Przełącznik zaczepów pod obciążeniem (OLTC) — jak transformator regulacyjny dostosowuje napięcie wyjściowe bez przerywania zasilania

Poradnik o przekaźniku Buchholza omawia sposób nadzoru transformatora olejowego pod kątem uszkodzeń wewnętrznych. Ten artykuł omawia zupełnie inną funkcję, którą posiada wiele transformatorów mocy: aktywną regulację napięcia wyjściowego w określonym paśmie, za pomocą przełącznika zaczepów pod obciążeniem (OLTC).

Dlaczego transformator potrzebuje regulowanego zaczepu

Napięcie po stronie pierwotnej transformatora (na przykład sieci średniego napięcia) zmienia się w ciągu dnia wraz z obciążeniem sieci, a obciążenie po stronie wtórnej zmienia się również. Transformator o stałej przekładni dostarczałby więc napięcie wtórne podążające za tymi wahaniami, podczas gdy podłączona instalacja korzysta właśnie z napięcia utrzymywanego w wąskim paśmie. Dodając dodatkowe zaczepy na uzwojeniu wysokiego napięcia — każdy o nieco innej przekładni — oraz przełącznik zdolny do zmiany między tymi zaczepami, można stopniowo dostosowywać efektywną przekładnię transformatora, aby utrzymać napięcie wtórne w pożądanym paśmie.

Różnica między przełącznikiem beznapięciowym a pod obciążeniem

Prosty przełącznik zaczepów beznapięciowy (DETC lub NLTC) można przełączać wyłącznie przy odłączonym od sieci transformatorze — odpowiedni do rzadkiej, powolnej regulacji (na przykład po trwałej zmianie konfiguracji sieci), ale nieodpowiedni do regularnej regulacji podczas pracy. OLTC, przeciwnie, jest specjalnie zaprojektowany do zmiany zaczepów podczas pełnej pracy, pod pełnym prądem obciążenia — bez przerywania zasilania nawet na chwilę i bez pełnego otwarcia uzwojenia w żadnym momencie.

Jak OLTC zmienia zaczep bez przerywania prądu

Zasadniczym problemem przełączania pod obciążeniem jest to, że prąd obciążenia nie może zostać w żadnym momencie całkowicie przerwany (co oznaczałoby przerwę w zasilaniu), a jednocześnie oba zaczepy nigdy nie mogą zostać bezpośrednio zwarte bez żadnego ograniczenia podczas przejścia (co spowodowałoby duży prąd zwarciowy między tymi zaczepami). OLTC rozwiązuje to za pomocą dwóch współpracujących elementów:

• Przełącznik wybierający (tap selector) wybiera z wyprzedzeniem, nie przenosząc prądu obciążenia, które dwa sąsiednie zaczepy będą brały udział w kolejnym kroku.
• Przełącznik przerzutowy (diverter switch) wykonuje faktyczne, przenoszące prąd przejście między tymi dwoma wcześniej wybranymi zaczepami niezwykle szybko (zwykle w ciągu kilkudziesięciu milisekund), poprzez pośrednie połączenie zachodzące, w którym oba zaczepy krótko przenoszą prąd jednocześnie, z impedancją przejściową (rezystorem lub dławikiem) w szereg, ograniczającą prąd zwarciowy między dwoma zaczepami podczas tego krótkiego nakładania do bezpiecznej wartości.

Dzięki temu prąd obciążenia płynie nieprzerwanie przez co najmniej jeden zaczep przez cały czas, podczas gdy prąd zwarciowy między dwoma zaangażowanymi zaczepami pozostaje ograniczony podczas krótkiego nakładania.

Dlaczego praca równoległa dwóch transformatorów czyni OLTC szczególnie krytycznym

Poradnik o grupach połączeń transformatorów i pracy równoległej omawia, dlaczego dwa równolegle połączone transformatory potrzebują zgodnej grupy połączeń i porównywalnej impedancji zwarciowej, aby uniknąć niepożądanego prądu krążącego. Ta sama zasada dotyczy pozycji zaczepów OLTC obu transformatorów: jeśli oba transformatory nie znajdują się na tym samym efektywnym zaczepie, powstaje niewielka, trwała różnica napięć między ich zaciskami wtórnymi, która poprzez wspólne szyny zbiorcze wywołuje prąd krążący, nawet gdy obciążenie zewnętrzne obu transformatorów jest poza tym zrównoważone. Dlatego przy transformatorach pracujących równolegle z OLTC zwykle stosuje się automatyczny system regulacji równoległej, który utrzymuje pozycje zaczepów obu (lub wszystkich) równoległych jednostek zsynchronizowane, zamiast pozwalać każdemu transformatorowi regulować się niezależnie na podstawie własnego, lokalnie zmierzonego napięcia.

Uwaga: liczba zaczepów, krok napięciowy na zaczep oraz całkowity zakres regulacji (zwykle rzędu kilkudziesięciu zaczepów o kroku nieco ponad 1% każdy, dla całkowitego zakresu regulacji zwykle od ±10% do ±15%) znacznie różnią się w zależności od typu transformatora i zastosowania; ten artykuł omawia zasadę, a nie gotową tabelę dla każdego typu transformatora.

Znaczenie praktyczne

Przy inspekcji lub konserwacji transformatora z OLTC ważne jest przestrzeganie zaleceń producenta dotyczących liczby przełączeń między przeglądami — przełącznik przerzutowy jest najbardziej obciążonym mechanicznie elementem transformatora i zużywa się przy każdej zmianie zaczepu, głównie z powodu łukowania i degradacji oleju przełączającego w oddzielnej komorze olejowej przełącznika przerzutowego (która z tego powodu jest zwykle utrzymywana oddzielnie od głównego oleju transformatora).

Częste błędy

1. Próba przełączenia beznapięciowego przełącznika zaczepów (DETC/NLTC) przy transformatorze wciąż pod napięciem lub obciążeniu — ten typ przełącznika nie jest do tego przeznaczony i może zostać poważnie uszkodzony przy próbie obsługi pod obciążeniem.
2. Nieutrzymywanie dwóch równolegle połączonych transformatorów z OLTC na tej samej efektywnej pozycji zaczepu — powoduje to prąd krążący między transformatorami, nawet bez zewnętrznej niezrównoważenia obciążenia.
3. Ustalanie interwału konserwacji komory przełącznika przerzutowego na podstawie czasu kalendarzowego zamiast rzeczywistej liczby przełączeń — zużycie mechaniczne i elektryczne OLTC zależy przede wszystkim od liczby zmian zaczepów, a nie od upływu czasu.
4. Mylenie oleju z komory przełącznika przerzutowego z głównym olejem transformatora przy pobieraniu próbki lub analizie — oba oleje pełnią różne funkcje i degradują się w różny sposób, dlatego powinny być pobierane i oceniane osobno.

Powiązane materiały

• Przekaźnik Buchholza — nadzór transformatora olejowego
• Grupy połączeń transformatorów i praca równoległa
• Wskaźnik temperatury oleju i uzwojenia (OTI/WTI)
• Zapady napięcia i przerwy (EN 50160)