Призначення та сфери застосування

 
   Перетворювальна техніка використовується для випрямлення змінного струмів в постійний, інвертування постійного в змінний, перетворення частоти, числа фаз, однієї величини напруги постійного струму в іншу. У табл. 29.1 наведено узагальнені характеристики трансформаторів для перетворювальних установок різного призначення.1 У дужках вказані трансформатори виконань, що рідко виготовляються. З таблиці видно, що перетворювальні трансформатори застосовуються в багатьох галузях народного господарства, типові потужності масляних трансформаторів досягли 160 тисяч кВ-А, сухих трансформаторів - 6300 кВ-А, випрямлені струми - 100000 А в одиниці, мережеві напруги - 110-220 кВ. Діапазон випрямленої напруги становить 12-20000 В.

                              
             У таблиці вказані такі способи регулювання: ПБВ - перемикання без збудження, РПН - регулювання під навантаженням пристроєм, що перемикає, УР - регулювання керованим реактором з підмагнічуванням постійним струмом.
 

      2. Режими роботи та особливості технічних вимог
      2.1. Функції перетворювальних трансформаторів

  Виробництво та розподілення електричної енергії здійснюється на змінному трифазному струмі, але, разом з тим, великому числу споживачів необхідний постійний струм. Для перетворення струму одного роду на інший в даний час майже виключно застосовуються статичні перетворювачі електричної енергії.
  Статичний перетворювач складається із спеціального силового трансформатора (ПТ), напівпровідникових вентилів, зрівняльних та згладжувальних реакторів, навантаження, пристрої управління вентилями або трансформатором, допоміжних пристроїв для включення, відключення, охолодження та захисту. Спеціальний силовий трансформатор служить для зміни значення напруги мережі та її узгодження з вхідною напругою перетворювача. За допомогою ПТ мережа постійного струму ізолюється від мережі змінного струму, збільшується число фаз вентильних обмоток зменшення величини пульсації випрямленого напруги і струму, поліпшення форми мережного струму.
  Конструкція магнітопроводу ПТ може мати: магніто-розділену систему (сукупність магнітопроводів трьох однофазних трансформаторів), магніто-пов'язану (складається з одного тристержневого магнітопроводу трифазного трансформатора) і змішану магнітну систему (утворюється з двох і більше трифазних магнітопроводів).
  На магнитонроводі перетворювального трансформатора розміщуються електрично не пов'язані обмотки мережеві (СО) та вентильні (ВО). СО - обмотка, що приєднується до мережі змінного струму, - обмотка, що приєднується до вентильних перетворювачів. У трифазних трансформаторах застосовуються дві основні схеми з'єднання мережевих обмоток: зірка та трикутник. Схеми вентильних обмоток діляться на прості та складні. Розрізняють такі прості схеми вентильних обмоток: розімкнені або променеві - проста зірка, подвійна зірка, простий зигзаг, подвійний зигзаг і двічі подвійний зигзаг; замкнуті - трикутник, шестикутник.
  У перетворювачах зі складними схемами випрямлення вентильні обмотки одного або кількох трансформаторів розщеплюються окремі частини. Кожна частина вентильних обмоток з увімкненими вентилями утворює простий перетворювач. Останні з'єднуються між собою послідовно або паралельно і складають складний перетворювач. Складні схеми перетворення застосовуються в тих випадках, коли необхідно зменшити пульсації випрямленої напруги та струму та покращити використання напівпровідникових вентилів. Трансформатор істотно впливає на розміри і масу, вартість, коефіцієнт потужності та коефіцієнт корисної дії перетворювача.
  Зрівняльні реактори служать для рівномірного поділу струму між паралельно працюючими простими випрямлячами. Реглатори, що згладжують, призначаються для зменшення пульсації випрямленого струму в ланцюзі навантаження. Якщо перетворювач виконаний з регулюванням напруги йод навантаженням, у схему входить система автоматичного керування трансформатором або перетворювачем.
Фізичні властивості та технічні характеристики перетворювачів залежать від схеми з'єднання вентилів між собою та з трансформатором, типу вентилів, схеми з'єднання обмоток та конструкції магнітопроводу трансформатора. Найбільш важливим із зазначених ознак є перший, яким зазвичай проводиться класифікація перетворювачів. У більшості випадків перетворювачі середньої та великої потужності живляться від мережі трифазного струму промислової частоти, що дозволяє отримати три-, шести-, дванадцяти-, та кратне дванадцяти перетворення.

      2.2. Схеми та фазність перетворення
 У перетворювальних установках випрямлена напруга має пульсуючий характер і містить складову Ud та змінну ud. Співвідношення між постійною і змінною складовими в різних установках по-різному залежить від фази випрямлення. Фазністю, або пульсністю, перетворення називають число пульсацій (т) випрямленої напруги за період змінної напруги мережі. Поняття фазності дає уявлення якість перетворення. Чим вище фазність, тим вище якість перетворення, оцінити яку можна за допомогою коефіцієнта перетворення (c) або коефіцієнт пульсації (q). Коефіцієнтом перетворення називається відношення постійної складової випрямленої напруги холостого ходу Udo до його амплітуди Um зі зростанням фазності коефіцієнт перетворення наближається до одиниці. Коефіцієнт пульсації дорівнює відношенню амплітуди v-ої гармоніки змінної складової до середнього значення випрямленої напруги холостого ходу перетворювача; зі зростанням фазності коефіцієнт пульсації прагне нулю.
  Коефіцієнти перетворення (с) і пульсації по першій, основний гармонійний склад; - щіткою залежно від фазності, наведені в табл. 29.2.
Фазність перетворення залежить від числа фаз живильної перетворювач мережі та схеми перетворення. Найбільш поширеними схемами використовуються в перетворювачах середньої та великої потужності, є нульові та мостові. Фазність перетворення простого двонапівперіодного перетворювача, що живиться від мережі змінного струму, дорівнює двом. Шестифазна пульсація досягається, наприклад, включенням простого трифазного мостового випрямляча в трифазну мережу. Для збільшення фазності випрямленої напруги понад шість використовуються складні схеми випрямлення з декількома або одним трансформатором, вентильні обмотки якого розщеплюються на окремі частини. Кожна частина вентильної обмотки такого трансформатора живить перетворювач. З'єднуючи послідовно або паралельно прості перетворювачі, одержують складні багатофазні схеми випрямлення.

     2.3. Схеми та групи з'єднання обмоток
  Силові перетворювальні трансформатори виконуються з різними схемами з'єднання обмоток, кількість яких значно більша, ніж у силових трансформаторах загального призначення. Застосування тієї чи іншої схеми з'єднання перетворювального трансформатора обумовлюється схемою та фазністю випрямлення, потужністю та класом напруги, а також специфічними вимогами до обмеження аварійних струмів, регулювання напруги та коефіцієнта потужності перетворювача.
  Найпростіші виконання схеми з'єднання обмоток трансформатора виходять тоді, коли його вентильна обмотка складається з однієї частини. Схеми та група з'єднання обмоток однофазних та трифаз-
них трансформаторів з такими ВО наведені в табл. 29.3. Схеми / і 2 призначені для перетворювачів за однофазною напівпровідниковою схемою із середньою точкою та однофазною бруківкою схемою відповідно. Для трифазної нульової схеми, що застосовується в перетворювачах потужністю до 250 кВт, використовуються трансформатори зі схемами з'єднання J, 4 та 5; для трифазної бруківки - трансформатори зі схемами з'єднання обмоток 6-9. З'єднання ВО в зірку або трикутник залежить від її потужності та класу напруги. Для перетворювачів з відносно великим випрямленим струмом і малою випрямленою напругою вентильна обмотка частіше з'єднується в трикутник, що забезпечує кращу технологічність обмотки. Мережеву обмотку трифазних трансформаторів з'єднують, як правило, у зірку. Допускається виконання СО зі з'єднанням у трикутник для трансформаторів з міжфазною напругою 0,38 кВ, а також 6 і 10 кВ при потужності мережної обмотки 800 кВ А і вище, 35 кВ при 4000 кВ А і вище, 110 кВ при 630 кВ А і вище, 220 кВ - при 16000 кВ А і вище. Іноді перетворювальні трансформатори виготовляються з перемиканням обмоток із однієї схеми на іншу. Так, наприклад, у трансформаторах для електролізних виробництв зміни напруги у великих межах забезпечується перемиканням обмотки мережі з трикутника на зірку. При випрямлених напругах 450 і менше і шестифазному режимі перетворення часто використовують нульову схему «дві зворотні зірки з зрівняльним реактором» і кільцеву схему. Схеми та групи з'єднання трансформаторів для цих перетворювачів представлені в табл. 29.4. У табл. 29.3 та 29.4 індекс «н» позначає виведену нульову точку, а індекс «нр» виведену нульову точку трансформатора з вбудованим зрівняльним реактором. Для схем 10-13 табл. 29.4 та схем 5 та 6 табл. 29.5 групи з'єднання обмоток трансформатора визначаються при з'єднанні обмотки з роз'єднаним нулем «зірку». Ці схеми використовуються у перетворювальних установках зі специфічними вимогами.
  Для перетворювачів потужністю понад 4000 кВ-А часто застосовують складні схеми перетворення, що забезпечують дванадцяти- та двадцятичотирифазний режим випрямлення. Ці схеми здійснюються за допомогою декількох трансформаторів з різними простими схемами з'єднання обмоток, або за допомогою одного трансформатора з ВО, розщепленою на кілька частин, кожна з яких живить одну перетворювальну секцію. У табл. 29.5 наведені схеми з'єднання обмоток трансформаторів, з розщепленою ВО для дванадцяти- і двадцятичотирифазних перетворювачів, в яких кожна перетворювальна секція, що живиться від однієї частини ВО, з'єднана за трифазною бруківкою. Для цього використовуються поєднання наступних схем з'єднання обмоток: зірка, трикутник та трикутники з продовженими сторонами. Схеми / і 2 забезпечують дванадцятифазний режим, а схеми 3-6 - двадцятичотирифазний режим перетворення.

     
                                                     
                                                          
    2.4. Класифікація напруг та опорів короткого замикання
                                 
  Силові ПТ відрізняються від силових трансформаторів загальнопромислового призначення насамперед складнішими схемами з'єднання обмоток. Вентильні обмотки часто виконуються розщепленими і ПТ здійснюють функції дільника потужності між перетворювальними блоками (секціями). Величина аварійних струмів у перетворювачах обмежується в певних межах за рахунок вибору схем розщеплення ВО та секціонування СО, а також регулювальної обмотки (РО). Схема і група з'єднання обмоток, схема їх розщеплення та секціонування істотно впливають також на коефіцієнт потужності перетворювача, на його зовнішню характеристику, визначають рівень взаємного впливу режимів у перетворювальних блоках, з'єднаннях з різними частинами.
У робочих та аварійних режимах перетворювача миттєві значення струмів у частинах обмоток суттєво різні. Відповідно, різні магнітні поля розсіювання та пов'язані з ними індуктивні опори розсіювання трансформаторів. Це дуже впливає на струморозподіл між паралельними гілками і провідниками обмоток, величину додаткових втрат, зокрема від вищих гармонійних складових. Характеристики перетворювачів у кожному з робочих та аварійних режимів залежать від певних індуктивних та активних опорів обмоток трансформатора. Для аналізу цих характеристик і режимів недостатньо поняття напруги короткого замикання і, відповідно, опору короткого замикання трансформатора, за ГОСТ 16110-82. У зв'язку з цим, для напруг короткого замикання трансформаційних трансформаторів ГОСТ 16772-77 введені додатково поняття і терміни:
  а) наскрізна напруга короткого замикання (ік) - напруга КЗ пари обмоток (мережевої та вентильної) при замкнутих накоротко всіх частинах вентильної обмотки, рис. 29.1, а\ 
  б) напруга часткового короткого замикання (икг) — яке має бути докладено до висновків ЗІ трансформатора, щоб у ній встановився номінальний струм при замкнутій коротко одній з гальванічно не пов'язаних частин ВО і розімкнутих інших частинах, рис. 29.1, \ 
  в) напруга короткого замикання комутації (і^к) — міжфазна напруга, яка повинна бути прикладена до висновків ЗІ трансформатора, щоб у ній встановився номінальний струм при замкнутих накоротко частинах З з однаковою схемою і групою з'єднання, що одночасно беруть участь у комутації в номінальному режимі і розімкнутих інших частинах, рис. 29.1, г; 
         
                                                                        
                                                                                   

     г) напруга короткого замикання розщеплення (і^р) (рис. 29.1, д) - напруга, яку потрібно підвести до однієї з гальванічно не пов'язаних частин ВО, щоб в ній встановився струм, що відповідає номінальній потужності СО, при замкнутій коротко іншій частині тієї ж обмотки і розімкнутих ЗІ та інших елементів ВО. 
    Напруги короткого замикання дозволяють визначити відповідні повні, індуктивні та активні опори трансформаторів. Класифікація та позначення індуктивних опорів розсіювання ПТ наведено в табл. 29.6 які аналогічні і для активних складових опорів короткого замикання трансформаторів. У таблиці наведено посилання на схеми дослідів короткого замикання, в яких може бути визначений даний вид опору та характерні області їх використання. У будь-якому з дослідів короткого замикання живильна і замкнута коротко обмотки (частини обмотки) можуть змінюватися місцями.
Розрахунок реактансів, що представляє собою складне завдання, виконується зазвичай за методикою, яка враховує нерівномірність розподілу магніторушійних сил, відключення регулювальних витків у трансформаторах з ПБВ і реулірувальних гілок у трансформаторах з РПН, наявність циркулюючих струмів.

     2.5. Вимоги до опорів та напруг короткого замикання
  Подані в табл. 29.6 опору короткого замикання є одними з основних параметрів трансформатора, що істотно впливають на його конструкцію та масо-габаритні показники, а також параметри перетворювача. У двообмоточному перетворювальному трансформаторі, ВО якого складається з однієї частини і живить одну перетворювальну секцію, використовується поняття наскрізного короткого замикання, яке визначає рівень аварійних струмів, значення коефіцієнта потужності, а також зміна випрямленої напруги перетворювача в робочих режимах. Вимоги до напруг короткого замикання трансформаторів, що мають ВО, розщеплену на дві і більше частини, кожна з яких призначена для живлення окремої перетворювальної секції, такі ж, що і для трансформаторів з однією частиною ВО і випливають із необхідності обмежувати аварійний струм у трансформаторі та перетворювальній секції при короткому замиканні на шинах перетворювача, оскільки його величини залежить електродинамічна і термічна стійкість трансформатора і перетворювача. Значення наскрізної напруги КЗ визначає також вибір уставок захисту електроустаткування. Якщо ВО трансформатора складається з декількох частин з однаковою схемою з'єднання, збільшення наскрізного опору КЗ, викликане вимогою обмеження струму, призводить до зростання споживання реактивної потужності та погіршення коефіцієнта потужності перетворювального агрегату. Якщо ВО містить кілька частин з різними схемами з'єднання, зазначеної залежності може і не бути, так як споживання реактивної потужності залежить від опору КЗ трансформатора в режимі комутації. У найбільш поширених складних схемах перетворення, якими є дванадцятифазні, одночасно комутують вентилі половини перетворювальних секцій, що живляться від частин ВО з однаковою схемою з'єднання (при куті комутації не більше 30 ел. град.). Оскільки індуктивне падіння напруги перетворювача залежить від індуктивної складової напруги КЗ комутації, значною мірою визначального величини випрямленої напруги та коефіцієнта потужності агрегату, то вимоги до цього виду опору КЗ трансформатора зводиться до його мінімізації. З поняття напруги КЗ комутації слід, що у перетворювальному трансформаторі стільки опорів комутації, скільки груп з'єднань обмоток має трансформатор. Як правило, існує вимога до певного співвідношення цих опорів комутації, що пов'язано з вимогою забезпечити заданий поділ струму між паралельними перетворювальними секціями, що живляться від частин з різними семами з'єднання. Для вирівнювання струму між запараллеленими перетворювальними секціями, що живляться від частин ВО з однаковою схемою з'єднання, повинна виконуватися вимога рівності опорів комутації частин. Виконання заданого співвідношення між опорами комутації частин дозволяє трансформатору, що живить перетворювач з будь-якою складною схемою перетворення, здійснювати функцію дільника струму між перетворювальними секціями, забезпечити високу здатність навантаження агрегату, знизити втрати від нерівномірного поділу струму. 

       
                                            
    Найчастіше аварійним режимом короткого замикання перетворювального трансформатора в експлуатації є коротке замикання однієї частини ВО, що розвивається з «пробою» вентиля перетворювальної секції. І тут аварійний струм короткого замикання обмежується опором часткового КЗ. Отже, величина напруги часткового КЗ визначається необхідністю забезпечити електродинамічну стійкість трансформатора і необхідністю здійснити при проби вентиля надійний захист перетворювача за допомогою запобіжника, включеного послідовно з вентилем, або іншими захисними апаратами.
    І, нарешті, останнім видом напруги короткого замикання, якого пред'являються нормовані вимоги, є напруга КЗ розщеплення, що пояснюється двома причинами. Перша з них обумовлена випадком, коли перетворювач живиться від трансформатора, якого розщеплена на кілька частин з різними схемами з'єднання, що живлять перетворювальні секції, кожна з яких працює на своє навантаження. Друга – коли такі її перетворювальні секції запаралелені та працюють на загальне навантаження. У першому випадку незалежна робота кожної перетворювальної секції від навантаження будь-якої іншої може бути забезпечена за мінімального взаємного впливу між частинами ВО. Останнє призводить до вимог виконання трансформатора з максимально можливими величинами індуктивних опорів розщеплення. У другому випадку, в агрегатах зі складними схемами перетворення (12-фазне і вище), коли перетворювальні секції запаралелені на одне загальне навантаження, опір розщеплення грає роль обмежувача зрівняльного струму між перетворювальними секціями. Цей зрівняльний струм виникає через різницю миттєвих значень випрямлених напруг перетворювальних секцій, приєднаних частин вентильної обмотки, що мають різні схеми з'єднання. Слід зазначити, що в обмеженні зрівняльного струму між перетворювальними секціями, крім опору розщеплення, бере участь і опір комутації.
   Таким чином, для обмеження зрівняльного струму та зменшення втрат від вищих гармонік доцільно збільшувати опір розщеплення та комутації.

                                                                                               
        2.6. Зовнішня характеристика перетворювача   
  p align="justify"> Залежність середнього значення випрямленої напруги від середнього значення випрямленого струму називають зовнішньою характеристикою перетворювача, рис. 29.2. Зі збільшенням струму навантаження зростають падіння напруги на елементах схеми та випрямлена напруга зменшується. Падіння напруги ділять умовно на три складові: індуктивне падіння напруга ланцюга комутації AU_х, активне падіння напруги AU_nпадіння напруги у вентилях випрямляча AU_e. Падіння напруги у вентилях вважають не залежним від струму навантаження і приймають рівними сумі падінь напруги всіх послідовно включених вентилів при протіканні через них номінального струму. У випадку зовнішня характеристика перетворювача описується рівнянням:
                
                                                                           
     
 де - AU_d значення випрямленої напруги у режимі холостою ходу перетворювача. 
 Індуктивне та активне падіння напруги залежать від струму навантаження Id та опорів х, R. Ці опори, наведені до вторинної сторони визначаються формулами:

                                                                         
де хс - індуктивний опір мережі живлення; хк - індуктивний опір наскрізного КЗ трансформатора; хш - індуктивний опір ошинування; хр - індуктивний опір реакторів, включених у ланцюг випрямленого струму.

                                                                                                                                
 де RK - активний опір наскрізного RP трансформатора; RUI - активний опір ошинування; Rp - активний опір реакторів у ланцюзі випрямленого струму.
З цих виразів визначають, залежно від схеми перетворення, напруга ВО.
 
                                                                                            

        2.7. Регулювання випрямленої напруги та стабілізація випрямленого струму

  Перетворювачі, залежно від їхнього призначення, працюють у дуже різноманітних режимах. У всіх випадках відхилення напруги від номінального значення істотно впливає на техніко-економічні показники електричних установок. В умовах експлуатації виникає необхідність підтримувати випрямлену напругу постійним або таким, що змінюється за певним законом, а також стабілізувати у ряді випадків випрямлений струм.

       2.8. Схеми регулювання напруги та стабілізації струму    

  Зміна напруги за заданим законом здійснюється за допомогою регульованих трансформаторів і автотрансформаторів, різних пристроїв, що дозволяють роздільно або cobmcciho змінювати величину і знак напруги, що додається, спеціальних схем з використанням нерегульованих і регульованих напівпровідникових випрямлячів. Так як перетворювальний трансформатор може мати кілька вентильних обмоток на великі струми, що перемикають і рейдуючі пристрої в переважній більшості випадків розполакног на сюроні мережевої обмотки. В усироістнах, що дозволяють роздільно або спільно змінювати величину і знак напруги, що додається, розв'язання напруги здійснюється вольтододатковими трансформаторами і автотрансформаторами зі ступінчастим, плавним і комбінованим РПН. Регулювання напруги може здійснюватися за допомогою керованих тирисгорних перетворювачів, а в схемах з некерованими напівпровідниковими випрямлячами за допомогою керованих реакторів, що включаються послідовно з напівпровідниковими вентилями.
  Ступінчасте регулювання напруги під навантаженням дає можливість регулювання напруги без перерви живлення та відключення обмоток від мережі, що дозволяє автоматизувати процес регулювання. За ГОСТ 16772-77 регулювання під навантаженням передбачається для трансформаторів з міжфазною напругою 6 і 10 кВ при потужності мережевої обмотки 800 кВ А і більше, 20 і 35 кВ - при 4000 кВ А і більше, ПО кВ - при 10 0 А і більше і 220 кВ - при потужності обмотки мережної 16 000 кВ-А і більше. Багато установках регулювання напруги під навантаженням (РПН) здійснюється автотрансформаторами, включеними перед трансформаторами. Це значно збільшує потужність трансформаторного обладнання у перетворювальних установках. Більше економним є застосування регулювання безпосередньо на трансформаторі. Аналіз показав, що для бруківки схеми випрямлення і схеми дві зворотні зірки з зрівняльними реакторами при глибині ре1улирования до 50%, типова потужність трансформатора з вбудованим РПН менше суми типових потужностей регулювального автофансформатора і трансформатора без РПН. У трансформаторах з напругою 6 і 10 кВ вбудоване РПН вигідніше при бруківці випрямлення до глибини регулювання 68 %, а для схеми дві зворотні зірки з зрівняльним реактором - до 73%.
   У вітчизняних перетворювальних трансформаторах застосовують переважно перемикаючі пристрої швидкодіючі з струмообмежуючим резистором (РНТА).
   У таких виробництвах, як електроліз алюмінію, необхідно робити 25-80 переключень на добу, при електролізі міді та магнію - 25-50. а цинку - до 50-100. Тому вимоги до умов роботи з РПН у багатьох перетворювальних трансформаціях значно жорсткіші, ніж для трансформаторів загального призначення. Тому в даний час вони ілотавлюються з пристроями для ступінчастого РПН, що допускають не менше одного мільйона перемикань механізмів пристрою та його конiактів, що не розривають струм, а також не менше 80—100 тисяч перемикання контактів пристроїв РПН, що розривають струм. У перемикаючих пристроях типу РНТА, що задовольняють перерахованим вимогам, для розриву електричної дуги застосовуються контактори з дуговими вакуумними камерами (ВДК), ці пристрої виконуються зануреними в масло і встановлюються безпосередньо в баках трансформаторів.
    Глибина регулювання напруги в електролізних виробництвах як кольорової металургії, так і в хімічній промисловості до 80-85 % номінальної випрямленої напруги здійснюється в перетворювальних трансформаторах переважно застосуванням глибоко вбудованого РПН безпосередньо в мережевій обмотці перетворювального трансформатора. Використання перемикаючого пристрою з 12 або 24 ступенями забезпечує діапазон регулювання напруги 50% від номінального з величиною ступеня (близьких до номінального режиму положеннях) близько 4,5-5%. При цьому, як правило, застосовується схема з «грубою» сходинкою, як схема, що забезпечує порівняно зі схемою з реверсом вищий ККД у положеннях, близьких до номінального.
    Для електролізних установок в окремих випадках застосовується також схема з двома «грубими» ступенями, що дозволяє знизити величину напруги ступеня до 2 % від номінального при збереженні загальної глибини регулювання. Це досягається шляхом зменшення числа витків у щаблі при збереженні загальної кількості регулювальних витків за рахунок другого «грубого» ступеня регулювання, що включається до схеми без навантаження за допомогою додаткового перемикача діапазонів. Однак, маючи переваги у забезпеченні досить малої величини напруги ступеня при відносно невеликих додаткових витратах вона дещо ускладнює експлуатацію, зокрема в режимах пуску, оскільки має 6 діапазонів.
    Глибина регулювання напруги у ряді типів трансформаторів збільшується (до 80-85 %) перемиканням мережної обмотки з трикутника на зірку або паралельно-послідовним перемиканням її частин.
    Перетворювальні трансформатори із ступінчастим РПН мають високі ККД та коефіцієнт потужності. Однак, наприклад, на електрифікованому на постійному струмі залізничному транспорті та електрометалургії, де потрібна дуже велика кількість перемикань при автоматичному регулюванні, а також для установок, де технологія вимагає плавного регулювання напруги, використовуються трансформатори з плавним безконтактним РПН. Такі трансформаторні пристрої підвищують надійність роботи установок, скорочують експлуатаційні витрати та полегшують автоматизацію виробничих процесів.
    Трансформатори з безконтактним РПН дуже надійні в роботі, зручні в експлуатації, полегшують автоматизацію регулювання напруги та дозволяють отримати необхідні зовнішні характеристики агрегату. Однак, зі збільшенням діапазону регулювання зростають маси, розміри та вартість таких регулювальних пристроїв. Тому в ряді випадків застосовують комбіноване, тобто плавно-ступінчасте регулювання під навантаженням. Комбіноване РПН забезпечує плавне регулювання напруги в широких межах і має досить добрі техніко-економічні показники. Сутність способу полягає в одночасному використанні перемикаючого пристрою, що здійснює ступінчасте перемикання відгалуження регулювальної обмотки, і керованих реакторів або тиристорів, розрахованих на регулювальну напругу ступеня і дозволяють плавно регулювати напругу всередині кожного ступеня.
   У деяких випадках необхідно регулювати напругу ступенями 1 - 1,5 % від номінальної напруги. При глибині регулювання 50 % таке регулювання можна було б здійснити ступінчастою зміною числа витків, якщо прийняти 40-50 регулювальних відгалужень РВ і контактів пристрою. Така велика кількість відгалужень і контактів пристрою, що перемикає, різко ускладнює конструкцію і збільшує розміри не тільки пристрою, але і трансформатора, а також погіршує техніко-економічні показники. 
   Зменшення напруги ступеня регулювання при обмеженій кількості відгалужень можна досягти пофазним регулюванням, що дозволяє знизити напругу ступеня приблизно втричі. Для по-фазного регулювання використовується схема ABC, що здійснює послідовне перемикання відгалужень фаз трифазного трансформатора. Спочатку перемикається одна, наприклад, фаза А, потім інша - В і далі третя - С. Якщо положення перемикаючих пристроїв на всіх фазах, при якому число включених витків у фазах однаково назвати симетричним, то при пофазному регулюванні здійснюється почерговий перехід рухомих контактів перемикача з одного симетричного на інше симетричне становище. Такий перехід називають циклом перемикання. Схема перемикання фаз ABC незмінна у всіх циклах по всьому діапазоні регулювання. Положення перемикаючого пристрою в циклі перемикання, при яких числа включених витків у фазах неоднакові, називають несиметричними.
   При нерівних числах витків фаз СО і симетричній напрузі мережі живлення в трансформаторі дещо спотворюються магнітні потоки, напруга, струми по амплітуді та фазі. У схемі з'єднання в трикутник з'являються потік і струм нульової послідовності, вплив яких може бути знижений вбудовуванням в частині індуктивних пристроїв, а також вбудовуванням теплових навантажень всіх фаз обмоток в процесі експлуатації. У трансформаторах для 12-фазної схеми перетворення зі з'єднанням СО в трикутник економічно доцільно використовувати пофазне регулювання напруги з коефіцієнтом несиметрії 0,9-1,1. У цьому випадку немає необхідності вживати заходів для придушення струму нульової послідовності в обмотках, з'єднаних у трикутник.
   
        2.9. Випробувальні напруження
   Особливості схем перетворювальних установок, режимів роботи перетворювачів суттєво впливають на умови, у яких працює ізоляція ТРО. Ізоляція мережних обмоток ПТ насамперед має бути розрахована на впливи, пов'язані зі звичайними режимами роботи електричних мереж, тобто на такі ж впливи, що визначають вимоги до ізоляції силових трансформаторів загального призначення, що нормуються ГОСТ 1516.3—96 «Електрообладнання змінного струму на напругу від 1 до 750 кв. Вимога до електричної міцності ізоляції. Масляні трансформатори з великою глибиною вбудованого регулювання (40% і більше), призначені для зміни випрямленої напруги (струму) в установках електролізу, електроприводу, а також різних електропічних установках на постійному струмі, приєднуються до кабельної мережі або через кабель або закритий шинопровід достатньої довжини ( не менше 80-100 м) до шин знижувальної підстанції або електростанції підприємства. Таке приєднання трансформаторів виключає прямий вплив на них атмосферних перенапруг. У той самий час, у трансформаторах з глибоким вбудованим регулюванням при імпульсних зовнішніх впливах значно зростають потенціали вільних кінцях регулювальної обмотки класу напруги 3—35 кВ. Тому для відповідальних установок з підвищеними вимогами до надійності випробування грозовими імпульсами проводяться за нормами ГОСТ для ПТ з РПН при глибині регулювання до 40-50%. У безпосередній близькості до таких трансформаторів доцільно встановлювати вентильні розрядники, що обмежують амплітуду можливих перенапруг.
    Мережеві обмотки сухих трансформаторів виконуються з полегшеною ізоляцією і призначаються для роботи в установках, не схильних до атмосферних перенапруг. Випробувальні напруги промислової частоти, комутаційної та імпульсної хвилями наведені в табл. 29.7.
Випробування прикладеною напругою нормоване стандартом, випробування комутаційним імпульсом та повним грозовим імпульсом є факультативними. Ізоляція ВО визначається процесами, що виникають безпосередньо в перетворювачах (комутація вентилів, пробій вентилів, обриви в ланцюгах), комутаційними перенапругами при включенні та відключенні трансформаторів або перетворювачів, а також перенапругами, що трансформуються в ЗІ.
    Найбільш небезпечними можна вважати перенапруги, що виникають при відключенні вакуумними вимикачами наростаючого струму холостого струму ПТ.
Випробувальна напруга вентильних обмоток ПТ, нормується ГОСТ 16722-77 і наведена в табл. 29.8 (для перетворювачів із напівпровідниковими вентилями).
З урахуванням особливостей режимів роботи трансформаторів окремих споживачів прийнято такі винятки від норм, наведених у табл. 29.7:
♦ випробувальна напруга ВО та частин розщепленої обмотки ВО, по відношенню один до одного, трансформаторів, призначених для електрифікованого залізничного транспорту, приймаються рівними 3Ud0 + 5000 для нульових схем та 1,56^0 + 5000 для мостових схем;
♦ випробувальна напруга ВО трансформаторів для перетворювачів, призначених для електролізу кольорових металів та хімічної промисловості, становить не менше 6500 В. 
     Ізоляція витків обмоток, міжшарова
і міжкотушкова ізоляція, а також міжфазна ізоляція повинні бути розраховані на випробування подвійною номінальною напругою, індукованою в самому трансформаторі частотою 100-400 Гц, тривалістю відповідно від 1 хв до 15 сек.

                                                                                             
                                                                                             
    Трансформатори з підвищеними вимогами до надійності або трансформатори для установок, у яких технологічні процеси вимагають частих включень та відключень, що супроводжуються комутаційними перенапругами, виконуються з ізоляцією, розрахованою на випробування індукованою напругою, що дорівнює 2,5-3-кратному номінальному.

Випробувальна напруга реакторів наведена в табл. 29.9.

    2.10 Класифікація перетворювальних трансформаторів

  За типовою потужністю та класом напруги обмоток, ПТ поділяються на габарити: I габарит - 10-100 кВ • А; II габарит - 125-1000 кВ-А; III габарит - 1250-6300 кВ-А; IV габарит - 8000 кВ-А; та більше напругою до 35 кВ включно; V габарит – до 32 000 кВ – А включно, напругою понад 35 до 110 кВ включно; VI габарит - 40000-80000 кВ-А напругою понад 35 кВ до 110 кВ включно та потужністю до 80000 кВ-А включно, напругою понад 110 до 330 кВ включно; VII габарит – потужністю понад 80 000 до 220 000 кВ • А включно напругою до 330 кВ включно.
  По виду охолодження ПТ можна поділити на три основні групи: масляні трансформатори, із заповненням негорючими ізоляційними рідинами, сухі трансформатори.
  Масляні перетворювальні трансформатори виготовляються потужністю 2500 кВ А і більше. При потужностях до 6300-8000 кВ-А використовується система охолодження М з природною конвекцією олії та повітря. Великі потужності вимагають застосування систем охолодження: Д -з природною циркуляцією масла і з примусовим обдуванням радіаторів, що охолоджують; Ц - з примусовою циркуляцією олії через охолоджувані водою охолоджувачі; ДЦ - з примусовою циркуляцією олії та повітря. Сухі перетворювальні трансформатори випускаються типової потужності до 10000 кВ А, причому при потужності, приблизно, до 6300 кВ А достатня природна конвекція повітря. За останні роки знайшли поширення конструкції сухих трансформаторів, в яких основні ізоляційні функції здійснює не повітряне середовище, а тверда ізоляція, зокрема термореактивного типу, а охолодження забезпечується примусовими системами водяного або повітряного охолодження.
   Залежно від способу регулювання, ПТ поділяються на переключаються без порушення (ПБВ); регульовані під навантаженням (РПН).
   За родом установки, ПТ відносять до двох груп: зовнішньої та внутрішньої установок, тобто на відкритому повітрі або у приміщенні. Рід установки регламентується кліматичним виконанням та категорією розміщення трансформаторів. ПТ мають виконання для роботи в помірному (У), холодному (УХЛ), тропічному (Т) кліматі. Масляні трансформатори можуть встановлюватися на відкритому повітрі - категорія розміщення /, під навісом або в спеціальних камерах - категорія розміщення 2. Трансформатори із заповненням негорючої рідиною - совтолом, встановлюються в опалюваних приміщеннях - категорія розміщення 4, із заповненням гексолом - у опалювальних приміщеннях Сухі трансформатори, як правило, призначені для роботи в закритих приміщеннях - категорія розміщення 3 і 4. В останні роки розроблені сухі трансформатори з підвищеною стійкістю до впливу факторів довкілля - ка-1егорія розміщення 2.
    За призначенням розрізняють перетворювальні трансформатори для: випрямлячів електролізних установок у кольоровій металургії та хімічній промисловості; тиристорний електропривод з двигунами постійного юка: електрифікованого залізничного транспорту (індекс Ж); інвер гірських афегатів тягових підстанцій залізниць (І); тягових підстанцій міського транспорту – трамвая, тролейбуса; живлення електропічних установок (П); збудження синхронних машин (В): гальванічних установок (Г); тиристорного електроприводу екскаваторів (ЕК); бурових установок (Б); частотно-регульованого синхронного електроприводу (С); частотно-регульованого асинхронного електроприводу (А) Зазначені у дужках індекси регламентуються стандартом чи технічними умовами. До додаткових конструктивних ознак, що класифікують ПТ, слід віднести спосіб виконання вентильних обмоток (ВО): нерозщепленими, розщепленими на частини в межах одного концентру, займаного цією обмоткою (індекс Р), розщепленими на частини, розташовані на різних концентрах по відношенню до обмотки мережі, так зване триобмотувальне виконання (індекс Т). У ПТ за схемою з'єднання ВО «дві зворотні зірки» з зрівняльним реактором у деяких конструктивних виконаннях зрівняльні реактори вбудовують у загальний бак з масляним трансформатором або в загальний кожух (шафа) з сухим трансформатором, що враховується в позначенні індексом.

      2.11. Класифікація реакторів
 У випрямлювальних та інверторних установках застосовуються різні перетворювальні реактори: зрівнювальні, що згладжують, що обмежують та струмо-обмежують постійного струму, струмо-обмежують змінного струму, а також керовані, у тому числі дроселі насичення.
 По виду охолодження, типової потужності, за родом установки, кліматичного виконання та категорії розміщення реактори класифікуються також як і трансформатори.

До списку статей

Замовити трансформатори