Изключени срещу товарни превключватели за отвод: Каква е разликата?

Какво е Трансформатор Превключвател за отвод?

Превключвателят за отвод на трансформатор е устройство, което променя ефективния брой навивки в една от намотките на трансформатора. Промяната на броя навивки променя трансформационното съотношение и следователно коригира вторичното напрежение.

Основната зависимост за трансформатор може да се изрази като:

V₁ / V₂ ≈ N₁ / N₂

Където:

V₁ е първичното напрежение;
V₂ е вторичното напрежение;
N₁ е броят на навивките на първичната намотка;
N₂ е броят на навивките на вторичната намотка.

Превключвателите за отклонения обикновено се монтират върху намотката с високо напрежение, защото токът е по-нисък от тази страна. По-ниският ток може да намали товара при превключване и физическия размер на оборудването за промяна на отклоненията. Всъщност местоположението на намотката зависи от конструкцията на трансформатора и изискванията на системата.

Превключвателите за отклонения на трансформатори обикновено се делят на две категории:

1. Превключватели за отклонения при изключено напрежение (DETC)
2. Превключватели за отклонения под товар (OLTC)

Ключовата разлика е дали положението на отклонението може да се промени, докато трансформаторът е под напрежение и захранва товар.

Какво е превключвател за отклонения при изключено напрежение?

Превключвателят за отклонения при изключено напрежение може да се управлява само когато трансформаторът е напълно изключен от напрежение.

Също често се нарича:

• DETC или превключвател с изключено напрежение;
• превключвател извън веригата;
• превключвател при натоварване нула;
• превключвател при изключено натоварване.

Тези термини понякога се използват взаимозаменяемо на пазара, но „превключвател с изключено напрежение“ е най-ясният опис, тъй като посочва основното условие за безопасност: трансформаторът не трябва да е под напрежение по време на работа.

Преди промяна на положението на стъпката операторите трябва да изолират трансформатора от всички възможни източници на електрическа енергия, да приложат задължителните процедури за блокиране и маркиране, да проверят липсата на напрежение и да следват инструкциите на производителя на трансформатора.

Защо DETC не може да се управлява под напрежение?

Обикновеният превключвател с изключено напрежение не е проектиран да включва или прекъсва товарен ток.

По време на промяна на стъпката контактите му може временно да се отключат от една стъпка, преди да установят връзка със следващата. Ако трансформаторът е под напрежение, това действие може да предизвика електрическа дъга между контактите.

Възможните последствия включват:

• изгорели или ерозирани контакти;
• въглеродизация на изолационния материал или маслото;
• вътрешни къси съединения;
• повреда на превключвателя за стъпки;
• повреда на трансформатора;
• пожар или опасност за персонала.

Поради тази причина ДЕПС никога не трябва да се експлоатира само защото трансформаторът изглежда „слабо натоварен“. Той трябва да се експлоатира само при изключени условия, както е посочено от производителя.

Предимства на превключвател за стъпки при изключено напрежение

ДЕПС има относително проста механична и електрическа конструкция.

Основните му предимства обикновено включват:

• по-ниска първоначална цена;
• компактно изпълнение;
• по-малко подвижни компоненти;
• ниски изисквания за поддръжка;
• висока механична надеждност;
• проста ръчна експлоатация;
• подходящ за рядко регулиране на напрежението.

ДЕТП често е подходящ, когато напрежението на захранването е относително стабилно и положението на тапата на трансформатора трябва да се избере само по време на инсталация, пускане в експлоатация, сезонно обслужване или планирано спиране.

Ограничения на ДЕТП

Основното ограничение е, че регулирането на тапата изисква трансформаторът да бъде изключен от експлоатация.

ЕДТП е по-малко подходящ в следните случаи:

• напрежението се променя често;
• нагрузката се променя значително през деня;
• производството не може да бъде прекъснато;
• напрежението трябва да остане в тесен работен диапазон;
• изисква се дистанционно или автоматично регулиране;
• генерирането от възобновяеми източници предизвиква чести колебания на напрежението.

Деенергизираният тапчангер също не коригира автоматично промените в напрежението, освен ако оператор не изключи трансформатора и ръчно не избере друга позиция.

Какво е тапчангер под товар?

Тапчангерът под товар променя трансформационното съотношение, докато трансформаторът остава под напрежение и пренася товарен ток.

Обикновено се съкращава като OLTC . В някои пазари се използва и терминът load tap changer , или LTC.

OLTC прехвърля товарния ток от една намотка към съседна намотка, без да прекъсва захранването. Тази възможност го прави подходящ за електроенергийни системи, които изискват честа, автоматична или дистанционна регулация на напрежението.

IEC 60214 охватва изискванията за производителност и методите за изпитване на превключватели под товар и без товар. Според принципите за приложение на IEC OLTC е проектиран да променя трансформаторното съотношение, докато трансформаторът е под напрежение и натоварен, без да прекъсва захранването.

Типични приложения на OLTC

Трансформаторите с превключване под товар се използват често в:

• преминаващи подстанции;
• разпределителни подстанции;
• електроцентрали;
• стоманоплавилни и металургични обекти;
• мини;
• дата центрове;
• големи индустриални предприятия;
• проекти за възобновяема енергия;
• критична инфраструктура;
• обекти с натоварвания, чувствителни към прекъсване.

---

Как работи превключвателят с товар?

Един OLTC трябва да изпълни две задачи едновременно:

1. Поддържа пътя на товарния ток по време на промяна на стъпката.
2. Предотвратява прекомерен циркулиращ ток между съседните стъпки.

Съседните трансформаторни стъпки имат различни електрически потенциали. При директно свързване между тях възниква циркулиращ ток, който може да е достатъчно голям, за да повреди намотката или комутационното оборудване.

Затова един OLTC използва контролиран преходен процес.

Превключване „направи преди прекъсни“

Типичен OLTC установява връзка със следващата стъпка, преди напълно да прекъсне връзката с оригиналната стъпка. Този принцип на работа обикновено се описва като направи преди прекъсни .

По време на краткия преходен период OLTC може да е свързан към две съседни стъпки.

Въвежда се импеданс, за да се ограничи циркулиращият ток между тях. В зависимост от конструкцията на OLTC този преходен импеданс може да е:

• преходен резистор;
• преходен реактор, понякога наричан предпазителен автотрансформатор.

Megger описва процеса на ОЛТЦ като мост между съседни стъпки преди прекъсване на стъпката, която носи товара. Резистивно или реактивно импедансово ограничение регулира циркулиращия ток, докато двете стъпки са временно свързани.

Типична последователност за ОЛТЦ с резисторен тип

Въпреки че точната последователност зависи от конструкцията на ОЛТЦ, опростената операция с резисторен тип е:

1. Трансформаторът пренася товара чрез текущата стъпка.
2. Преходен контакт свързва следващата стъпка чрез преходен резистор.
3. И двете стъпки са временно свързани, докато резисторът ограничава циркулиращия ток.
4. Основният път на тока се прехвърля към новата стъпка.
5. Оригиналната стъпка се изключва.
6. Преходният резистор се премахва от веригата.
7. ОЛТЦ завършва операцията в новата работна позиция.

Преходният резистор се използва само за кратък период на превключване. Той не е предназначен да остава постоянно свързан в нормална работна позиция.

Съвременните ОЛТЦ могат да използват конвенционални дъгови контакти, вакуумни прекъсвачи, резисторни преходи, реакторни преходи или други специфични за производителя подредби.

---

Основни компоненти на ОЛТЦ

Традиционен ОЛТЦ с резисторен тип може да включва:

Изборник на отводи

Изборникът на отводи определя следващия отвод на намотката. Обикновено извършва функцията на избор, без да превключва пълния товарен ток.

Превключвател на тока

Превключвателят на тока прехвърля товарния ток от оригиналния отвод към избрания отвод.

Резистори за преминаване

Резисторите за преминаване ограничават циркулиращия ток, докато два съседни отвода са временно свързани.

Превключвател за промяна

Превключвател за обръщане или грубо/финно превключване може да разшири диапазона на регулиране, без да се изисква прекомерен брой връзки на регулиращата намотка.

Механизъм с моторен привод

Механизмът с моторен привод осигурява енергията и контролирания ред, необходими за завършване на промяната на отвод.

В зависимост от конструкцията, устройството за промяна на отводите под товар (OLTC) може също да включва:

• индикатори на положението;
• механични и електрически крайни прекъсвачи;
• броячи на операциите;
• локални и дистанционни контроли;
• автоматични релейни регулатори на напрежението;
• индикатори за ниво на масло;
• защита, задействана от налягане или газ;
• наблюдение на температурата;
• устройства за онлайн мониторинг на състоянието.

Не всеки OLTC съдържа едни и същи компоненти. Например вакуумните OLTC и сухите OLTC могат да имат различни комутационни и изолационни подредби.

---

Как промяната на стъпката влияе върху вторичното напрежение?

За трансформатор с регулиращи стъпки на високоволтовата намотка и относително постоянно първично захранване:

• Увеличаването на ефективния брой навивки на високоволтовата намотка увеличава коефициента и обикновено намалява вторичното напрежение.
• Намаляването на ефективния брой навивки на високоволтовата намотка намалява съотношението и обикновено повишава вторичното напрежение.

С други думи:

[ V_2 ≈ V_1 × N_2 / N_1 ]

Ако V_1 и N_2 останат постоянни:

• увеличаването на N_1 намалява V_2;
• намаляването на N_1 увеличава V_2.

Обаче изразите „повишаване на отвода“, „понижаване на отвода“, „отвод нагоре“ и „отвод надолу“ не са универсално еднозначни. Значението им може да зависи от производителя, конвенциите на електроенергийната компания, подредбата на намотките, системата за управление или метода за номериране на позициите.

Затова операторите трябва да разчитат на:

• табелката на трансформатора;
• диаграмата на позициите на отводите;
• схемата на управлението;
• ръководството за експлоатация на OLTC;
• утвърдената експлоатационна процедура.

Те не трябва да предполагат посоката на напрежението само въз основа на номера на положението на стъпката.

---

DETC срещу OLTC: Основни разлики

Точната цена, размер, интервал за поддръжка и експлоатационна способност зависят от мощността на трансформатора, класа напрежение, обхвата на стъпките за регулиране, технологията за превключване и производителя. Фиксирано съотношение на цените между DETC и OLTC трансформатори не трябва да се счита за универсално правило.

---

Защо да изберете трансформатор с превключване под товар (OLTC)?

1. Регулиране на напрежението без рутинни изключвания

Основното предимство на OLTC е, че може да коригира трансформационното съотношение, без да извежда трансформатора от експлоатация при всяко превключване на стъпка.

Това е ценно там, където планираното прекъсване би повлияло на:

• непрекъснато производство;
• критична инфраструктура;
• компютърни и комуникационни системи;
• болници;
• железопътни системи;
• минно производство;
• потребители на електроенергия.

Регулируемият трансформатор с променлива стъпка (OLTC) поддържа непрекъснатостта на захранването, но не гарантира, че електрическата система никога няма да изпадне в аварийно състояние. Аварии на трансформаторите, действия на защитните устройства, повреди в горното ниво на мрежата, поддръжка и други системни събития все още могат да прекъснат захранването.

2. Подобряване на съответствието с нормите за напрежение

Напрежението варира поради променящата се натовареност, импеданса на фидерите, посоката на мощностния поток, изходната мощност на генераторите и условията в горното ниво на мрежата.

OLTC може да помогне за поддържане на напрежението в контролирания шин в пределите на зададения му диапазон. Поддържането на приемливо напрежение осигурява:

• правилна работа на оборудването;
• качество на електроенергията;
• мощност на двигателя;
• срок на експлоатация на изолацията;
• съответствие на напрежението за клиентите;
• стабилност на работата на системата.

3. По-добра координация с компенсацията на реактивната мощност

Реактивната мощност, генерирана от успореден кондензатор, е приблизително пропорционална на квадрата на работното напрежение:

\[ Q \propto V^2 \]

Ако напрежението намалее, кондензаторната батерия произвежда по-малко реактивна мощност. Ако напрежението се повиши прекомерно, изходната реактивна мощност се увеличава и може да доведе до прекомерно напрежение или прекомерна компенсация.

Координацията на управлението на OLTC с кондензаторни батерии, реактори, статични компенсатори на реактивна мощност (SVC), STATCOM и ресурси, базирани на инвертори, може да подобри общото управление на напрежението и реактивната мощност.

Стратегията за управление трябва да бъде проектирана внимателно. Лошата координация може да предизвика прекомерни операции с превключватели, превключване на кондензатори, нестабилно управление (control hunting) или неблагоприятно разпределение на реактивната мощност.

4. Намалени загуби в мрежата при някои работни условия

Поддържането на напрежението на системата в подходящ работен диапазон може да намали излишния ток и да предотврати някои загуби в мрежата.

Обаче е прекалено обобщено да се твърди, че всяка операция на OLTC автоматично минимизира загубите. Фактическият резултат зависи от:

• характеристиките на натоварването;
• коефициент на мощността;
• импеданса на фидера;
• напрежението-зависимия спрос;
• загубите в трансформатора;
• потока на реактивна мощност;
• разпределената генерация;
• контролни цели.

Съвременните стратегии за контрол на напрежението затова вземат предвид не само напрежението.

5. Дистанционно и автоматично управление

Регулируемият трансформатор с променлива стъпка под натоварване (OLTC) може да се управлява чрез:

• локални бутони;
• дистанционна система за управление;
• SCADA;
• автоматичен релей за регулиране на напрежението;
• координирана автоматизация на подстанцията.

Автоматичното регулиране позволява на системата за управление да сравнява измереното напрежение с целевата стойност и да издава команди за повишаване или понижаване след изтичане на конфигурираното време на забавяне и при изпълнение на условията за мъртва зона.

Мъртвата зона и забавянето предотвратяват ненужни операции, причинени от малки или временни промени в напрежението.

---

Кога не трябва да се извършва работа с РНТ?

Няма единна универсална листа, приложима за всеки РНТ. Допустимата работа зависи от номиналния ток на преминаване, конструкцията, защитната система, ръководството за експлоатация, състоянието на трансформатора и процедурите на мястото.

Операторите трябва да следват инструкциите, предоставени от производителите на трансформатора и РНТ.

Промяната на стъпката може да се блокира или спре при условия като следните.

Токът надвишава разрешената комутационна способност

РНТ има номинален ток на преминаване и специфицирана работна способност. Ако токът в трансформатора надхвърли разрешената стойност за промяна на стъпката, комутацията може да предизвика прекомерно напрежение в преходните контакти, вакуумните прекъсвачи, преходните резистори или други компоненти, провеждащи ток.

Някои ОЛТК имат специфична способност за претоварване, докато други трябва да се блокират при токове над конфигурираната прагова стойност. Затова работата в режим на претоварване трябва да се оценява спрямо действителната номинална мощност на ОЛТК и ръководството на производителя — а не според обща правило.

Тревожен сигнал за защита при аномално функциониране на ОЛТК

ОЛТК с маслено охлаждане могат да имат специализирани релета за налягане, релета за поток на масло, газово-активирани устройства или друго защитно оборудване.

Тревожният сигнал може да показва електрическа дъга, образуване на газ, проблем с маслената система или друго аномално вътрешно състояние. Допълнителни превключвания не трябва да се извършват, докато сигналът не бъде проучен според инструкциите за експлоатация.

Разположенията за защита се различават при конвенционални маслени ОЛТК, вакуумни ОЛТК, газоизолирани единици и сухи превключватели.

Недостатъчно изолационно средство

При ОЛТК с маслено изолиране работата може да бъде забранена, ако:

• нивото на маслото е под разрешения диапазон;
• диелектричната якост е неприемлива;
• маслото е силно замърсено;
• се открива теч;
• масленото отделение или системата за налягане е необичайна.

Тези условия не се прилагат по един и същ начин за всяка технология на превключвателите за промяна на стъпките.

Управление или индикация на позицията е необичайна

Операцията трябва да бъде спряна, ако OLTC показва:

• непълно превключване на стъпките;
• несъответствие в позицията;
• авария в моторното задвижване;
• механично заклиняне;
• неочакван шум;
• повторящи се защитни изключвания;
• повредени крайни прекъсвачи;
• аномалия в брояч на операциите или в таймера.

Повторното издаване на команди към заклещен или незавършен OLTC може да влоши повредата.

Достигнат е лимитът за поддръжка

OLTC има определени критерии за инспекция или поддръжка, базирани на фактори като:

• брой операции;
• прекъсван ток;
• износване на контакти;
• състояние на маслото;
• време на експлоатация;
• препоръки на производителя;
• резултати от мониторинга на състоянието.

Ако е достигната границата за поддръжка, продължаването на експлоатацията може да не се разреши, докато не бъде извършена задължителната инспекция или поддръжка.

---

Защо високият ток може да е опасен по време на промяна на стъпката?

По време на преход с резисторен тип OLTC комутационната система трябва да пренася тока на товара на трансформатора, като едновременно контролира циркулиращия ток между съседните стъпки.

Компонентите за преход изпитват комбинирано електрическо и термично напрежение. Ако работният ток надвишава допустимата комутационна способност на OLTC, напрежението върху контактите и преходните резистори може да надхвърли техните проектни граници.

Възможните последствия включват:

• излишно износване на контактите;
• прегряване;
• силно дъгово разрядяване;
• повреда на преходния резистор;
• разлагане на маслото;
• повишаване на налягането;
• защитна работа;
• Повреда на OLTC или трансформатора.

Затова много системи за управление на трансформатори включват функция за блокиране при прекомерен ток за автоматичните команди за промяна на стъпката.

Обаче стойността за блокиране трябва да се основава на действителната номинална стойност на OLTC, конструкцията на трансформатора, настройките на релето и инструкциите на производителя.

---

Как да изберете между DETC и OLTC

Променящият стъпката под напрежение може да е по-добрата опция, когато:

• входното напрежение е стабилно;
• регулирането чрез натискане е необходимо рядко;
• планираните изключвания са приемливи;
• простотата е приоритет;
• автоматичният контрол не е необходим;
• по-ниската първоначална цена е важна.

Регулаторът с промяна на стъпката под товар може да е предпочтителен, когато:

• напрежението се променя често;
• натоварването варира значително;
• непрекъснатостта на захранването е важна;
• изисква се автоматично регулиране на напрежението;
• дистанционното управление е задължително;
• възобновяемата генерация влияе върху напрежението;
• контролираната шина трябва да остане в тесен диапазон на напрежение.

Решението трябва да взема предвид изискванията за целия жизнен цикъл, а не само първоначалната цена на трансформатора.

Важни фактори за оценка включват:

• диапазон на регулиране на напрежението;
• брой и размер на стъпките за превключване;
• максимален ток през уреда;
• честота на операциите;
• профил на натоварването;
• задача при късо съединение;
• ниво на изолация;
• ресурси за поддръжка;
• изисквания за управление и комуникация;
• изисквана надеждност;
• екологични условия;
• приложими стандарти.

Често задавани въпроси

Може ли да се управлява тап-чанджър без напрежение, когато трансформаторът няма товар, но все още е под напрежение?

Обикновено не.

Тап-чанджърът без напрежение обикновено изисква трансформаторът да бъде изключен от електрическата мрежа, а не само разтоварен. Трансформаторът под напрежение може да прилага напрежение върху контактите на тап-чанджъра, дори ако токът във вторичната верига е нисък или липсва.

Винаги следвайте процедурата за изолация, определена от производителя.

Дали ОЛТК прави трансформатора непрекъснато работещ?

№

ОЛТК избягва спиране само за нормална корекция на стъпката. Той не защитава системата срещу всеки трансформаторен, мрежов, защитен или аварийно-захранващ проблем.

Критичните обекти може все още да изискват резервни трансформатори, двойни захранващи източници, ИБП системи, генератори, превключващи схеми или други мерки за непрекъснатост.

Дали всеки ОЛТК използва преходни резистори?

№

Много ОЛТК използват преходни резистори, но други използват преходни реактори. Съвременните конструкции могат също да използват вакуумни прекъсвачи и различни селекторни или разклонителни превключвателни схеми.

Дали ОЛТК винаги е автоматичен?

№

ОЛТК може да се управлява ръчно, електрически от локален контролен панел, дистанционно чрез SCADA или автоматично чрез реле за регулиране на напрежението.

Дали по-високият номер на стъпката винаги повишава вторичното напрежение?

Не задължително.

Номерацията на стъпките и конвенциите „повишаване/понижаване“ се различават. Операторите трябва да проверят таблицата за стъпки на трансформатора и документацията за управление.

Дали ДЕПР е по-надежден от ОНПР?

ДЕПР е механично по-прост и обикновено изисква по-малко поддръжка. ОНПР е по-сложен, защото трябва да превключва товарния ток, без да прекъсва захранването.

Всъщност надеждността зависи от конструкцията, приложението, поддръжката, режима на работа, инсталацията и качеството на производството.

Колко често трябва да се поддържа ОНПР?

Няма универсален интервал.

Поддръжката може да зависи от изтеклото време, броя на операциите, натоварването при превключване, износването на контактите, състоянието на маслото, диагностичните резултати и инструкциите на производителя. ОНПР с вакуумно превключване може да има различни изисквания за поддръжка спрямо конвенционалните ОНПР с превключване в масло.

Заключение

Разликата между превключвател за напрежение при изключено захранване и превключвател за напрежение при включено захранване е проста:

• А ДЕПР променя трансформаторното съотношение само когато трансформаторът е изключен от захранването.
• Един OLTC променя съотношението, докато трансформаторът е включен и носи товар.

Инженерната реализация на OLTC е по-сложна. Тя трябва да поддържа пътя на товарния ток, докато ограничава циркулиращия ток между съседните намотки. Това се постига чрез контролирана последователност на превключване, използваща преходно съпротивление или реактивно съпротивление, в зависимост от конструкцията.

DETC са икономични, компактни и подходящи за рядко регулиране. OLTC са по-подходящи за приложения, които изискват честа регулация на напрежението, дистанционно управление, автоматична работа или подобряване на непрекъснатостта по време на превключване на стъпките.

Окончателният избор трябва да се базира на електроенергийната система, експлоатационните изисквания, стратегията за поддръжка, приложимите стандарти и общата цена през целия жизнен цикъл.