РПН силового трансформатора, принцип действия

Проблема состоит в том, что напряжение в электрической сети меняется в зависимости от ее нагруженности, в то время как для адекватной работы большинства потребителей электроэнергии необходимым условием является нахождение питающего напряжения в определенном диапазоне, чтобы оно не было бы выше или ниже определенных приемлемых границ.

Поэтому и нужны какие-то способы подстройки, регулирования, корректировки сетевого напряжения. Один из лучших способов — это изменение по мере надобности коэффициента трансформации путем уменьшения или увеличения числа витков в первичной или во вторичной обмотке трансформатора, в соответствии с известной формулой: U1/U2 = N1/N2.

Для регулировки напряжения на вторичных обмотках трансформаторов, с целью поддержания у потребителей правильной величины напряжения, — у некоторых трансформаторов предусмотрена возможность изменять соотношение витков, то есть корректировать таким образом в ту или иную сторону коэффициент трансформации.

Подавляющее большинство современных силовых трансформаторов оснащено специальными устройствами, позволяющими выполнять регулировку коэффициента трансформации, то есть добавлять или убавлять витки в обмотках.

РПН трансформатора расшифровка

Расшифровка аббревиатуры «РПН» применительно к силовым трансформаторам  означает регулирование напряжения под нагрузкой не отключая потребителей от сети.

Данные устройства нельзя сравнивать с обычными реле. Однако, принцип работы РПН достаточно простой. В каждом фазном выводе, имеющемся у трансформатора, установлены подвижные контакты в количестве двух единиц.

устройство РПН

Один из них прижимается к витку обмотки, соответствующему данному значению напряжения. Во время перевода, происходит прижатие второго свободного контакта к последующему витку, где напряжение отличается. После этого, происходит отрыв первого прижатого контакта от витка. Таким образом, происходит переподключение вывода к другому витку, не разрывая цепь. Регулирование напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН) может выполняться вручную или с помощью электрического привода.

Чтобы обеспечить безопасные условия для персонала, ручной привод используется при выключенном трансформаторе. Управляется электрический привод дистанционно, нередко, в автоматическом режиме. Регулировка под нагрузкой осуществляется на трансформаторах с большой мощностью.

Иногда, кроме РПН регулирование под нагрузкой, применяется ПБВ переключение без возбуждения. Этот вид регулирования применяется редко, как правило, при сезонных регулировках выключенного трансформатора.

схема рпн
схема рпн трансформатора

Устройство РПН, как правило, устанавливают на обмотке высшего напряжения по следующим причинам:

  1. на стороне высшего напряжения меньшие токи, поэтому устройство имеет меньшие габариты;
  2. обмотка высшего напряжения имеет большее количество витков, поэтому точность регулирования выше;
  3. по конструктивному исполнению обмотка высшего напряжения является наружной (магнитопровод – обмотка низшего напряжения – обмотка высшего напряжения). Поэтому ревизию устройства РПН выполнять проще;
  4. устройство РПН располагают в нейтрали высшей обмотки.Обмотки высшего напряжения соединяются в звезду, а обмотки низшего напряжения соединяются в треугольник. Трехфазное регулирование проще выполнить на обмотках, соединенных в звезду.

Способы регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой

Регулирование напряжения трансформаторов способом РПН производится в принципе так же, как и способом ПБВ, но число ответвлений обмотки, т. е. число регулировочных ступеней, обычно бывает больше, а диапазон регулирования — шире. Так, ГОСТ 12022—76 для трансформаторов мощностью 63—630 кВА установил диапазон регулирования напряжения относительно номинального ±10% ступенями по 1,67% (±6X1,67%). ГОСТ 11920—73 разрешил для трансформаторов мощностью 1000—80000 кВА иметь различные диапазоны регулирования: ±9, ±10, ±12%. Существуют серии трансформаторов с еще большим диапазоном: ±16, ±22, ±36. Еще более «глубокое» регулирование требуется для некоторых специальных трансформаторов, например электропечных, где отношение пределов регулирования напряжения обмотки НН нередко составляет 1 : 2, 1 : 3 и даже 1 : 5.

Рассмотрим наиболее распространенную схему работы переключающего устройства с токоограничивающим реактором (рисунок 2). Переключающее устройство имеет следующие основные части: избиратель ответвлений, контактор, токоограничивающий реактор, привод устройства. В схеме имеется два отводящих (токосъемных) контакта избирателя П1 и П2, два контактора К1 и К2, токоограничивающий реактор Р (Iн — номинальный ток трансформатора).

Схемы работы переключающего устройства с токоограничивающим реактором
Рис 2. Схемы работы переключающего устройства с токоограничивающим реактором
  • а — положение «два вместе»;
  • б — разомкнут контакт ФК2;
  • в — положение «мост»;
  • г — разомкнут контакт К1

На рисунке 2, а оба отводящих контакта установлены на одном ответвлении обмотки. Такое положение контактов называют «два вместе». Номинальный ток нагрузки делится поровну между двумя половинами переключающего устройства. При необходимости перейти на другое ответвление (ступень) обмотки привод в первую очередь размыкает контакты контактора К2 (рисунок 2, б). Эти контакты разрывают ток, равный половине номинального, и между ними возникает электрическая дуга. После гашения дуги весь ток проходит только через вторую (верхнюю) половину переключающего устройства. Отводящий контакт избирателя (П2) при отсутствии тока (цепь разорвана) переходит на другое ответвление обмотки, после чего контакты К2 вновь замыкаются (рисунок 2, в).

Такое положение переключающего устройства обычно называют положением «мост». Как и в положении «два вместе», номинальный ток нагрузки делится пополам между каждой половиной переключающего устройства. Однако в положении «мост» кроме нагрузочного тока возникает циркулирующий ток, замыкающийся внутри контура, образованного частью обмотки трансформатора и реактором (рисунок 2, в). Величина циркулирующего тока ограничивается сопротивлением контура — в основном сопротивлением реактора. Обычно сопротивление реактора подбирают так, чтобы величина циркулирующего тока была равна половине номинального. В этом случае ток, проходящий через отводящие контакты П1 и П2, не будет больше номинального и нет опасности их чрезмерного нагрева.

Далее размыкаются контакты К1, разрывающие номинальный ток (рисунок 2, г). После гашения дуги весь ток проходит уже через другую половину переключающего устройства. Отводящий контакт П1 избирателя при отсутствии тока переходит на ответвление, где уже стоит контакт П2, контакт К2 вновь замыкается и переключение заканчивается.

Из рассмотрения работы переключающего устройства РПН можно сделать следующие выводы:

  • контакты контактора К1 и К2 замыкают и размыкают ток, т.е. подвергаются воздействию электрической дуги;
  • контакты избирателя П1 и П2 замыкаются и размыкаются без разрыва тока, т. е. при отсутствии дуги;
  • привод должен обеспечить описанную последовательность работы контактов;
  • реактор служит для ограничения циркулирующего тока до необходимой величины (например, до половины номинального тока нагрузки);
  • в положениях контактов избирателя «два вместе» и «мост» ток нагрузки распределяется поровну между двумя обмотками реактора, установленными на одном сердечнике. Эти токи направлены навстречу друг другу и в положение «два вместе» не создают возбуждающего поля в сердечнике и падения напряжения.

Достоинство переключающих устройств с токоограничивающий реактором заключается в возможности длительно работать в промежуточном положении «мост», поэтому для привода этих устройств не требуется специальных быстродействующих механизмов, значит, они могут быть относительно простыми и дешевыми.

В последние годы широкое распространение получили и другие переключающие устройства — с активными токоограничивающими сопротивлениями. Не рассматривая подробно эти устройства, отметим, что их конструкция получается более сложной и дорогой, чем у переключающих устройств с реакторами. Однако они обладают рядом весьма существенных достоинств: громоздкий и тяжелый реактор заменен сравнительно легкими активными сопротивлениями; конструктивно эти устройства более компактны; условия гашения дуги более благоприятны.

Существует много схем регулируемых обмоток трансформаторов. На рисунке 3 показана в качестве примера схема обмотки ВН однофазного трансформатора, регулируемой переключающим устройством с реактором.

Рисунок 3 — Схема обмотки ВН однофазного трансформатора, регулируемой переключающим устройством с реактором

Струйная защита бака РПН

Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН).

Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.

Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.

Ремонт переключающих устройств (РПН трансформатора)

ремонт рпн трансформатора

При ремонте устройств переключения без возбуждения (ПБВ) тщательно осматривают все контактные соединения переключателя и отводов; определяют плотность прилегания контактов, проверяя зазор между ламелями щупом; измеряют переходное электрическое сопротивление.

Особое внимание обращают на состояние контактной поверхности.

При наличии подгаров или оплавлений устройство заменяют (в зависимости от характера или степени повреждения устройство иногда восстанавливают).

Для удаления налета, образующегося при работе в масле, контактную часть переключателя тщательно протирают технической салфеткой, смоченной в ацетоне или бензине. Остальную часть устройства промывают чистым трансформаторным маслом.

При ремонте переключающих устройств регулирования под нагрузкой (РПН) кроме общих работ по очистке, протирке и промывке наружных и внутренних поверхностей деталей и частей устройства проверяют контактные поверхности избирателя ступеней, контакторов и электрической части приводного механизма. Подгоревшие контакты избирателя, главные контакты контактора и привода тщательно зачищают и проверяют на плотность прилегания, после чего выясняют и устраняют причину подгорания.

Отказ в работе привода переключателя может быть вызван попаданием влаги из-за плохой герметичности дверцы шкафа, а также из-за значительных люфтов соединительных валов. Выявленные  дефекты устраняют. Со дна бака контактора удаляют осадки, оставшиеся после слива масла, а также выполняют другие работы в соответствии с инструкцией по эксплуатации устройства РПН.

Защита РПН

Для обеспечения штатной работы устройства применяется газовая защита. Выполняется дополнительная ёмкость (расширитель), соединённая с основной масляной средой трансформатора специальным каналом, в котором установлено реле и сигнальный элемент.

При незначительном газообразовании сигнальный элемент указывает на снижение уровня масла. В случае выброса, расширившееся масло вытесняется в расширитель. Если интенсивность выброса достигает установленного значения, срабатывает реле, отключая трансформатор. Таким способом предохраняется от разрушения контакторы РПН.

Преимущества и недостатки регулирования посредством РПН

Преимущества регулирования без отключения нагрузки в возможности поддержания параметров сети на выходе трансформатора на заданном уровне при изменении характеристик подаваемого напряжения.

Также это устройство позволяет регулировать параметры, с учётом необходимой величины.

Выполнение указанных функций достигается без отключения агрегата.

Недостатки связаны с необходимостью усложнения конструкции трансформатора, связанной с использованием дополнительных элементов.

Одновременно снижается надёжность работы агрегата, увеличивается его масса и габаритные размеры.

Расшифровка РПН

расшифровка РПН трансформатора

Видео: Пример работы привода РПН. Схема моторного привода МЗ-4/06

Поделиться ссылкой:

РПН силового трансформатора, принцип действия

9 комментариев для “РПН силового трансформатора, принцип действия

  1. Возник вопрос о мощности трансформатора в зависимости от положения РПН, есть ли она, или может ном. ток первичной обмотки меняется где стоит РПН (интересует вариант только где РПН в первичной обмотке)? Есть ли формула расчёта процентной загрузки тр-ра от положения РПН, ПБВ и реального напряжения. В интернете искал не нашел, не обессудьте если плохо искал, лучше не умею. Заранее спасибо кто откликнется.

  2. Вииктор:

    По первичке при одном и том же токе и большем напряжении конечно можно передать большую мощность, но вторичка то неизменна.

  3. Ток меньше, но напряжение больше, причем во сколько раз напряжение больше во столько раз ток меньше, так что мощность не изменяется. Ну разве что на величину потерь в нерабочей части витков.

  4. Теоретически, да, любое изменение схемы вызывает изменение режима. Но нужно понимать, где следует учитывать это изменение, а где нет.

  5. Ну, здесь лучше говорить о коэффициенте трансформации, а не о положении РПН. Непонятно, где у РПН «низко», а где «высоко».
    Изменяя положение РПН на стороне ВН, вы регулируете напряжение на стороне СН/НН. И вот тут нужно задаться моделью нагрузки.

    Например, если нагрузку задать мощностями P и Q (как это делается в большинстве задач проектирования систем электроснабжения), то мощность, разумеется, у вас не меняется. В этом случае, при повышении напряжения на стороне СН/НН потребляемый ток на этой стороне снижается, и общая потребляемая мощность остаётся неизменной. Естественно, здесь не учитывается изменение потери мощности в обмотке ВН трансформатора, так как эта величина незначительная.

    Если задать нагрузку активной и реактивной составляющей тока, то мощность будет меняться. При повышении напряжения на стороне НН мощность будет, разумеется, возрастать, при снижении — падать.
    Если задать нагрузку полным сопротивлением Z, то будет аналогичная ситуация. Повышение напряжения СН/НН увеличивает потребляемую мощность, снижение напряжения приводит и к снижению мощности.

    Можно задать нагрузку с помощью статических характеристик, где потребляемая мощность зависит от напряжения у потребителей.

    Чтобы вывести формулу изменения потребляемой мощности от положения РПН, нужно в первую очередь определить, как задаётся нагрузка. Это зависит от типа решаемой задачи. А дальше — дело техники.

  6. Привет народ!
    Какие типы РПН можете назвать, Перечислите.

  7. Гоша электрик:

    Различают несколько типов РПН, отличающихся следующими характеристиками:

    разновидностью токоограничивающего элемента – с реакторами или резисторами;
    наличием или отсутствием контактора;
    количеством фаз – однофазные и трёхфазные;
    типом токовой коммутации.

    В зависимости от способа коммутации тока, существуют следующие разновидности устройств:

    дуга разрывается в объёме, заполненном трансформаторным маслом – устройство предполагает использование дугогасительных контактов, не требующих применения специальных элементов для гашения дуги;
    дуга разрывается в разреженном пространстве – предполагают использование вакуумных дугогасительных камер, производимых промышленным способом;
    отключение производится посредством тиристоров, бездуговым способом;
    комбинированные способы – с сочетанием различных типов коммутации.

  8. Вассерман:

    Завод поставил уст-во РПН для трансформатора СН фирмы «Reinhausen» RMV-II. Устройство состоит из масляного отсека, в кот. Находится избиратель, предизбиратель, вакуумные камеры, шунтирующие переключатели и расположенных в отдельном корпусе приводного механизма и узла кулачковых переключателей.
    Конструкцией устройства не предусмотрена установка газового реле, есть клапан давления и указатель минимального уровня масла. Можно ли обходится без газового реле и нужно ли отключать трансформатор от сигнала клапана давления или минимального уровня масла?

  9. Владимир:

    ПУЭ. 3.2.53. Газовая защита от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла должна быть предусмотрена:
    для трансформаторов мощностью 6,3 МВ·А и более;
    для шунтирующих реакторов напряжением 500 кВ;
    для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВ·А и более.
    Газовую защиту можно устанавливать также на трансформаторах мощностью 1 — 4 МВ·А.
    Газовая защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.
    Защита от повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделением газа, может быть выполнена также с использованием реле давления.
    Защита от понижения уровня масла может быть выполнена также в виде отдельного реле уровня в расширителе трансформатора.
    Для защиты контакторного устройства РПН с разрывом дуги в масле следует предусматривать отдельное газовое реле и реле давления.
    Для защиты избирателей РПН, размещаемых в отдельном баке, следует предусматривать отдельное газовое реле.
    Должна быть предусмотрена возможность перевода действия отключающего элемента газовой защиты на сигнал и выполнения раздельной сигнализации от сигнального и отключающих элементов газового реле (различающейся характером сигнала).
    Допускается выполнение газовой защиты с действием отключающего элемента только на сигнал:
    на трансформаторах, которые установлены в районах, подверженных землетрясениям;
    на внутрицеховых понижающих трансформаторах мощностью 2,5 МВ·А и менее, не имеющих выключателей со стороны высшего напряжения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

5 × два =

wp-puzzle.com logo
Пролистать наверх