JUGOSLAVENSKI КОМПЕТ MEDUNARODNE KONFERENCIJE ZA VELIKE ELEKTRICNE MREZE - CIGRE

Z А G R Е В. ВerislaviCeva 6

XVII SЛ VJEТOVANJE ELEKTROENERGEТICARA JUGOSLAVIJE

STR UGA. od 12.do 15.maja. 1985.

Juso Ikanovic, dip1.ing. • ENERGOINVEST •

Тvornica trans!orиatora

LJUBLJANJ.

Referat broj 12.06

BOOSTER REGULJ.CIJJ. .liAPO.IiJ. lii.A. NISKO.IiAPONSKOJ SТIШП

ENERGEТSКIН TRJ.NSJORМJ.TORA

SJ.DRZAJ

Raz1i~itost rjeAenja svjetskih energetskih sistema i regu1acije napona na nji­ma vr1o ~esto zahtijeva od proizvodaca trans!ormatora neuobicajene i speci!icne konвtrukcije. G1avnina uzroka i proЬlema је vezana upravo za regu1aciju napona. На koji nacin, u zadanim us1ovima, ostvariti regu1aciju biti се zavisno od si­rokog spektra cini1aca.

Sa в1icnim proЬle•o• s•o se susre1i i Di u naAoj tvornici. Nacin na koji sшо jedan takav рrоЬlеш rjesi1i Ьiti се iz1ozen u оvош c1anku.

Svi dijagraai i s1ike su nacrtane na primjeru regu1acijskog trans!orшatora RТ 25 МVА - 11о/13,8 kV ~ 9 х 1,25 % Dyn 1.

Pored toga, sist~ш је uopsten i opisan jednostavni• шate•atickim !orшu1acijaaa koje se шogu priшjeniti za Ьi1о koji drugi s1ican s1ucaj regu1acije.

45

R 12.06

1. UVOD

Uopsteno ве moze reci da је regu1acija napona ва вtanoviвta proizvo~aca jedan od tezisnih konвtrukcijвko-tehno1oskih рrоЬlеша koji raвtom вnage i оЬiма re­gu1acije poвtaju вvе в1ozeniji. Neke energetвke шreze u вvijetu i kod nав po­nekad zahtijevaju od transforмatora шogucnoвt regu1acije napona na niskonapon­вkoj вtrani. Teskoce u tom в1ucaju poвtaju јов koшp1ekвnije i sire.

U princ1pu је, za oвtvarenje takve. regu1ac1je, moguce regu1acijвk1 prekidac (uoЬicajena је regu1acija napona pod opterecenjeш) namjeвtit1 na v1вokonapon­вkoj 111 niskonaponвkoj вtrani. Za koje rjesenje се ве konвtruktor od1uc1ti zavis1t се od anogo cin11aca.

2. MOGUCiiOSTI REGUЫ.CIJE

2.1. Regu1ac1ja napona sa regu1ac1jвkiм prekidacem na viвokonaponвkoj вtrani 11i tzv. regu1ac1ja napona promen1j1vim magnetniм po1jem. Ova izvedba је pr1hvat1j1va вашо u granicaшa niz1h napona, jer је vec kod вrednjih na­pona tesko 1zvod1jiva. !ko ве radi jos о вројu trokut na visokonaponвkoj вtrani za napone vise od 11о kV prakticno ne do1azi u obz1r. S1aboвt ovakvog nacina regu1ac1je ве og1eda i u tome da ne moze obezЬijediti вtalnost oвnovnih parametara (napon kratkog spoja, 1ndukcija u jezgru) sto је u vecini в1ucajeva nepoze1jno .

2.2. Druga mogucnoвt је regu1acija napona sa regu1acijskim prekidacem na nis­konaponвkoj strani. U princ1pu, treba teziti za tiм da је regu1ac1jвki prekidac ugra~en na вtrani promjene napona, sto opet n1je izvodljivo kod svih konstrukcija. Me~tim, porastoш snage uz re1at1vno niske sekundarne napone, raste i вtгUја koju u tош s1ucaju treba prek1dati. Uв1jed toga

46

ве ra~aju novi proЬlemi koji ва воЬоm, u krajnjem s1ucaju, donose ne~a­cionalno projektirane jedinice 1 ugra~ene vr1o вkupe regu1ac1jske preki­dace. U sveмu tome, prvenstven zadatak konвtruktora је da potr&Zi opti­malnu varijantu koja се, za odre~en primjer, zahtijevati najmanje ugra­~enog materijala na jed1n1cu вnage. Ро zakoniмa rasta вnage i 1inearnih diмenz1ja na odnoв ugra~enih akt1vnih mater1ja1a је moguce uticati izbo- . rom raz11citih napona navoja. Za uoЬicajene konвtrukcije, one sa re1ativ­no ugodnim prenoвnia odnoвom, napon navoja је moguce izabrati u sirokom raвponu. Transforмatori kod kojih se regu1acija vrsi na niskonaponвkoj strani iaaju takve mogucnosti ogranicene ра је vec kod srednjih snaga, uz npr. spoj zv1jezda na niskonaponвkoj strani, potrebno pr1bjegavati no­vim rjesenjima. Cest је s1ucaj da је takvu regu1ac1ju potrebno ostvariti ва dva 111 cak jednim navojem ро jednom regu1acijskom stepenu. Uz pratece tehno1oske proЬleme, kao krajnji rezu1tat tako skrcen1h mogucnosti jav-1jaju ве disproporcije u rastu 1inearnih dimenzija, koje ug1avnom i us1o­v1javaju iznalazenje novih puteva i rjesenja.

R 12.06

2.3. Jedno tako rjeAenje је i regu1acija вekundarnog napona ва dodatnim tranв­!oraatoroa u вekundarnoш krugu в1. 1 (eng1. booвter tranв!orшer) о kојеш се biti rijeci u ovoa c1anku.

А г_-

1 ~ 1

1

~ 1

1

1

1

1

1 1 2 з L _______ _j

81. 1 Principje1na Аеша regu1acije (jedno!azni врој) -

А - g1avni tranв!orшator

1 - Viвokonaponвki namotaj 2 - Niвkonaponвki namotaj 3 - Tercijarni - regu1ac. namotaj

В - dodatni (booвter) tranв!ormator

4 - Uzbudni namotaj 5 - Serijвki namotaj

U principu ве regulacija oвtvaruje preko jednog tercijarnog - regu1a­cijвkog namotaja 3 koji napaja uzbudni namotaj 4 dodatnog tranв!orшa­tora В.

Napon, odnoвno broj navoja, na tercijarnom-regu1acijвkom namotaju је ваdа шoguce izabrati proizvo1jno i u sirokom raвponu. Kod vec odredene вnage tog namotaja treba te!iti za tim da izaberemo onaj napon i вtruju koji се naa dati najjednoвtavniji regu1acijвki prekidac. OЬicno вu to prekidaci najnizeg naponвkog i вtrujnog nivoa (npr. 3о kV, 2оо А), вmjesteni u za­jednickoa zvjezdiAtu tercijarnog-regulacijвkog namotaja i uzbudnog namo­taja dodatnog tranв!orшatora. Sa вtanovista pogonвke вigurnoвti, вtatiв­ticno g1edano, regu1acijвki prekidac predвtav1ja najoвjet1jiviju tacku svakog regulacijskog tranв!ormatora. Porastom napona i вtruje koju је potrebno prekidati povecava ве i broj iвpada tranв!orшatora uzrokovanih kvarovima na regu1acijвkom prekidacu. Zbog toga је razum1jiva te!nja za cim vecim pojednoвtav1janjem tako va!nog dije1a вvakog regu1acijвkog вiвtema.

47

R 12.06

3. РIЮ!'ЫЕП OS!IOVIПB P.1IШ'IEТ!li

Pretpostaviao da ze1iao regu1irati sekundarni napon od napona u2мin do u2maks kod .odrzane snage ро dijagraиu na s1. 2.

0,4

P=Pn

\1 = l1n

12 = l2nU2n/U2

u2 0,0-t--------+--------+----

~min U2n U2maks

81. 2

Xad se radi о regu1aciji napona na niskonaponskoj strani, mo!e se reci, da su to k1asi~ni zahtjevi u tom pog1edu.

Xonstruktora trans!orzatora vr1o ~esto interesuje kako се se mijenjati osnovni paraaetri ро obiau regu1acije, to su:

3.1. GuЬici u bakru i ze1jezu 3.2. Napon kratkog spoja i 3.3. Tipna snaga i cijena sistema

3.1. GuЬici u bakru i ze1jezu

Radi komp1eksnosti cje1okupnog sistema mijenjace se i guЬici ро cije1om obimu regu1acije. Iz ~ih raz1oga su ukupni guЬici u bakru i ze1jezu ras~1anjeni na svaki naaotaj i svaki trans!orшator Ato omogucava 1aksi uvid u stanje na sva­kom stepenu sekundarnog napona.

U smis1u pojednostav1jenja ukupne proЬlematike pretpostavimo, da su guЬici u bakru namotaja 1 i 2 te 4 i 5 g1avnog i dodatnog trans!ormatora jednaki . Na ta~nost prakti~nih rezu1tata ovakva zanemarenja nemaju ve1ikog uticaja.

р cu1 8 р cu2maks pcu4 8 pcu5

48

R 12 . 06

ОЬа dijagraшa su nacrtana u odnosu na izabrane re!erentne gubitke na nazivnoш naponu Pcu2n glavnog, odnosno Pcu4n dodatnog trans!ormatora.

1,4 Pcu1,2,3 1ftu2n • Рс/ Pon

1,0 ~----___;::::...."""'===-------

Q8

Sl. 3

Uziшajuci u obzir gornje pretpostavke i zaneшarenja шoguce је !ormulirati za­visnost pojedinih gubitaka od sekundarnog napona.

Р cul ,;. Р cu2шaks • р cu2n ( U2n\ 2

\ u2шinJ 2

pcu3 • pcu3шaks u2шin u2n - u2шin

Gubici u tercijarnoш regulacijskoш naшotsju Pcu3 su tako~e svedeni na re!eren­tne gubitke Pcu2n' odnosno nazivnu snagu glavnog trans!ormatora.

Gubici u !eljezu glavnog trans!ormatora su neproшjenljivi tj. nezavisni od proшjena napona na sekundarnoj strani.

Proшjenu gubitaka dodatnog trans!ormatora prikazuje sl. 4.

49

R 12 .О б

\4 Ftut. lftuJ.n ' Ро /fЪmaks

\2

1,0

0,4

81. 4

Tercijarni regulacijski nazotaj 3 daje uzbudnom namotaju 4 promjenljivi i in­vertirani napon Ato ima za posljedicu promjenu guЬitaka u !eljezu u Airokom rasponu od maksimalnih, kod napona u2min i u2maks' do nule kod napona u2n "

OЬlik krivulje guЬitaka u zeljezu се Ьiti priЬlizno zavisan od kvadrata regu­liranog napona, а ta~nije vrijednosti је moguce odrediti za svaki konkretan pri•jer poznavanjea kvaliteta upotrijeЬljenog ~agnetnog materijala.

( )

2 U - U

Fomaks 2 2n u2n- u2maks

Usljed niskih i ndukcija u okol ini nazi vnog napona u2n donji dio krive guЬitaka ј е ekstrapol iran .

Uz priЬlizno jednake guЬitke u bakru u namotajima dodatnog transf ormatora vazi relacija

Ukupni guЬici sis tema su u svakom trenutku zЬir guЬitaka glavnog i dodatnog transf ormatora. Predstavljeni su na slici 5· Na istoj slici је ucrtana i kriva napona kratkog spoja doЬijena mjerenjem na pomenutom r egulacijskom transforma­toru.

50

R 12.06

u2 0,8 +-------+---------+--

U2min ~maks

Sl. 5

Zeliao li kriticki ocijeniti prikazani sistem, sa stanovista gubitaka, onda је najbolje pore~enje izvesti sa klasicnim nacinom regulacije.

Gubici u bakru i !eljezu, kao i ukupni gubici, се biti veci ро cijelom obimu regulacije.

Ха prikazanoa primjeru to povecanje se krece od 15 + 2о % za gubitke u !eljezu i 2о + 25 % za gubitke u bakru. U ukupnom bilansu gubitaka, onih koji odre~uju i sistem za hla4enje, porast је bio oko 2о %.

RazU&ljivo је da се se ti iznosi razlikovati i mijenjati od primjera do prim­jera, ali u osnovi се biti odre~eni tipnom snagom dodatnog transformatora t.j. obimos u kojes !elimo regulirati sekundarni napon. Pri tome moramo imati u vidu, da је ovakvo rjesenje posljedica konstrukcijsko-tehnoloskih slaboвti klasicnog nacina regulacije, ра је povecanje gubitaka potrebno prihvatiti kao nu!nost i komprosiв za druge ugodnoвti koje pru!a ova izvedba.

3.2. Napon kratkog вроја

UoЬicajeni proЬlesi koji ве cesto postavljaju pred konвtruktora tranвformatora вu uzrokovani zahtjevima za cim manjim odвtupanjem kratkoвpojne impedancije ро oЬimu regulacije napona.

Izze~ zahtjeva narucioca, ekonomвke racunice i tehnoloskih mogucnosti pro­izvo~aca, poвtoji uzajaana i tijeвna povezanoвt i niti jedan od tih pojmova nije moguce rjesavati pojedinacno i nezaviвno od drugih.

Xaponвki nivo za tercijarni regulacijski namotaj, kao §to вmо vec rekli, oda­biremo proizvoljno. Prakticno su to namotaji ва вtepenom izolacije Si 17,5 kV do najviae Si 36 kV, ва kojisa је soguce obuhvatiti sirok spektar вnaga.

5.1

R 12.06

Razuшljiva је te!nja konвtruktora da uz jezgro poвtavi namotaj ва najni!im izo­lacijвkim nivooш. u оvош i u vecini drugih вlucajeva, to је tercijarni-regula­cijвki naшotaj. Polo!aj oвtala dva naшotaja се biti uвlovljen prvenstveno nji­hoviш naponskiш i вtrujniш nivoiшa koji uglavnoш i uzrokuju cesta tehnoloska ogranicenja pojedinih izvedbi.

Ako ве radi о priшarnia paponiшa jednakiш i visiш od llo kV i sekundarniш stru­jaшa do 4ооо А onda је najugodniji raspored naшotaja kao na sl. б.

х

Sl. б

Radi li ве о jos visim вekundarniш strujaшa proЬlem treba rjesavati prvenstveno ва aвpekta dodatnih gubitaka u kotlu i oвtalim !eljeznim dijeloviшa uzrokovanih vezaшa izшedu оЬе jedinice. U tош slucaju niskonaponвki namotaj шоrа biti vanjвki i iвtovremeno obuhvatiti оЬа шagnetna kruga, sto vodi ka potpuno novoj koncepciji i tehnologiji izrade (niвkonaponвki namotaj u oЬliku broja 8).

Kod odredenog raвporeda i distanci izmedu namotaja, odstupanja napona kratkog spoja се biti zavisna od snage tercijarnog-regulacijskog naшotaja. Rastom оЬiша regulacije napona .хм linearno raste i snaga tog namotaja ра је tako sve veci udio njegovog rasipnog polja u ukupnoш rasipnoш polju glavnog tranв!ormatora.

U tu svrhu smo prije izrade trans!ormatora teoretska ocekivanja provjerili si~

шulacijoш рrоЬlеша i шjerenjiшa na modelu. Kasnije su obavljena mjerenja napona kratkog · вpoja ро cijeloш obimu regulacije napona na konkretnoш primjeru.

Rezultati шjerenja su u оЬа priшjera pokazali, da su odвtupanja bez veceg prak­ticnog znacaja (sl. 5), te ih је шoguce obuhvatiti dozvoljenim tolerancijama ~ lo % vecine nacionalnih propiвa.

52

R 12.06

Odstupanja napona kratkog spoja uz raspored naшotaja na s1. б, ne6e predstav-1jati рrоЬlем i za тесе snage trans!ormatora za koje је јоА uvijek шoguce priшjeniti ovakvu izvedbu.

3.3. Tipna вnaga i cijena sisteшa

Mjeri1o za ocjenu nekog siвteшa је вnaga na koju је potrebno taj sisteш diшen­zionirati - tipna вnaga. Odrediti ju је шogu6e za svaki naшotaj i вvaki

trans!oraator pojedinacno. Oznacimo омјеr izшedu najviAeg i najnizeg napona na вekundarnoj вtrani sa х. Ve1icina х predstav1ja re1ativni оЬiм regu1acije х • U2aaks/U2min i najvaznija је karakteriвtika sisteшa. Sk1adno oznakaшa na sl. 1 snage za diшenzioniranje su jednake:

pl • u1n11n • pn

р2 • u2ni2maks • pn (х+1) 2

р3 • u3шaks14шaks • Pn (х-1)

2

ptipg1 • Р1+Р2+Р2 Pn (х+1)

2 2

Ptipdod • u2maks - u2min 12maks • 2

Pn (х-1)

2

Rastoш оЬiша regu1acije sekundarnog napona 1inearno raste i tipna snaga dodat­nog trans!orшatora koji ро ve1icini vr1o brzo шоzе dostici g1avni trans!orma­tor. Та cinjenica је u вvаkом pog1edu neugodna obziro• da ве radi о povecanju маsе i cijene sisteмa. Jedini nacin da se sшanji tipna snaga dodatne jedinice је u tош s1ucaju reducirana snaga cjelokupnog sistema sto se, za vece оЬiше regu1acije, u praksi cesto i cini .

Tipna snaga ukupnog sistema Ptip је, kod odredene snage tranв!ormatora, direk­tno proporcionalna relativnom obiшu regu1acije вekundarnog napona.

Treba ocekivati da се tipna snaga biti i veca, jer ovli.ko izracunata ne uzi&a u obzir izo1acijskih distanci koje је potrebno obezbijediti svakom naшotaju i dodatnoш trans!ormatoru kao saшostalnoj jedinici. То povecanje је potrebno uzeti u obzir, ровеЬnо onda, kad se radi о visiш naponiшa.

Tako odredenoj tipnoj snazi odgovaraju i ostali parametri - gubici, hladenje, mase i u konacnom bi1ansu i cijena trans!ormatora.

53

R 12.06

Me4utia, iDtereaanten је bio izraaun raslike u cijeni k1aвiane 1 upotrijeЬljene тar1jante u kojea је preвudnu ulogu 1grala 1zrazito v1soka razlika u cijeni resulac1jвkih prekidaaa. Izraaun.je pokazao da је, pored anogih ostalih pred­nosti, ovakaт na!iD regulacije kao cje1ina i je!tiniji te је tako regu1acija ва dodatnia trans!oraatoroa naila 1 svoju ekonomsku opravdanost.

Realno је za oaekivati ras1iku u cijeni oko 1о ~ u koriвt prikazane regulacije.

Regulacija sekundarnog napona oвtтarena ва dodatnia tranв!ormatoro• u sekundar­noa krugu iaa вlijedece najva!nije prednosti 1 osoЬine:

а) izrada transroraatora ве вvodi na klasianu. Izrada је jednostavna i ne zah­t1jeтa posebne tehno1o!ke sahvate u proizvodnji

Ь) оЬе jedinice је •oguce projektirat1 neodтisno jedna od druge ро valec!R kri­terijiaa za optiairanje

с) 1sbjeg11 s•o preklapanje v1sokih struja na sekundarnoj вtran1 а tiae i ugrad­nju vr1o skupih 1 roЬustnih regu1acijskih prekidaaa

d) оЬа trans!oraatora вu s•je!tena u iвtoa kot1u.

Sa ekonoaskog stanoтi!ta gledano cijenu dodatnog trans!orиatora је vecinom шo­guce koapenzirati, uoЬiaajeno тeliko• razl1kom u cijeni visoko-strujnog preki­daaa potrebnog sa klasiaan oЬlik regu1acije i upotrijeЬljenog pr ekidaaa u pri ­kazanoa siateau.

LITEIU!fUJU.

1. Е. Jesierвki:

2. 7. Coppadoroz

3. Р. Воn1в und 7. Coppadoro:

4. G. Scheael:

54

Trenв!orzator.y (podвtawy teoretyezne), Yarвzawa 1965.

La regolacione della tensione dei trans!orиatori per l'aliaentazione dei !orni e1ettrici , "L'e1ettrotecni­ca" , n.I vo1. LI-1964, Tecnoaasio- ВВС .

Tranв!oraatoren !Ur Lichtbogen-scЬ.elzo!en , ВВС

Druckвchri!t Br. ОВ-IУ 51о8бо D.

Lichtbogeno!en - Tranв!ormatoren !Ur die neuen O!enreihen .&Ј! und ll, ВВС Mitteilungen , Baden 1979.