Кернеуді реттеуде тап-чейнджердің қызметі қандай?

Қуат тарату жүйелерінде тұрақты шығыс кернеуін сақтау — ең маңызды инженерлік мәселелердің бірі. Жүктеме жағдайлары тұрақсыз болып отырады, желілік қоректендіру кернеулері өзгереді, ал құрылғылардың сезімталдығы пассивті трансформаторлық конструкциялардың ғана қамтамасыз ете алмайтын дәлдікті талап етеді. Дәл осы жерде реттеуіш тап-чейнджер қажеттілігі туындайды. Трансформатордың орамдар қатынасын мақсатты түрде реттеуге мүмкіндік беру арқылы тап-чейнджер инженерлер мен операторларға жоғарғы немесе төменгі деңгейдегі айнымалылықтардан қарамастан, кернеу шығысын қабылданатын шектер ішінде ұстай алатын практикалық, сенімді механизм береді.

Кернеуді реттеудегі тап-өзгерткіштің қызметін түсіну үшін оның механикалық құрылғы ретіндегі өзінен гөрі кеңірек контекстке – трансформатордың жобалануына, желінің тұрақтылығына және өнеркәсіптік электр энергиясының сапасына назар аудару қажет. Ол өндірістік кәсіпорынға қызмет ететін тарату трансформаторына орнатылса да немесе жоғары кернеуді беретін желілік трансформаторға дәл осындай тәсілмен орнатылса да, тап-өзгерткіш желінің бергені мен жүктеменің нақты қажет ететіні арасындағы аралықты жабатын компонент болып табылады. Бұл мақала тап-өзгерткіштің қалай жұмыс істейтінін, неге ол маңызды екенін және қазіргі заманғы электр жүйелерінде қолданылатын әртүрлі тап-өзгерткіштердің бір-бірінен айырмашылығын түсіндіреді.

Трансформатордағы тап-өзгерткіштің негізгі қызметі

Шығыс кернеуін реттеу үшін орамдар санының қатынасын реттеу

Трансформатор электромагниттік индукция принципі бойынша жұмыс істейді, ал оның шығыс кернеуі біріншілік орамдағы орам саны мен екіншілік орамдағы орам санының қатынасына тура пропорционал. Кіріс кернеуі көтерілгенде немесе жүктеме өзгергенде шығыс кернеуі сәйкесінше өзгереді. Тап-ауыстырғыш (тап-переключатель) бұған орам бойынша әртүрлі нүктелерге, яғни таптарға қосылу арқылы жауап береді; бұл тәсіл шынында да белсенді орам санын өзгертеді және сондықтан орамдар қатынасын өзгертеді.

Жоғары тап орнын таңдау арқылы біріншілік орамдардың тиімді саны артады, бұл екіншілік кернеуді төмендетеді. Керісінше, төменгі тап орнын таңдау біріншілік орамдардың тізбектегі санын азайтады, сондықтан екіншілік кернеу көтеріледі. Бұл қарапайым механикалық және электрлік қатынас тап-ауыстырғышқа сыртқы қуатты реттеу құрылғыларын қажет етпейтін кернеу реттеу қабілетін береді.

Практикалық тұрғыдан алғанда, таптағыш өзгертуші әдетте номинал кернеудің плюс немесе минус бес пен он пайызы арасындағы реттеу диапазонын қамтамасыз етеді, ал жеке қадамдар бір немесе екі пайыздан тұрады. Бұл дәлдік дәрежесі сезімтал өнеркәсіптік және коммерциялық жүктемелерді олардың белгіленген кернеу төзімділігі шегінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Жүйе кернеуінің ауытқуларын компенсациялау

Электр желілері статикалық орта емес. Тарату трансформаторының біріншілік шығыстарындағы кернеу генерациялық қуаттың өзгеруіне, электр беру желілерінің жүктемесіне, реактивті қуаттың тепе-теңдіксіздігіне және маусымдық сұраныс үлгілеріне байланысты ауытқуы мүмкін. Таптағыш өзгертушісіз бұл ауытқулар тікелей екіншілік жағына өтеді, нәтижесінде жабдықтардың ақауға ұшырауы, электр қозғалтқыштардың пайдалы әсер коэффициентінің төмендеуі немесе изоляцияның ерте ыдырауы мүмкін.

Тап-өзгерткіш компенсациялау механизмі ретінде әрекет етеді. Кіріс қоректендіру кернеуі төмендеген кезде тап-өзгерткіш тиімді біріншілік орам санын азайтатын орынға ауысады, нәтижесінде екіншілік кернеу номинал мәніне қайта жақындайды. Қоректендіру кернеуі номиналдан жоғары болғанда тап-өзгерткіш жүктеме жағындағы ашық кернеуді болдырмау үшін қарама-қарсы бағытта жылжиды.

Бұл компенсациялық функция өте маңызды, өйткені дәлме-дәл өңдеу, химиялық өңдеу немесе деректер орталығы операциялары сияқты кернеуге сезімтал өндірістік процестер тарату желілерінде пик жүктеме кезінде кездесетін кернеу тербелістерін төтенше қабылдай алмайды.

Жұмыс істеп тұрған кезде тап-өзгерткіш пен ток өтпейтін кезде тап-өзгерткіш

Жұмыс істеп тұрған кезде тап-өзгерткіш қалай жұмыс істейді

Жүктеме кезінде реттегіш, жиі OLTC деп қысқартылады, трансформатор әлі де электрмен қоректеніп, жүктеме тогын өткізіп тұрған кезде реттеуіштің орындарын өзгертуге арналған. Бұл – техникалық тұрғыдан қиын талап, себебі ток өтіп тұрған кезде реттеуіштерді ауыстыру көрсетілгендей ұстамаса, көршілес реттеуіштер арасында уақытша қысқа тұйықталу пайда болады. OLTC токты бір реттеуіштен екіншісіне қоректенуді тоқтатпай немесе зиянды доғалануға әкелмей ауыстыру үшін ауысу резисторлары немесе реакторлары мен жоғары жылдамдықты ауыстыру механизмінің комбинациясын қолданады.

Резисторлық типтегі ЖЖК-тің ауысу реті кезінде токтың қазіргі шығысы мен мақсатты шығыс бір уақытта резистор арқылы қысқа мерзімді қосылады, бұл ауысу кезіндегі айналымдық токты шектейді. Барлық операция миллисекундтар ішінде жүзеге асады, сондықтан оны қосылған жүктемелер қабылдамайды. Бұл мүмкіндік ЖЖК-ті үздіксіз жұмыс істеу шарты қажет болатын өткізгіштік және үлкен тарату трансформаторлары үшін негізгі таңдау етеді.

Қазіргі заманғы ЖЖК-тер жиі автоматты кернеу реттегіштермен жұпталады, олар екіншілік кернеуді үздіксіз бақылап отырып, токтың шығысын реттеу үшін ЖЖК-тің электрқозғалтқышына басқару сигналдарын жібереді. Бұл тұйық циклдық орналасу оператордың қатысуынсыз толықтай автоматтандырылған кернеу реттеуін қамтамасыз етеді, бұл адамсыз қосқыш станциялары мен алыста орналасқан орнатулар үшін өте маңызды.

Тұрақты реттеу қолданбаларындағы Сыртқы Токсыз Шығыс Реттегіштің Ролі

Сыртқы тізбектегі тап өзгерткіш, кейде токсызданған тап өзгерткіш немесе ТТӨ деп аталады, тек трансформатор толығымен токсызданған және қоректендіру көзінен бөлінген кезде ғана іске қосылады. Бұл — токтың өтуінде жұмыс істейтін тап өзгерткішке (ТОТӨ) қарағанда қарапайым және берік құрылғы болып табылады; ол әртүрлі орамдардың таптарына физикалық түрде қосылатын бұрылмалы немесе сызықтық таңдауыш құрылғысынан тұрады. Токтың өтуінде қосу-ажырату операцияларын басқару қажет етілмейтіндіктен, механикалық конструкциясы қарапайым болып келеді және ондаған жылдар бойы өте сенімді жұмыс істейді.

Сыртқы тізбектегі тап өзгерткіш негізгі кернеу салыстырмалы тұрақты болатын және таптардың реттелуі тек іске қосу кезінде, маусымдық қайта конфигурациялау кезінде немесе жергілікті желі инфрақұрылымында маңызды өзгерістерден кейін ғана қажет болатын қолданыстарда қолданылады. Тұрақты өнеркәсіптік объектілерге қызмет көрсететін тарату трансформаторлары, болжанатын жүктемелері бар ауылдық желілер мен арнайы ғимараттарға арналған трансформаторлар — бұл тап өзгерткіштің типтік қолданыс аймақтары.

Сыртқы токтың әсерінен жұмыс істемейтін реттегіштің динамикалық жауабы ОЛТК-ке қарағанда төмен болса да, ол құны, қолданыста ұсталуының қарапайымдылығы және ұзақ мерзімді сенімділігі бойынша артықшылықтарға ие. Көптеген қолданыстар үшін трансформатордың қызмет көрсету мерзімінде кернеуді қабылданған шектерде реттеу үшін жоспарланған өшірулер кезінде периодты түрде қолмен реттеу мүмкіндігі толықтай жеткілікті.

Кернеуді реттеу сапасы және реттегіштің конструкциясына қойылатын талаптар

Реттеу диапазоны, қадам өлшемі және реттеу дәлдігі

Реттегіші бар трансформатордың кернеуді реттеу сапасы негізінен реттеу диапазоны мен қолжетімді қадамдар санына тәуелді. Кеңірек реттеу диапазоны үлкен тарату кернеуінің тербелістерін өңдеуге көбірек икемділік береді, ал кішірек қадам өлшемі кернеуді реттеу дәлдігін жақсартады. Инженерлер бұл екі параметрді орамның конструкциялық шектеулері мен қосымша реттеу орындарының құнына әсер етуін ескере отырып, теңестіруі керек.

Стандарттық тарату трансформаторлары әдетте жалпы бес реттік орны бар, екі жарым пайыздық қадамдармен бес пайызға дейінгі оң және теріс бағыттағы реттеу диапазонын ұсынады. Өнеркәсіптік немесе электр желілерінде қолданылатын жоғары сапалы трансформаторлар бір немесе екі пайыздық қадамдармен он пайызға дейінгі оң және теріс бағыттағы реттеу диапазонын ұсынуы мүмкін, нәтижесінде он немесе одан да көп реттік орындар болады. Әрбір қосымша реттік орын қосымша орамдардың қосылуын, қосымша изоляциялық координацияны және күрделірек реттегіш механизмін талап етеді.

Кернеуді реттеудің дәлдігі сонымен қатар автоматты жүйелердегі кернеу бақылау тізбегінің шешім қабілетіне де байланысты. Жақсы калибрленген автоматты кернеу реттегіш және жіңішке қадамды реттегіш механизмімен жұмыс істеген кезде екіншілік кернеуді орнатылған мәннен бір пайызға аспайтындай етіп ұстайды, бұл көптеген сезімтал өнеркәсіптік және коммерциялық жүктемелердің талаптарына сай келеді.

Реттегіш механизмінің дизайнындағы изоляциялық және жылулық ескертулер

Тап-өзгерткіш трансформатордың маймен толтырылған резервуарында немесе жеке маймен толтырылған бөлімде жұмыс істейтіндіктен, оның конструкциясы қызмет көрсету мерзімі бойына оған әсер ететін электрлік кернеу мен жылулық ортаға төтеп беруге қабілетті болуы керек. Жүктеме кезінде өзгертілетін тап-өзгерткіштер үшін контакттар мен ауыстыру элементтері қайталанатын доғалануды шыдай алуы керек, ал изоляциялық май диэлектрлік қирап кетудің алдын алу үшін жағымды күйде сақталуы керек.

Жүктеме кезінде тап-өзгерткіштердің қызмет көрсетуі кезінде пайда болатын көміртекті бөлшектерден майдың ластануы — жүктеме кезінде тап-өзгерткіштердің негізгі техникалық қызмет көрсету мәселелерінің бірі. Көптеген заманауи ЖТТ (ЖКТ) конструкциялары трансформатордың негізгі резервуарынан бөлек орналасқан және оған изоляциялық майдың негізгі көлеміне ауыстыру өнімдерінің түсуін болдырмауға арналған маймен толтырылған бөлімді қолданады. Майдың периодты түрде сынамаларын алу мен контакттарды тексеру — тап-өзгерткіштің қызмет көрсету мерзімін ұзартуға және трансформатордың жалпы қорғанысын қамтамасыз етуге арналған стандартты техникалық қызмет көрсету шаралары.

Жылумен басқару да осындай маңызды. Тап өзгерткіштің тұйықтағыштары толық жүктеме тогын өткізеді, ал тозу немесе ластану салдарынан тұйықтағыштың кедергісі артқан кезде қосымша жылу бөлінеді. Тұйықтағыштың кедергісін техникалық қызмет көрсету аралығында бақылау тозудың апаттық жағдайға дейін дамуынан бұрын анықтауға көмектеседі, бұл әсіресе жоғары жүктемелік коэффициентпен үздіксіз жұмыс істейтін трансформаторлар үшін маңызды.

Автоматты кернеу реттеуі және тап өзгерткіштің заманауи электр энергиясы жүйелеріндегі рөлі

Автоматты кернеу реттегіштермен интеграциялануы

Қазіргі заманғы тарату және өнеркәсіптік электр энергиясы жүйелерінде тап өзгерткіш әдетте жеке жұмыс істемейді. Ол әдетте автоматты кернеу реттегішпен интеграцияланған, ол екіншілік шина кернеуін үздіксіз бақылайды және оны белгіленген нүктемен салыстырады. Өлшенген кернеу белгіленген диапазоннан асып кеткен кезде реттегіш тап өзгерткіштің қозғалтқышына кернеуді көтеру немесе төмендету бойынша команда береді, содан кейін тап таңдаушы кернеуді қажетті диапазонға қайтару үшін қайта орналасады.

Бұл автоматты басқару циклы таптағышты пассивті реттеу құрылғысынан белсенді кернеу басқару құралына айналдырады. Реттегішті кернеудің өтуші төмендеуі кезінде таптардың қажетсіз қозғалысын болдырмау үшін уақытша кешігулермен және кернеуді қаншалықты дәл реттеу керектігін анықтайтын жолақ ені параметрлерімен конфигурациялауға болады. Бұл параметрлер қосылған жүктеменің сипаттамалары мен қоректендіру кернеуінің күтілетін ауытқуларына сәйкес келетіндей етіп реттеледі.

Жетілдірілген автоматты кернеу реттегіштері сонымен қатар желілік түсу компенсациясы сияқты қосымша функцияларды қамтиды; бұл функция желі бойынша бағаланған кернеу түсуіне негізделе отырып, кернеу орнатылған мәнін реттейді, сондай-ақ параллель жұмыс істейтін бірнеше трансформаторлардағы таптағыш қозғалыстарын координаттауға арналған параллель жұмыс басқаруы — бұл циркуляциялық реактивті токтарды болдырмау үшін қолданылады.

Өнеркәсіптік қолданыстағы тарату трансформаторларындағы таптағыштың жұмыс сапасы

Өнеркәсіптік объектілер үшін тарату трансформаторындағы реттегіш (тап-чейнджер) көбінесе электр энергиясының сапасына байланысты мәселелерге қарсы алғашқы қорғаныс сызығы болып табылады. Айнымалы жылдамдықтық қозғалтқыштарға, дәлдікпен жылыту құрылғыларына немесе сезімтал өлшеу аспаптарына сүйенетін өндірістік процестер кернеу тербелістеріне ерекше төзімсіз болады. Дұрыс конфигурацияланған реттегіш тарату кернеуін тұрақты ұстайды, нәтижесінде қажетсіз авариялық тоқтатулар, өндірістік үзілістер мен жабдықтардың зақымдануын болдырмауға болады.

Автоматты реттегіші бар маймен толтырылған тарату трансформаторлары өнеркәсіптік тарату орталықтарында кеңінен қолданылады, себебі олар жоғары пайдалы әсер коэффициентін, берік жылулық сипаттамаларын және қатаң талап қойылатын жүктемелерді қамтамасыз ету үшін қажетті кернеуді реттеу қабілетін ұштастырады. Маймен изоляцияланған жүйе өте жақсы диэлектрлік беріктік пен тиімді жылу шашуын қамтамасыз етеді, ал реттегіш қазіргі заманғы өнеркәсіптік процестерге қажетті динамикалық кернеу реттеуін қосады.

Өнеркәсіптік қолданыста тарату трансформаторын таңдаған кезде, реттегіштің (тап-чейнджердің) сипаттамасы орнатылатын жерде күтілетін нақты кернеу ауытқуын көрсетуі тиіс. Ұзын тарату желілері арқылы қоректенетін немесе радиалды желінің соңында орналасқан объектілерде әдетте кернеудің ауытқуы көп болады, сондықтан кеңірек тап-диапазон мен автоматты жұмыс істеу мүмкіндігі тиімді болады. Тұрақты желілік қосылуы бар объектілерге қарапайым сыртқы тап-реттегіш (off-circuit tap changer) және қолмен реттеу мүмкіндігі жеткілікті болуы мүмкін.

Реттегіштердің (тап-чейнджерлердің) қызмет көрсетуі, сенімділігі және пайдалану мерзімі

Ұзақ мерзімді сенімділік үшін қолданылатын қызмет көрсету тәжірибелері

Таптағыш өзгерткіш трансформатордағы механикалық тұрғыдан ең белсенді компоненттердің бірі болып табылады, сондықтан оның жөндеу талаптары да осы белсенділікті көрсетеді. Жүктеме кезінде өзгертілетін таптағыш өзгерткіштер үшін қалыпты жөндеу әдетте май сынамасын алу мен талдау, контакттарды тексеру және ауыстыру, жетек механизмін майлап отыру, сондай-ақ электрқозғалтқыш жетегі мен басқару тізбегінің қызмет етуін сынақтан өткізу кіреді. Бұл іс-шаралардың жиілігі орындалған таптағыш операцияларының санына байланысты, ал бұл сан көптеген заманауи таптағыш өзгерткіштердің конструкциясына кіріктірілген операция санағышы арқылы тіркеледі.

Жүктеме кезінде өзгертілетін таптағыш өзгерткіштер үшін контакттардың тозуы – негізгі қызмет ету мерзімін шектейтін фактор. Өндірушілер әдетте контакттарды ауыстыру мерзімін белгілі бір операциялар санына негіздейді; бұл сан конструкциясы мен өткізілетін токқа байланысты әдетте елу мыңнан жүз мыңға дейінгі операциялар аралығын құрайды. Бұл мерзімді тексерусіз асырып кету контакттардың зақымдану қаупін арттырады, бұл трансформатордың өшірілуіне немесе ауыр жағдайларда ішкі зақымдануға әкелуі мүмкін.

Сыртқы тізбектегі тап-ауыстырғыштар үшін қызмет көрсету аз интенсивті болады, себебі жүктеме астында ауыстыру жүзеге аспайды. Алайда, контакттарды коррозиядан немесе механикалық тозудан қорғау үшін оларды периодты түрде тексеру қажет, сонымен қатар тап-позициясын дәл көрсету үшін орналасу көрсеткішін тексеру қажет. Контакттардың боялуы немесе шұңғымалануының кез келген белгісі трансформаторды қызметке қайта іске қосу алдында жақыннан тексеруді қажет етеді.

Күй бақылауы мен болжамды қызмет көрсету тәсілдері

Қазіргі заманғы активтерді басқару тәжірибелері болжамды қызмет көрсету интервалдарын ұзарту және жоспарланбаған өшірулерді азайту үшін күй бақылауына барынша сүйенеді. Тап-ауыстырғыштар үшін күй бақылауы әдетте тап-ауыстырғыш майындағы еріген газдарды талдауды қамтиды, бұл арқылы айқын зақымдану пайда болғанша доға түзу мен қызу құбылыстарын анықтауға болады. Сонымен қатар, акустикалық бақылау мен тербеліс талдауы қозғалтқыш механизмі мен ауыстыру құрылғысындағы механикалық аномалияларды анықтау үшін қолданылады.

Кейбір жетілдірілген трансформаторларды бақылау жүйелерінде арнайы реттегіш құрылғыларды бақылау модульдері бар, олар электрқозғалтқыштың ток күшін, жұмыс істеу уақытын және тұрақты токтың кедергісін нақты уақытта бақылайды. Бастапқы мәндерден ауытқулар апат болмас бұрын техникалық қызмет көрсету бригадаларына арналған ескертпелерді қосады. Бұл болжамдық тәсіл апаттың жоспарланбаған тоқтатуы маңызды операциялық немесе қаржылық салдарларға әкелетін маңызды қолданыстардағы трансформаторлар үшін ерекше маңызды.

Реттегіш құрылғылардың күйін бақылауға инвестициялар салу – үлкен трансформаторлар паркін басқаратын немесе үздіксіз өндіріске белгілі бір трансформаторларға тәуелді болатын активтер иелері үшін тиімді құны бар стратегия. Уақыт өте келе жиналған деректер капиталды жоспарлау шешімдерін жақсартуға да көмектеседі, себебі қалдық қызмет ету мерзімі туралы объективті дәлелдер беріледі, ал бұл тек күнтізбелік ауыстыру кестелеріне сүйенуге қарағанда тиімдірек.

Жиі қойылатын сұрақтар

Трансформатордағы реттегіш құрылғының негізгі қызметі қандай?

Тап-өзгерткіштің негізгі қызметі — орамның бойымен әртүрлі нүктелерге қосылу арқылы трансформатордың бұралыс қатынасын реттеу. Бұл реттеу шығыс кернеуін өзгертуге арналған, яғни кіріс кернеуі немесе жүктеме шарттарындағы өзгерістерді компенсациялау үшін қолданылады; сондықтан екіншілік кернеу қажетті жұмыс ауқымында ұстап тұрылады. Сондықтан тап-өзгерткіш — трансформатордың белсенді кернеу реттеуін жүзеге асыратын негізгі механизм.

Жүктемелі тап-өзгерткіш пен токсыз тап-өзгерткіштің айырмашылығы неде?

Жүктемелі тап-өзгерткіш трансформатор жұмыс істеп тұрған кезде (яғни электр тогымен қоректеніп, жүктеме ұстап тұрған кезде) тап-позицияларды өзгерте алады; бұл кезде ауысу тогын қауіпсіз басқару үшін өткелдік кедергілер немесе реакторлар қолданылады. Токсыз тап-өзгерткіш тек трансформатор толығымен токсыздалған кезде ғана пайдаланылуы мүмкін. Жүктемелі типі үздіксіз кернеу реттеуі қажет болатын жағдайларда қолданылады, ал токсыз типі жоспарланған өшірулер кезінде кезекті қолмен реттеу жеткілікті болатын қолданыстарға сай келеді.

Тап-өзгерткіш өнеркәсіптік кәсіпорындарда электр энергиясының сапасына қалай әсер етеді?

Өнеркәсіптік кәсіпорындарда тап-өзгерткіш айнымалы жиілікті жеткізу құрылғылары, дәлме-дәл жабдықтар және технологиялық процестерді басқару жүйелері сияқты сезімтал жабдықтар үшін тұрақты тарату кернеуін қамтамасыз етуге көмектеседі. Тор кернеуінің тербелістері мен жүктеме әсерінен пайда болатын кернеу төмендеуін компенсациялау арқылы тап-өзгерткіш жабдықтардың ақаулы жұмыс істеуі, өндірістің тоқтатылуы және компоненттердің ерте сыртқы құрылғыларының шығуы қаупін азайтады. Автоматты кернеу реттегішпен бірге қолданылғанда ол оператордың қатысуын қажет етпейтін үздіксіз тұйық циклды кернеу реттеуін қамтамасыз етеді.

Тап-өзгерткіш қанша уақытта бір рет техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді?

Тап-чейнджердің қызмет көрсету жиілігі оның түрі мен орындайтын операциялар санына байланысты. Жүктеме астындағы тап-чейнджерлер әдетте өндірушімен белгіленген интервалдарда май сынамасын алу мен тұйықтағыштарды тексеруді талап етеді; бұл көбінесе тек календарлық уақыт емес, операциялар саны негізінде анықталады. Жүктемесіз тап-чейнджерлерге көбірек назар аудару қажет емес, бірақ тұйықтағыштардың күйі мен механикалық бүтіндігін тексеру үшін периодты түрде тексерілуі қажет. Ерітілген газдарды талдау сияқты күйді бақылау әдістері қызмет көрсету интервалдарын оптималдауға және апаттарға әкелетін мәселелерді алдын ала анықтауға көмектеседі.