

  • Невосприимчивость перегрузок.
  • Широкий интервал эксплуатационных величин.
  • Повышенная скорость регулировки.
  • Ток в форме синуса.
  • Повышенная точность выравнивания.

Оценивая эффекты

Теперь созданы практически все условия для того, чтобы дополнительная электроэнергия Волжской ГЭС могла поступать потребителям. И это без дорогостоящего строительства новых электрических сетей, которое традиционно включает в себя работы по землеотводу, проектированию, непосредственно сооружению и монтажу необходимого оборудования. Работы дорогие и весьма продолжительные по времени. За счет выбора варианта с установкой ФПТ РусГидро удалось снизить затраты на присоединение увеличенной мощности Волжской ГЭС к энергосистеме более чем в шесть раз. Экономический эффект от ­этого технического решения превышает 3 млрд рублей.

Однако при оценке всей пользы ФПТ не стоит принимать во внимание одну экономию, убежден Тимур Хазиахметов. Во-первых, благодаря внедрению ФПТ решается проблема надежности прилегающей сети, повышается управляемость режимом. Во-вторых, снятие ограничений на выдачу мощности в период половодья и паводков уменьшает потенциальный риск сбросов воды свыше турбинных, то есть минимизируются воздействие на отводящий канал и размывы в нижнем бьефе. В-третьих, тем самым решается задача по повышению эффективности использования водных ресурсов. В-четвертых, рост выработки ГЭС снижает цену электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии.

Применение этой современной, новаторской для ЕЭС России, опробованной на практике в ряде энергосистем мира ­технологии позволит не просто оптимизировать загрузку сетей высокого напряжения, но имеет и общесистемный эффект.

Сергей Павлушко

Заместитель Председателя Правления АО «СО ЕЭС»

По результатам опытной эксплуатации мы сформируем перечень объектов, где будем применять фазоповоротные трансформаторы. Они дешевле нового сетевого строительства и являются примером импорто­замещения и внедрения инновационных ­технологий.

Николай Шульгинов

Председатель Правления – Генеральный директор ПАО «РусГидро»

Самые популярные производители

Сегодня существует более десятка российских и   зарубежных компаний, успешно производящих стабилизаторы напряжения. Продукты каждой из них отличаются по дизайну, производительности, типу питания и способу стабилизации. У каждой компании есть схожие по параметрам продукты. Но лишь во время использования их в деле мы узнаём как о плюсах, так, к сожалению, и о минусах. Некоторые компании уже потеряли квоту доверия, но остальные, благодаря качественной продукции, стараются держать марку.
Вот какие производители популярны в нашей стране у потребителей:

Российские бренды – Полигон, Норма М, Стабвольт, Каскад;

Китайские бренды: Solby, Fnex, Sassin, Вольтрон, Вото;

Западные бренды: Ortea, Orion.

Зарубежные бренды хотя и качественнее, но уступают по уровню спроса китайским и российским продуктам. Причина нелюбви российских потребителей кроется в ценах. Если отечественный продукт весьма неплох и значительно дешевле, то зачем переплачивать?

Советы по выбору

Бытовая техника постоянно модернизируется и совершенствуется. Поэтому изготовители феррорезонансных стабилизаторов напряжения стремятся к модернизации. Они повышают качество схемы, позволяющей справиться с большими перегрузками. Инновационные приборы такого вида отличаются повышенным быстродействием, точностью регулировки и длительным сроком работы.

Режимы определяются мощностью устройств и их типом. К устройствам с реактивной нагрузкой можно отнести те, которые имеют электрический двигатель – кондиционеры, нагреватели, вентиляторы.

Если нужно купить феррорезонансный прибор, то нужно учесть место его подключения. Это выполняется обычно на входе в помещение, или в непосредственной близости с бытовым устройством. Если планируется производить установку для всех устройств, то лучше подобрать систему стабилизации по необходимой мощности и подключить стабилизатор сразу за прибором учета энергии.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения своими руками

Феррорезонансная схема является наиболее простой для собственноручного изготовления. В основе её функционирования лежит эффект магнитного резонанса.

Конструкцию довольно мощного выпрямителя феррорезонансного типа можно собрать из трёх элементов:

  • первичного дросселя;
  • вторичного дросселя;
  • конденсатора.

Screenshot_12-2.png

При этом простота такого варианта сопровождается целым набором неудобств. Мощный нормализатор, изготовленный по феррорезонансной схеме, выходит массивным, громоздким и тяжёлым.

Источник

Классификация разновидностей

Все виды воздушных трансформаторов сводятся к двум группам:

  • Импедансные, используемые для согласования значений падения напряжения у источника и потребителя нагрузки с целью обеспечения наиболее эффективной передачи энергии;
  • Изолирующие, которые применяются по соображениям безопасности для изоляции части оборудования от источника энергии.

В воздушных трансформаторах все токи считаются возбуждающими. Они индуцируют вторичное напряжение, значение которого сравнимо с общей индуктивностью электрической системы. Поэтому материал основы сердечника отличается наивысшими показателями магнитной проницаемости. К таким материалам относят также стекло, фарфор, слюда, некоторые виды пластмассы.

Меры борьбы с погрешностями

Вращающиеся трансформаторы – отличное решение при необходимости высокоточных измерений. Но им также свойственны определенные погрешности. Их возникновение может быть связано:

  • с принципом действия;
  • с конструкцией;
  • с неточностью изготовления прибора (технологические);
  • с особенностями эксплуатации.

Пределы допустимой погрешности зависят от области их применения. Среднее значение пределов для синусно-косинусных машин варьируется в пределах 0,2%. В качестве измерителя высокой точности не должно превышаться 0,03%, синхронизирующих датчиков – не более 10 угл. минут. Вращающиеся прецизионные трансформаторы могут отклоняться до 1 минуты дуги, многополюсные – до 30 угл. секунд.

Чтобы преодолеть возможные погрешности, используют метод симметрирования на обмотках ротора или статора. Сущность его заключается в использовании дополнительной нагрузки (два равнозначных сопротивления) для двусторонней компенсации потоков магнитной индукции. Таково действие для роторных обмоток. На статоре достигается за счет размагничивания обмотки неподвижной части машины, расположенной перпендикулярно.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...