Απενεργοποιημένοι έναντι Ρυθμιστών Τάσης Υπό Φόρτιση: Ποια είναι η Διαφορά;

Τι είναι ένα Μετασχηματιστής Ρυθμιστής Τάσης;

Ο ρυθμιστής τάσης μετασχηματιστή είναι μια συσκευή που αλλάζει τον αποτελεσματικό αριθμό σπειρών σε ένα από τα τυλίγματα του μετασχηματιστή. Η αλλαγή του αριθμού των σπειρών αλλάζει τον λόγο μετασχηματισμού και επομένως ρυθμίζει την τάση δευτερεύοντος.

Η βασική σχέση του μετασχηματιστή μπορεί να εκφραστεί ως:

V₁ / V₂ ≈ N₁ / N₂

Όπου:

V₁ είναι η τάση πρωτεύοντος·
V₂ είναι η τάση δευτερεύοντος·
Το N₁ είναι ο αριθμός των σπειρών της πρωτεύουσας περιέλιξης·
Το N₂ είναι ο αριθμός των σπειρών της δευτερεύουσας περιέλιξης.

Οι μεταβλητοί μετασχηματιστές (tap changers) εγκαθίστανται συνήθως στην περιέλιξη υψηλής τάσης, επειδή το ρεύμα είναι μικρότερο σε αυτήν την πλευρά. Ένα μικρότερο ρεύμα μπορεί να μειώσει το φορτίο ενεργοποίησης/απενεργοποίησης και το φυσικό μέγεθος του εξοπλισμού αλλαγής τάσης. Ωστόσο, η πραγματική τοποθεσία της περιέλιξης εξαρτάται από τον σχεδιασμό του μετασχηματιστή και τις απαιτήσεις του συστήματος.

Οι μεταβλητοί μετασχηματιστές (tap changers) διακρίνονται γενικά σε δύο κατηγορίες:

1. Μεταβλητοί μετασχηματιστές χωρίς φόρτιση (DETCs)
2. Μεταβλητοί μετασχηματιστές υπό φόρτιση (OLTCs)

Η κρίσιμη διαφορά είναι κατά πόσο η θέση της αλλαγής τάσης (tap position) μπορεί να αλλάξει ενώ ο μετασχηματιστής είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο και παρέχει φόρτιση.

Τι είναι ένας μεταβλητός μετασχηματιστής χωρίς φόρτιση;

Ένας μεταβλητός μετασχηματιστής χωρίς φόρτιση μπορεί να λειτουργήσει μόνο όταν ο μετασχηματιστής είναι πλήρως αποσυνδεδεμένος από το δίκτυο.

Ονομάζεται επίσης:

• DETC, ή αποσυνδεδεμένος ρυθμιστής αναλογίας·
• ρυθμιστής αναλογίας εκτός κυκλώματος·
• ρυθμιστής αναλογίας χωρίς φορτίο·
• ρυθμιστής αναλογίας χωρίς φορτίο.

Οι όροι αυτοί χρησιμοποιούνται σερβικά εναλλάξ στην αγορά, αλλά ο «αποσυνδεδεμένος ρυθμιστής αναλογίας» είναι η σαφέστερη περιγραφή, διότι δηλώνει την ουσιώδη προϋπόθεση ασφαλείας: ο μετασχηματιστής δεν πρέπει να είναι ενεργοποιημένος κατά τη λειτουργία.

Πριν από την αλλαγή της θέσης αναλογίας, οι χειριστές πρέπει να απομονώσουν τον μετασχηματιστή από όλες τις δυνατές ηλεκτρικές πηγές, να εφαρμόσουν τις απαιτούμενες διαδικασίες ασφαλούς αποκλεισμού (lockout) και σήμανσης (tagout), να επαληθεύσουν την απουσία τάσης και να ακολουθήσουν τις οδηγίες του κατασκευαστή του μετασχηματιστή.

Γιατί δεν μπορεί να λειτουργήσει ένας DETC ενώ είναι ενεργοποιημένος;

Ένας συμβατικός αποσυνδεδεμένος ρυθμιστής αναλογίας δεν είναι σχεδιασμένος για να δημιουργεί ή να διακόπτει ρεύμα φορτίου.

Κατά την αλλαγή αναλογίας, οι επαφές του μπορεί προσωρινά να αποσυνδεθούν από μία αναλογία προτού εγκαθιδρυθεί η επόμενη σύνδεση. Εάν ο μετασχηματιστής ήταν ενεργοποιημένος, αυτή η ενέργεια θα μπορούσε να προκαλέσει ηλεκτρική τόξευση μεταξύ των επαφών.

Πιθανές συνέπειες περιλαμβάνουν:

• καμένες ή διαβρωμένες επαφές·
• ανθρακοποίηση μονωτικού υλικού ή λαδιού·
• εσωτερικά βραχυκυκλώματα·
• αποτυχία του μετασχηματιστή μεταβλητής ανάλογα με την τάση·
• ζημιά στον μετασχηματιστή·
• πυρκαγιά ή κίνδυνος για το προσωπικό.

Γι’ αυτόν τον λόγο, ένας DETC δεν πρέπει ποτέ να λειτουργεί απλώς επειδή ο μετασχηματιστής φαίνεται «ελαφρώς φορτωμένος». Πρέπει να λειτουργεί μόνο υπό τις συνθήκες αποσύνδεσης από την τροφοδοσία που καθορίζει ο κατασκευαστής.

Πλεονεκτήματα ενός μετασχηματιστή μεταβλητής ανάλογα με την τάση χωρίς τροφοδοσία

Ένας DETC έχει σχετικά απλή μηχανική και ηλεκτρική δομή.

Τα κύρια πλεονεκτήματά του συνήθως περιλαμβάνουν:

• χαμηλότερο αρχικό κόστος·
• συμπαγής κατασκευή·
• λιγότερα κινούμενα εξαρτήματα·
• χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης·
• υψηλή μηχανική αξιοπιστία·
• απλή χειροκίνητη λειτουργία·
• καταλληλότητα για σπάνιες προσαρμογές τάσης.

Ένας DETC είναι συχνά κατάλληλος όταν η τάση τροφοδοσίας είναι σχετικά σταθερή και η θέση της παρακλάδωσης του μετασχηματιστή χρειάζεται να επιλεγεί μόνο κατά την εγκατάσταση, την παραδοχή σε λειτουργία, την εποχιακή συντήρηση ή μια προγραμματισμένη διακοπή λειτουργίας.

Περιορισμοί ενός De-Energized Tap Changer

Ο κύριος περιορισμός είναι ότι η προσαρμογή της παρακλάδωσης απαιτεί την αποσύνδεση του μετασχηματιστή από τη λειτουργία.

Ένας DETC είναι συνεπώς λιγότερο κατάλληλος όταν:

• η τάση μεταβάλλεται συχνά·
• τα φορτία αλλάζουν σημαντικά κατά τη διάρκεια της ημέρας·
• η παραγωγή δεν μπορεί να διακοπεί·
• η τάση πρέπει να παραμένει εντός στενού εύρους λειτουργίας·
• απαιτείται απομακρυσμένη ή αυτόματη ρύθμιση·
• η παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές προκαλεί συχνές διακυμάνσεις τάσης.

Ένας απενεργοποιημένος μετασχηματιστής με ρυθμιστικό τάπα δεν διορθώνει αυτόματα τις αλλαγές τάσης, εκτός εάν ένας χειριστής απενεργοποιήσει τον μετασχηματιστή και επιλέξει χειροκίνητα μια διαφορετική θέση.

Τι είναι ένας μετασχηματιστής με ρυθμιστικό τάπα υπό φορτίο;

Ένας μετασχηματιστής με ρυθμιστικό τάπα υπό φορτίο αλλάζει τον λόγο μετασχηματισμού ενώ ο μετασχηματιστής παραμένει ενεργοποιημένος και μεταφέρει ρεύμα φορτίου.

Συνήθως συντομεύεται ως OLTC . Σε ορισμένες αγορές, χρησιμοποιείται επίσης ο όρος load tap changer , ή LTC.

Ένα OLTC μεταφέρει το ρεύμα φορτίου από μία ακροδέκτη τύλιγματος σε μία γειτονική ακροδέκτη χωρίς διακοπή της παροχής. Αυτή η δυνατότητα καθιστά το OLTC κατάλληλο για συστήματα ισχύος που απαιτούν συχνή, αυτόματη ή απομακρυσμένη ρύθμιση τάσης.

Το πρότυπο IEC 60214 καλύπτει τις απαιτήσεις απόδοσης και τις μεθόδους δοκιμής για μηχανισμούς αλλαγής ακροδεκτών υπό φόρτιση και χωρίς φόρτιση. Σύμφωνα με τις αρχές εφαρμογής του IEC, ένα OLTC σχεδιάζεται για να αλλάζει τον λόγο μετασχηματισμού του μετασχηματιστή ενώ αυτός είναι ενεργοποιημένος και φορτισμένος, χωρίς διακοπή της παροχής.

Τυπικές εφαρμογές OLTC

Οι μετασχηματιστές με αλλαγή ακροδεκτών υπό φόρτιση χρησιμοποιούνται συνήθως σε:

• υποσταθμούς μεταφοράς·
• υποσταθμοί διανομής·
• εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας·
• χαλυβουργικές και μεταλλουργικές εγκαταστάσεις·
• ορυχεία·
• κέντρα δεδομένων·
• μεγάλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις·
• έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας·
• κρίσιμη υποδομή·
• εγκαταστάσεις με φορτία ευαίσθητα σε διακοπές.

---

Πώς λειτουργεί ο ρυθμιστής τάσης υπό φορτίο;

Ένας ρυθμιστής τάσης υπό φορτίο (OLTC) πρέπει να εκτελέσει δύο καθήκοντα ταυτόχρονα:

1. Να διατηρεί τη διαδρομή του ρεύματος φορτίου κατά την αλλαγή της θέσης του μετασχηματιστή.
2. Να αποτρέπει το υπερβολικό κυκλικό ρεύμα μεταξύ γειτονικών θέσεων.

Οι γειτονικές θέσεις ενός μετασχηματιστή έχουν διαφορετικά ηλεκτρικά δυναμικά. Η άμεση σύνδεσή τους θα δημιουργούσε ένα κυκλικό ρεύμα το οποίο θα μπορούσε να είναι τόσο μεγάλο ώστε να προκαλέσει ζημιά στα τυλίγματα ή στον εξοπλισμό εναλλαγής.

Ένας ρυθμιστής τάσης υπό φορτίο (OLTC) χρησιμοποιεί επομένως μια ελεγχόμενη διαδικασία μετάβασης.

Ενεργοποίηση πριν από τη διακοπή (Make-Before-Break Switching)

Ένας τυπικός ρυθμιστής τάσης υπό φορτίο (OLTC) δημιουργεί σύνδεση με την επόμενη θέση πριν από την πλήρη αποσύνδεση της αρχικής θέσης. Αυτή η αρχή λειτουργίας περιγράφεται συνήθως ως ενεργοποίηση πριν από τη διακοπή .

Κατά τη σύντομη περίοδο μετάβασης, ο ρυθμιστής τάσης υπό φορτίο (OLTC) μπορεί να είναι συνδεδεμένος σε δύο γειτονικές θέσεις.

Εισάγεται μια αντίσταση για να περιοριστεί το κυκλικό ρεύμα μεταξύ τους. Ανάλογα με τον σχεδιασμό του OLTC, αυτή η αντίσταση μετάβασης μπορεί να είναι:

• ένας αντιστάτης μετάβασης·
• ένα πηνίο μετάβασης, που ονομάζεται ενίοτε προληπτικό αυτομετασχηματιστή.

Η εταιρεία Megger περιγράφει τη διαδικασία OLTC ως την ενώση δύο γειτονικών βαθμίδων πριν από τη διακοπή της βαθμίδας που μεταφέρει φορτίο. Μια ωμική ή επαγωγική αντίσταση περιορίζει το κυκλοφορούν ρεύμα ενώ οι δύο βαθμίδες είναι προσωρινά συνδεδεμένες.

Τυπική ακολουθία OLTC με αντιστάτη

Παρόλο που η ακριβής ακολουθία εξαρτάται από το σχέδιο του OLTC, μια απλοποιημένη λειτουργία τύπου αντιστάτη είναι:

1. Ο μετασχηματιστής μεταφέρει το φορτίο μέσω της τρέχουσας βαθμίδας.
2. Μια επαφή μετάβασης συνδέει την επόμενη βαθμίδα μέσω ενός αντιστάτη μετάβασης.
3. Και οι δύο βαθμίδες είναι προσωρινά συνδεδεμένες, ενώ ο αντιστάτης περιορίζει το κυκλοφορούν ρεύμα.
4. Η κύρια διαδρομή του ρεύματος μεταφέρεται στη νέα βαθμίδα.
5. Η αρχική βαθμίδα αποσυνδέεται.
6. Ο αντιστάτης μετάβασης αφαιρείται από το κύκλωμα.
7. Ο OLTC ολοκληρώνει τη λειτουργία του στη νέα θέση λειτουργίας.

Ο αντιστάτης μετάβασης χρησιμοποιείται μόνο για μια σύντομη περίοδο εναλλαγής. Δεν προορίζεται να παραμένει συνεχώς συνδεδεμένος σε μια κανονική θέση λειτουργίας.

Οι σύγχρονοι OLTC μπορεί να χρησιμοποιούν συμβατικές επαφές τόξου, διακόπτες κενού, μεταβάσεις με αντιστάτες, μεταβάσεις με πηνία ή άλλες διατάξεις ειδικές για τον κατασκευαστή.

---

Κύρια συστατικά ενός OLTC

Ένας παραδοσιακός OLTC τύπου αντιστάτη μπορεί να περιλαμβάνει:

Επιλογέας ακροδεκτών

Ο επιλογέας ακροδεκτών καθορίζει τον επόμενο ακροδέκτη τύλιγματος. Συνήθως εκτελεί τη λειτουργία επιλογής χωρίς να διακόπτει το πλήρες ρεύμα φορτίου.

Διακόπτης διαίρεσης

Ο διακόπτης διαίρεσης μεταφέρει το ρεύμα φορτίου από τον αρχικό ακροδέκτη στον επιλεγμένο ακροδέκτη.

Αντιστάσεις Μετάβασης

Οι αντιστάσεις μετάβασης περιορίζουν το κυκλοφορούν ρεύμα ενώ δύο γειτονικές απαγωγές βραχυκυκλώνονται προσωρινά.

Επιλογέας Αλλαγής

Ένας επιλογέας αντιστροφής ή χονδρού/λεπτού βήματος μπορεί να επεκτείνει το εύρος ρύθμισης χωρίς να απαιτείται υπερβολικός αριθμός συνδέσεων τυλίγματος ρύθμισης.

Μηχανικό Σύστημα Κίνησης

Το μηχανικό σύστημα κίνησης παρέχει την ενέργεια και την ελεγχόμενη ακολουθία που απαιτούνται για την ολοκλήρωση μιας αλλαγής απαγωγής.

Ανάλογα με το σχέδιο, ο OLTC μπορεί επίσης να περιλαμβάνει:

• δείκτες θέσης·
• μηχανικούς και ηλεκτρικούς διακόπτες ορίου·
• μετρητές λειτουργίας·
• τοπικοί και απομακρυσμένοι έλεγχοι·
• αυτόματα ρελέ ρύθμισης τάσης·
• δείκτες επιπέδου λαδιού·
• προστασία με πίεση ή αέριο·
• επίβλεψη θερμοκρασίας·
• συσκευές συνεχούς παρακολούθησης κατάστασης.

Δεν κάθε OLTC περιέχει τα ίδια στοιχεία. Για παράδειγμα, τα OLTC κενού και τα ξηρά OLTC μπορεί να έχουν διαφορετικές διατάξεις διακοπής και μόνωσης.

---

Πώς επηρεάζει η αλλαγή αναφοράς τη δευτερεύουσα τάση;

Για ένα μετασχηματιστή με ρυθμιστικές αναφορές στην ανώτερης τάσης περιέλιξη και με σχετικά σταθερή πρωτεύουσα παροχή:

• Η αύξηση του αποτελεσματικού αριθμού σπειρών της περιέλιξης υψηλής τάσης αυξάνει τον λόγο και μειώνει κατά κανόνα τη δευτερεύουσα τάση.
• Η μείωση του αποτελεσματικού αριθμού σπειρών της υψηλής τάσης μειώνει τον λόγο και αυξάνει κατά κανόνα τη δευτερεύουσα τάση.

Με απλούς όρους:

v₂ ≈ V₁ × (N₂ / N₁)

Εάν η V₁ και η N₂ παραμένουν σταθερές:

• η αύξηση της N₁ μειώνει τη V₂·
• η μείωση της N₁ αυξάνει τη V₂.

Ωστόσο, εκφράσεις όπως «ανύψωση της αντλίας», «χαμήλωμα της αντλίας», «αντλία προς τα επάνω» και «αντλία προς τα κάτω» δεν είναι καθολικά συνεπείς. Η σημασία τους μπορεί να εξαρτάται από τον κατασκευαστή, τη σύμβαση της εταιρείας ηλεκτροδότησης, τη διάταξη των τυλιγμάτων, το σύστημα ελέγχου ή τη μέθοδο αρίθμησης των θέσεων.

Οι χειριστές πρέπει επομένως να βασίζονται σε:

• την πινακίδα ονομαστικών τιμών του μετασχηματιστή·
• το διάγραμμα θέσεων αντλίας·
• το σχηματικό διάγραμμα ελέγχου·
• το εγχειρίδιο οδηγιών OLTC·
• η εγκεκριμένη διαδικασία λειτουργίας.

Δεν πρέπει να υποθέτουν την κατεύθυνση της τάσης μόνο με βάση τον αριθμό της θέσης του ταπ.

---

DETC έναντι OLTC: Κύριες διαφορές

Το ακριβές κόστος, το μέγεθος, το διάστημα συντήρησης και η λειτουργική ικανότητα εξαρτώνται από την ονομαστική ισχύ του μετασχηματιστή, την κλάση τάσης, το εύρος ρύθμισης, την τεχνολογία εναλλαγής και τον κατασκευαστή. Δεν πρέπει να θεωρείται καθολικός κανόνας ένας σταθερός λόγος τιμής μεταξύ μετασχηματιστών DETC και OLTC.

---

Γιατί να επιλέξετε μετασχηματιστή με ρύθμιση αναλογίας υπό φορτίο;

1. Ρύθμιση τάσης χωρίς συνηθισμένη διακοπή λειτουργίας

Η κύρια πλεονεκτικότητα ενός μετασχηματιστή OLTC είναι ότι μπορεί να ρυθμίζει την αναλογία του μετασχηματιστή χωρίς να αποσυνδέεται από το δίκτυο για κάθε εναλλαγή βαθμίδας.

Αυτό είναι σημαντικό όταν μια σχεδιασμένη διακοπή θα επηρέαζε:

• συνεχή παραγωγή·
• κρίσιμη υποδομή·
• υπολογιστικά και επικοινωνιακά συστήματα·
• νοσοκομεία·
• σιδηροδρομικά συστήματα·
• εξορυκτικές εγκαταστάσεις·
• πελάτες υπηρεσιών χρήσης.

Ένας OLTC υποστηρίζει τη συνέχεια της παροχής, αλλά δεν εγγυάται ότι ένα ηλεκτρικό σύστημα δεν θα υποστεί ποτέ διακοπή. Βλάβες μετασχηματιστών, λειτουργίες προστασίας, αστοχίες στο ανώτερο τμήμα του δικτύου, συντήρηση και άλλα γεγονότα στο σύστημα μπορούν να διακόψουν ενδεχομένως την παροχή.

2. Βελτιωμένη συμμόρφωση με την τάση

Η τάση μεταβάλλεται λόγω μεταβαλλόμενου φορτίου, αντίστασης της γραμμής, κατεύθυνσης ροής ισχύος, εξόδου παραγωγής και συνθηκών του ανώτερου δικτύου.

Ένας OLTC μπορεί να βοηθήσει στη διατήρηση της τάσης στον ελεγχόμενο κόμβο εντός του καθορισμένου εύρους. Η διατήρηση αποδεκτής τάσης υποστηρίζει:

• σωστή λειτουργία των εξοπλισμών·
• ποιότητα ισχύος·
• απόδοση κινητήρων·
• διάρκεια ζωής της μόνωσης·
• συμμόρφωση της τάσης του πελάτη·
• σταθερότητα λειτουργίας του συστήματος.

3. Καλύτερη συνεργασία με την αντισταθμιστική ισχύ

Η έξοδος αντισταθμιστικής ισχύος ενός παράλληλου πυκνωτή είναι προσεγγιστικά ανάλογη του τετραγώνου της λειτουργικής τάσης:

\[ Q \propto V^2 \]

Εάν η τάση μειωθεί, η τράπεζα πυκνωτών παράγει λιγότερη αντισταθμιστική ισχύ. Εάν η τάση αυξηθεί υπερβολικά, η έξοδος αντισταθμιστικής ισχύος αυξάνεται και μπορεί να συμβάλει σε υπερτάση ή υπεραντιστάθμιση.

Η συντονισμένη διαχείριση του ελέγχου OLTC με τράπεζες πυκνωτών, πηνίων, στατικών διορθωτών ισχύος (SVC), STATCOM και πόρων βασισμένων σε αναστροφείς μπορεί να βελτιώσει τη συνολική διαχείριση τάσης και αντισταθμιστικής ισχύος.

Η στρατηγική ελέγχου πρέπει να σχεδιαστεί προσεκτικά. Η κακή συνεργασία μπορεί να προκαλέσει υπερβολικές ενεργοποιήσεις τάπα, εναλλαγές πυκνωτών, κυκλικό έλεγχο (hunting) ή ανεπιθύμητη ροή αντισταθμιστικής ισχύος.

4. Μείωση των απωλειών δικτύου σε ορισμένες συνθήκες λειτουργίας

Η διατήρηση της τάσης του συστήματος εντός ενός κατάλληλου εύρους λειτουργίας μπορεί να μειώσει το υπερβολικό ρεύμα και να αποφύγει ορισμένες απώλειες στο δίκτυο.

Ωστόσο, είναι πολύ γενικό να δηλωθεί ότι κάθε λειτουργία OLTC ελαχιστοποιεί αυτόματα τις απώλειες. Το πραγματικό αποτέλεσμα εξαρτάται από:

• τα χαρακτηριστικά του φορτίου·
• το συντελεστή ισχύος·
• την αντίσταση της γραμμής τροφοδοσίας·
• τη ζήτηση που εξαρτάται από την τάση·
• τις απώλειες του μετασχηματιστή·
• τη ροή της άεργης ισχύος·
• την κατανεμημένη παραγωγή·
• τους στόχους ελέγχου.

Οι σύγχρονες στρατηγικές ελέγχου τάσης λαμβάνουν υπόψη τους περισσότερα από την τάση μόνο.

5. Απομακρυσμένη και αυτόματη λειτουργία

Ένας OLTC μπορεί να ελέγχεται μέσω:

• τοπικών πλήκτρων ενεργοποίησης·
• συστήματος απομακρυσμένου ελέγχου·
• SCADA·
• αυτόματου ρελέ ρύθμισης τάσης·
• συντονισμένης αυτοματοποίησης υποσταθμού.

Η αυτόματη ρύθμιση επιτρέπει στο σύστημα ελέγχου να συγκρίνει τη μετρούμενη τάση με μια στόχο τιμή και να εκδίδει εντολές «αύξησης» ή «μείωσης», αφού ικανοποιηθούν οι προκαθορισμένες συνθήκες χρονικής καθυστέρησης και ζώνης ανενεργείας (deadband).

Η ζώνη ανενεργείας (deadband) και η χρονική καθυστέρηση αποτρέπουν περιττές λειτουργίες που οφείλονται σε μικρές ή προσωρινές μεταβολές τάσης.

---

Πότε δεν πρέπει να λειτουργεί ένας OLTC;

Δεν υπάρχει μία ενιαία και καθολική λίστα που ισχύει για κάθε OLTC. Η επιτρεπόμενη λειτουργία εξαρτάται από το ονομαστικό ρεύμα διέλευσης, το σχεδιασμό, το σύστημα προστασίας, το εγχειρίδιο λειτουργίας, την κατάσταση του μετασχηματιστή και τις διαδικασίες του σταθμού.

Οι χειριστές πρέπει να ακολουθούν τις οδηγίες που παρέχουν οι κατασκευαστές του μετασχηματιστή και του OLTC.

Η αλλαγή βαθμίδας μπορεί να χρειάζεται να αποκλειστεί ή να ανασταλεί σε συνθήκες όπως οι παρακάτω.

Το ρεύμα υπερβαίνει το επιτρεπόμενο καθήκον ενεργοποίησης

Ένας OLTC διαθέτει ονομαστικό ρεύμα διέλευσης και καθορισμένη ικανότητα λειτουργίας. Εάν το ρεύμα του μετασχηματιστή υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή για την αλλαγή βαθμίδας, η ενεργοποίηση μπορεί να υποβάλει υπερβολική τάση στα μεταβατικά κοντάκτα, τους υπερβολικούς διακόπτες κενού, τους μεταβατικούς αντιστάτες ή άλλα εξαρτήματα διέλευσης ρεύματος.

Ορισμένοι OLTC διαθέτουν καθορισμένη ικανότητα υπερφόρτισης, ενώ άλλοι πρέπει να αποκλείονται όταν το ρεύμα υπερβαίνει ένα προκαθορισμένο όριο. Η λειτουργία υπερφόρτισης πρέπει επομένως να αξιολογείται με βάση την πραγματική κατάταξη του OLTC και το εγχειρίδιο του κατασκευαστή — όχι μία γενική αρχή.

Ασυνήθης συναγερμός προστασίας OLTC

Οι OLTC με εμβύθιση σε λάδι μπορεί να διαθέτουν αφιερωμένους διακόπτες πίεσης, διακόπτες ροής λαδιού, συσκευές ενεργοποιούμενες από αέριο ή άλλο προστατευτικό εξοπλισμό.

Ένας συναγερμός μπορεί να υποδηλώνει τόξο, δημιουργία αερίου, πρόβλημα στο σύστημα λαδιού ή άλλη ασυνήθη εσωτερική κατάσταση. Δεν πρέπει να πραγματοποιηθεί περαιτέρω αλλαγή βαθμίδας μέχρις ότου ερευνηθεί ο συναγερμός σύμφωνα με τις οδηγίες λειτουργίας.

Οι διατάξεις προστασίας διαφέρουν για τους συμβατικούς OLTC με λάδι, τους OLTC κενού, τις μονάδες με αέριο μόνωση και τους ξηρούς μετασχηματιστές αλλαγής βαθμίδας.

Ανεπαρκές μονωτικό μέσο

Για OLTC με μόνωση λαδιού, η λειτουργία μπορεί να απαγορευθεί εάν:

• η στάθμη λαδιού είναι κάτω από το επιτρεπόμενο εύρος·
• η διηλεκτρική αντοχή είναι ανεπαρκής·
• το λάδι είναι σοβαρά μολυσμένο·
• εντοπιστεί διαρροή·
• η δεξαμενή λαδιού ή το σύστημα πίεσης είναι ανώμαλο.

Αυτές οι συνθήκες δεν ισχύουν με τον ίδιο τρόπο για κάθε τεχνολογία ρυθμιστή βημάτων.

Η ένδειξη κίνησης ή θέσης είναι ανώμαλη

Η λειτουργία πρέπει να διακοπεί εάν ο OLTC εμφανίζει:

• ατελή αλλαγή βήματος;
• διαφορά στη θέση·
• αποτυχία κινητήρα κίνησης·
• μηχανική εμπλοκή·
• αναμενόμενος θόρυβος·
• επαναλαμβανόμενες προστατευτικές διακοπές·
• βλαβώδεις διακόπτες ορίου·
• ένας μετρητής λειτουργιών ή μια ανωμαλία χρονισμού.

Η επαναλαμβανόμενη εκδήλωση εντολών σε έναν εμπλεκόμενο ή μη ολοκληρωμένο OLTC μπορεί να επιδεινώσει τη ζημιά.

Έχει φτάσει το όριο συντήρησης

Ένας OLTC έχει καθορίσει κριτήρια επιθεώρησης ή συντήρησης βασισμένα σε παράγοντες όπως:

• ο αριθμός των λειτουργιών·
• το ρεύμα που διακόπτεται·
• η φθορά των επαφών·
• η κατάσταση του λαδιού·
• ο χρόνος λειτουργίας·
• συστάσεις του κατασκευαστή·
• αποτελέσματα παρακολούθησης της κατάστασης.

Εάν έχει επιτευχθεί ένα όριο συντήρησης, η συνέχιση της λειτουργίας ενδέχεται να μην επιτρέπεται μέχρις ότου ολοκληρωθεί η απαιτούμενη επιθεώρηση ή υπηρεσία.

---

Γιατί μπορεί να είναι επικίνδυνο το υψηλό ρεύμα κατά την αλλαγή απόσβεσης;

Κατά τη μετάβαση OLTC τύπου αντιστάτη, το σύστημα διακοπής πρέπει να μεταφέρει το ρεύμα φορτίου του μετασχηματιστή ενώ ταυτόχρονα ελέγχει το κυκλικό ρεύμα μεταξύ γειτονικών αποσβέσεων.

Τα στοιχεία μετάβασης υφίστανται συνδυασμένη ηλεκτρική και θερμική καταπόνηση. Εάν το λειτουργικό ρεύμα υπερβαίνει την επιτρεπόμενη ικανότητα διακοπής του OLTC, η καταπόνηση στις επαφές και τους αντιστάτες μετάβασης μπορεί να υπερβεί τα σχεδιαστικά τους όρια.

Πιθανές συνέπειες περιλαμβάνουν:

• υπερβολική φθορά επαφών·
• υπερθέρμανση·
• σοβαρή τόξου·
• ζημιά στους αντιστάτες μετάβασης·
• διάσπαση λαδιού·
• αύξηση πίεσης·
• προστατευτική λειτουργία·
• Αποτυχία OLTC ή μετασχηματιστή.

Γι’ αυτό πολλά συστήματα ελέγχου μετασχηματιστών περιλαμβάνουν λειτουργία αποκλεισμού υπερρεύματος για αυτόματες εντολές αλλαγής βημάτων.

Ωστόσο, η τιμή αποκλεισμού πρέπει να βασίζεται στην πραγματική ονομαστική ισχύ του OLTC, στον σχεδιασμό του μετασχηματιστή, στις ρυθμίσεις του ρελέ και στις οδηγίες του κατασκευαστή.

---

Πώς να επιλέξετε μεταξύ DETC και OLTC

Ένας αποφορτισμένος μεταβολέας βημάτων μπορεί να είναι η καλύτερη επιλογή όταν:

• η εισερχόμενη τάση είναι σταθερή·
• η ρύθμιση βημάτων χρειάζεται σπάνια·
• οι προγραμματισμένες διακοπές είναι αποδεκτές·
• η απλότητα είναι προτεραιότητα·
• ο αυτόματος έλεγχος δεν είναι απαραίτητος·
• η χαμηλότερη αρχική δαπάνη είναι σημαντική.

Ένας μετασχηματιστής με ρυθμιζόμενη τάση υπό φορτίο μπορεί να είναι προτιμότερος όταν·

• η τάση αλλάζει συχνά·
• τα φορτία μεταβάλλονται σημαντικά·
• η συνέχεια της παροχής είναι σημαντική·
• απαιτείται αυτόματη ρύθμιση τάσης·
• απαιτείται απομακρυσμένος έλεγχος·
• η παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές επηρεάζει την τάση·
• η ελεγχόμενη λεωφόρος πρέπει να παραμένει εντός στενής ζώνης τάσης·

Η απόφαση πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις απαιτήσεις κύκλου ζωής, όχι μόνο την αρχική τιμή του μετασχηματιστή·

Σημαντικοί παράγοντες αξιολόγησης περιλαμβάνουν:

• εύρος ρύθμισης τάσης·
• αριθμός και μέγεθος των βημάτων ταπ·
• μέγιστο διερχόμενο ρεύμα·
• συχνότητα λειτουργιών·
• προφίλ φόρτισης·
• καθήκον βραχυκυκλώματος·
• επίπεδο μόνωσης·
• πόροι συντήρησης·
• απαιτήσεις ελέγχου και επικοινωνίας·
• απαιτούμενη αξιοπιστία·
• συνθήκες περιβάλλοντος·
• εφαρμόσιμα πρότυπα.

Συχνές Ερωτήσεις

Μπορεί ένας διακόπτης ρύθμισης τάσης χωρίς ρεύμα να λειτουργήσει όταν ο μετασχηματιστής δεν φορτίζεται, αλλά παραμένει ενεργοποιημένος;

Συνήθως, όχι.

Ένας διακόπτης ρύθμισης τάσης χωρίς ρεύμα απαιτεί γενικά τον ηλεκτρικό αποσυνδεσμό του μετασχηματιστή, όχι απλώς την αποφόρτισή του. Ένας ενεργοποιημένος μετασχηματιστής μπορεί να επιβάλλει τάση στις επαφές του διακόπτη ρύθμισης τάσης ακόμη και αν το ρεύμα φόρτισης στο δευτερεύον κύκλωμα είναι χαμηλό ή ανύπαρκτο.

Τηρείτε πάντα τη διαδικασία απομόνωσης του κατασκευαστή.

Καθιστά ο διακόπτης ρύθμισης τάσης υπό φορτίο (OLTC) τον μετασχηματιστή αδιάκοπο;

Όχι.

Ένας ρυθμιστής φορτίου υπό λειτουργία (OLTC) αποτρέπει τη διακοπή λειτουργίας αποκλειστικά για την κανονική ρύθμιση των βημάτων. Δεν προστατεύει το σύστημα από κάθε βλάβη μετασχηματιστή, δικτύου, προστασίας ή προερχόμενης παροχής.

Κρίσιμες εγκαταστάσεις ενδέχεται να απαιτούν ακόμη και εφεδρικούς μετασχηματιστές, διπλές πηγές ενέργειας, συστήματα UPS, γεννήτριες, σχήματα μεταφοράς ή άλλα μέτρα συνέχειας.

Χρησιμοποιεί κάθε OLTC αντιστάσεις μετάβασης;

Όχι.

Πολλοί OLTC χρησιμοποιούν αντιστάσεις μετάβασης, αλλά άλλοι χρησιμοποιούν πηνία μετάβασης. Σύγχρονα σχέδια μπορεί επίσης να χρησιμοποιούν διακόπτες κενού (vacuum interrupters) και διαφορετικές διατάξεις επιλογέα ή διακόπτη διαίρεσης.

Είναι πάντα αυτόματος ένας OLTC;

Όχι.

Ένας OLTC μπορεί να λειτουργεί χειροκίνητα, ηλεκτρικά από τοπικό πίνακα ελέγχου, από απόσταση μέσω SCADA ή αυτόματα μέσω ρελέ ρύθμισης τάσης.

Αυξάνει πάντα η δευτερεύουσα τάση με υψηλότερο αριθμό βήματος;

Όχι απαραίτητα.

Ο τρόπος αρίθμησης των θέσεων βημάτων και οι συμβάσεις «αύξησης/μείωσης» διαφέρουν. Οι χειριστές πρέπει να ελέγχουν το διάγραμμα βημάτων του μετασχηματιστή και την τεκμηρίωση ελέγχου.

Είναι ένας DETC πιο αξιόπιστος από έναν OLTC;

Ένας DETC είναι μηχανικά απλούστερος και συνήθως απαιτεί λιγότερη συντήρηση. Ένας OLTC είναι πιο περίπλοκος, διότι πρέπει να μεταγειτονίζει το ρεύμα φορτίου χωρίς διακοπή της παροχής.

Ωστόσο, η πραγματική αξιοπιστία εξαρτάται από το σχεδιασμό, την εφαρμογή, τη συντήρηση, το καθεστώς λειτουργίας, την εγκατάσταση και την ποιότητα κατασκευής.

Πόσο συχνά πρέπει να συντηρείται ένας OLTC;

Δεν υπάρχει καθολικό διάστημα.

Η συντήρηση μπορεί να εξαρτάται από το παρεληλυθέν χρόνο, τον αριθμό των λειτουργιών, το καθεστώς ρεύματος που μεταγειτονίζεται, τη φθορά των επαφών, την κατάσταση του λαδιού, τα αποτελέσματα διαγνωστικών ελέγχων και τις οδηγίες του κατασκευαστή. Οι OLTC με κενό μπορεί να έχουν διαφορετικές απαιτήσεις συντήρησης από τους συμβατικούς OLTC με μεταγείτονιση σε λάδι.

Συμπέρασμα

Η διαφορά μεταξύ ενός μετασχηματιστή με μηχανισμό ρύθμισης τάσης χωρίς φόρτιση (de-energized tap changer) και ενός με μηχανισμό ρύθμισης τάσης υπό φόρτιση (on-load tap changer) είναι απλή:

• Α DETC αλλάζει τον λόγο μετασχηματισμού μόνο όταν ο μετασχηματιστής είναι απενεργοποιημένος.
• Ένα OLTC αλλάζει τον λόγο ενώ ο μετασχηματιστής είναι ενεργοποιημένος και μεταφέρει φορτίο.

Η μηχανική σχεδίαση ενός OLTC είναι πιο περίπλοκη. Πρέπει να διατηρεί τη διαδρομή του ρεύματος φορτίου ενώ περιορίζει το κυκλοφορούν ρεύμα μεταξύ γειτονικών αναλήψεων τυλίγματος. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω μιας ελεγχόμενης ακολουθίας εναλλαγής, χρησιμοποιώντας αντίσταση ή επαγωγική αντίσταση μετάβασης, ανάλογα με το σχέδιο.

Τα DETC είναι οικονομικά, συμπαγή και κατάλληλα για σπάνιες ρυθμίσεις. Τα OLTC είναι καλύτερα κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν συχνή ρύθμιση τάσης, απομακρυσμένο έλεγχο, αυτόματη λειτουργία ή βελτιωμένη συνέχεια κατά την αλλαγή αναλήψεων.

Η τελική επιλογή πρέπει να βασίζεται στο σύστημα ισχύος, τις απαιτήσεις λειτουργίας, τη στρατηγική συντήρησης, τα εφαρμόσιμα πρότυπα και το συνολικό κόστος κύκλου ζωής.