تپ چنجر تحت بار برای ترانسفورماتور های قدرت (بخش ۲)

۴٫۱ OLTC هایی از نوع روغنی

۴٫۱٫۱ OLTC هایی از نوع روغن – مقاومتی

طراحی OLTC که به طور معمول برای نرخ های بالاتر و ولتاژ بالاتر استفاده می‌شود ، شامل سوئیچ مبدل (سوئیچ قوس الکتریکی) و یک انتخابگر تپ است. برای نرخ های پایین تر، از طرح های OLTC که در آن از توابع سوئیچ مبدل (سوئیچ قوس الکتریکی) و انتخابگر تپ استفاده می شود، در سوئیچ انتخابگر (سوئیچ تپ قوس الکتریکی) ترکیب می شود.

با یک OLTC که شامل سوئیچ مبدل (سوئیچ قوس الکتریکی) و یک انتخاب تپ (شکل ۱۱) است، عملکرد تعویض تپ در دو مرحله انجام می شود (نمودار ۱۲). تپ بعدی ابتدا توسط انتخابگر تپ در شرایط بدون بار انتخاب می شود (شکل ۱۲ موقعیت a – c). سوئیچ مبدل جریان بار را از تپ در حال عمل به تپ از پیش تعیین شده منتقل می کند (شکل ۱۲ موقعیت c – g). OLTC با استفاده از مکانیسم درایو اداره می شود. انتخابگر تپ توسط دنده مستقیماً از مکانیسم درایو اداره می شود. در همان زمان ، یک تجمیع کننده انرژی پیچشی تحریک می شود ، که سوئیچ تغییر دهنده را – پس از انتشار در یک بازه زمانی بسیار کوتاه – به طور مستقل از حرکت مکانیسم درایو به کار می اندازد. چرخ دنده اطمینان حاصل می کند که این عملکرد سوئیچ مبدل همیشه بعد از اتمام عملیات پیش انتخاب تپ انجام می شود. زمان کلیدزنی سوئیچ مبدل بین طرح های امروزی بین ۴۰ تا ۶۰ میلی متر است. در حین عملکرد سوئیچ مبدل، مقاومتهای انتقال (شکل ۱۲ d – f) وارد شده اند که برای ۲۰ تا ۳۰ ms بارگذاری شوند ، برای مثال مقاومت ها می توانند برای بارگذاری کوتاه مدت طراحی شوند. بنابراین مقدار مقاومت لازم نسبتاً کم است. کل زمان کار OLTC بسته به طراحی مربوطه بین ۳ تا ۱۰ ثانیه است.

سوئیچ انتخابگر (سوئیچ تپ قوس الکتریکی) همانطور که در شکل ۱۳ نشان داده شده است، تغییر تپ را در یک مرحله از تپ در حال خدمت به تپ مجاور انجام می دهد (شکل ۱۴). تجمیع کننده انرژی پیچشی که توسط مکانیسم درایو تحریک شده است، سوئیچ انتخاب کننده را به شدت پس از رهاسازی فعال می‌کند. برای زمان سوئیچینگ و بارگیری مقاومت (شکل ۱۴ موقعیت b – d) ، عبارات فوق اعمال می‌شود. جزئیات وظایف سوئیچینگ شامل نمودارهای فازور در ضمیمه A از [۴] ، [۵] و [۶] توضیح داده شده است.

شکل ۱۱: اصل طراحی – سوئیچ مبدل (سوئیچ قوس الکتریکی) با انتخابگر تپ OILTAP

 

شکل ۱۲: تغییر توالی تپ انتخابگر – سوئیچ مبدل

شکل ۱۳: اصل طراحی – سوئیچ انتخابگر (سوئیچ تپ قوس الکتریکی) OILTAP

۴٫۱٫۲ OLTC هایی از نوع روغن راکتور

انواع سوئیچینگ زیر برای OLTC هایی از نوع راکتور استفاده می شود:

• سوئیچ انتخابگر (سوئیچ تپ قوس الکتریکی)
• سوئیچ مبدل (سوئیچ قوس الکتریکی) با انتخابگر تپ

تمام OLTC ها از نوع راکتور محفظه ای هستند، جایی که اوتوترانسفورماتور پیشگیرنده (راکتور) جزئی از OLTC نیست. خود اوتوترانسفورماتور پیشگیرانه توسط سازنده ترانسفورماتور طراحی‌شده و در مخزن ترانسفورماتور قرار می‌گیرد. امروزه فقط سوئیچ های انتخابگر (سوئیچ تپ قوس الکتریکی) برای تنظیم ولتاژ هنوز در دست تولید هستند در حالی که نوع OLTC های خلاء راکتور (به بخش های ۴٫۲٫۲٫۱ و ۴٫۲٫۳٫۳ مراجعه کنید) در زمینه ترانسفورماتور قدرت پیشرفته ترین نوع هستند. بنابراین ، این فناوری روغن در این مقاله بیشتر از این مورد بحث قرار نمی گیرد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد وظایف سوئیچینگ و نمودارهای فازور OLTC های نوع روغن راکتور ، لطفاً به پیوست B از [۴] ، [۵] و [۶] مراجعه کنید.

شکل ۱۴: توالی سوئیچینگ کلیدزن انتخابگر (سوئیچ تپ قوس الکتریکی) OILTAP

۴٫۲ OLTC هایی از نوع خلاء – VACUTAP

۴٫۲٫۱ اصول اساسی فناوری کلیدزنی در خلاء

در طول سه دهه گذشته ، فن آوری سوئیچینگ خلاء به فناوری غالب سوئیچینگ در زمینه های پست های ولتاژ متوسط ​​و کنتاکتورهای با ظرفیت بالا تبدیل شده و جایگزین فناوری روغن و گاز SF6 شده است. امروزه بیش از ۶۰٪ تقاضا برای دژنکتور در بخش انرژی ولتاژ متوسط در سراسر جهان توسط دژنکتور های با مدار نوع خلاء [۷] ، [۸] ، [۹] پوشانده شده است.

فن آوری سوئیچینگ خلاء همچنین به بهترین نحو مورد نیاز برنامه های جدید و افزایش تقاضای عملکرد برای OLTC ها توسط کاربران نهایی را برآورده می‌کند. برتری آن نسبت به فن آوری های سوئیچینگ رقیب در محدوده توان کم و متوسط ​​بر اساس تعدادی از مشخصات فنی زیر بررسی می‌شود [۱۰] ، [۱۱]:

• قطع کننده خلاء یک سیستم مهر و موم شده هرمتیک است
  • با وجود قوس هیچ تعامل با محیط اطراف وجود ندارد
  • خصوصیات سوئیچینگ بستگی به محیط اطراف ندارد
• ولتاژ قوس (افت) در خلاء به طور قابل توجهی پایین تر از روغن یا SF6 است
  • مصرف کم انرژی
  • کاهش سایش مخاطب
• از بین بردن محیط عایقی به عنوان Quenching قوس الکتریکی
  • حذف محصولات جانبی به عنوان مثال کربن در هنگام استفاده از روغن ترانسفورماتور
  • فیلتر آنلاین غیر ضروری است
  • دفع آسان
• عدم پیری محیط Quenching
  • ثبات یا حتی بهبود ویژگی های سوئیچینگ در کل طول عمر قطع کننده های خلاء (اثر گیرنده)
• هیچ تعامل / اکسیداتی در هنگام سوئیچینگ نیست
  • میزان بالای بازسازی بخار فلزی ، طول عمر را افزایش می دهد
  • مقاومت در برابر تماس کم
• بازیابی فوق العاده سریع دی الکتریک تا ۱۰ کیلوولت بر میکروثانیه
  • زمان قوس کوتاه (حداکثر یک نیم چرخه) را حتی در صورت وجود زاویه های فاز بزرگ بین جریان و ولتاژ یا ولتاژ بالا و dU / dt بالا پس از صفر شدن جریان (ترانسفورماتور مبدل) ، [۱۲] تضمین می کند.

۴٫۲٫۲ کاربرد فناوری سوئیچینگ در خلاء برای تغییر تپ در زیر بار

هنگام ایجاد یک قطع کننده خلاء برای استفاده در OLTC ، پارامترهای منحصر به فرد عبارتند از:

• عمر مکانیکی در روغن ترانسفورماتور (یا هر ماده عایق بندی شده دیگر) برای محدوده دمای کارکرد و طول عمر مورد انتظار OLTC
• عملکرد سوئیچینگ
• عمر تماسی
• بعد فیزیکی

از اوایل دهه ۱۹۷۰ ، قطع کننده های خلاء که مطابق با ویژگی های مورد نیاز OLTC های نوع راکتور هستند ، توسعه یافته اند. این OLTC ها که به طور کلی از نوع طراحی با محفظه بیرونی هستند ، با توجه به اندازه بدنی قطع کننده هیچ الزام خاصی را برنمی‌گزیند. این مورد در مورد OLTC هایی از نوع مقاومت ، که معمولاً از طراحی کاملاً جمع و جور برخوردار هستند ، اتفاق نمی افتد. امروزه ، پس از گذشت بیش از چهار دهه از توسعه ، قطع کننده های خلاء به سطح عملکرد فنی پیشرفته ای رسیده اند. استفاده از فن آوری های لحیم کاری مدرن تمیز کننده اتاق و کوره ها در طی فرایند تولید، و سیستم جدید تماسی و طراحی مواد برخی از نقاط عطف این محصول قابل اعتماد است. این امر باعث می شود تا قطع کننده های خلاء به مراتب کوچک تر طراحی شوند و در را برای کاربرد در OLTC های مقاومتی با ابعاد کلی معادل آن با طرح های OLTC از نوع مقاومت معمولی باز کنند (شکل ۱۵ و ۱۶ را ببینید).

شکل ۱۵: OLTC ها با سیستم تماس قوس الکتریکی تنگستن و مس برای روغن ترانسفورماتور معدنی

(مقیاس های مختلف)

شکل ۱۶: طراحی قطع کننده خلاء که برای سوئیچ های مبدل مختلف OLTC

در شکل ۱۷ سایش تماس به دلیل قطع جریان برای تماسهای معمولی مس – تنگستن تحت روغن و برای قطع کننده های خلاء نشان داده شده است. نرخ برای قطع کننده های خلاء بیش از یک دهم کمتر است  (به عنوان مثال نرخ: ۳۰/۱ در ۱۰۰۰ A). جدا از ماده تماس ، هندسه تماس مهمترین عامل برای این محدوده جریان و کاربردهای OLTC است. این امر باعث ایجاد طول عمر تماس می شود، در حالی که قطع کننده های خلاء به راحتی بدون تغییر در قطع به تعداد بیش از ۶۰۰۰۰۰ عملیات کلیدزنی دسترسی پیدا می کنند.

شکل ۱۷: مقایسه میزان سایش تماسی معمولی مس تنگستن و قطع کننده های خلاء

تحقیقات در مورد کاربردهای کوره قوس الکتریکی (EAF)، عملکرد برتر طراحی مواد تماس ویژه برای استفاده در OLTC ها را نشان می دهد. شکل ۱۸ سیستم تماس قطع کننده های خلاء باز شده را پس از ۳۰۰،۰۰۰ عملیات EAF در یک کارخانه فولاد در ترکیه نشان می دهد. قطع کننده های خلاء در VACUTAP® VRF I 1300 با ولتاژ گام ۱۴۰۰ ولت و حداکثر جریان داخلی ۱۲۰۰ A نصب شده اند. سطوح تماس صاف بود و کل تماس کمتر از ۱ میلی متر بود. این یافته ها بیش از همه انتظارات MR برای طول عمر تماس است و نشان می دهد که این قطع کننده های خلاء از پایان عمرشان بسیار دور هستند. همانطور که قبلاً در مقدمه فصل ۴ توضیح داده شد ، روند آینده – به عبارت دیگر ، افزایش تقاضا برای ایمنی بیشتر ، سازگاری بیشتر با محیط زیست و آزادی بیشتر برای نگهداری در فن آوری ترانسفورماتور – باید در مرحله طراحی نسل های جدید OLTC ها مورد توجه قرار گیرد. فناوری خلاء ، که هیچ گونه تعامل با محیط اطراف و استفاده از مایعات جایگزین پیشرفته مانند استرهای طبیعی و مصنوعی ندارد ، همه این الزامات را برآورده می کند. بنابراین ، تمام VACUTAP®-OLTC های غوطه ور در مایع ارائه شده در فصل ۴٫۲٫۲ برای روغن معدنی و همچنین استرهای طبیعی و مصنوعی منتخب، طراحی و آزمایش شده اند [۱۳ ، ۱۴].

شکل ۱۸: قطع کننده های خلاء باز شده پس از ۳۰۰،۰۰۰ عملیات EAF

4.2.2.1 VACUTAP ® rmV

Reinhausen در اواسط دهه ۱۹۸۰ تولید  OLTC نوع رآکتورهای خلاء را آغاز کرد. از زمان طراحی خط جدید OLTC از نوع راکتور با استفاده از قطع کننده های خلاء در سال ۱۹۹۰ ، ®VACUTAP® rmV (شکل ۱۹)، بیش از ۱۱۰۰۰ واحد تولید شده است. این تعداد نمایانگر کل ۳۳۰۰۰ قطع کننده خلاء در حال کار است. به ویژه در کاربردهای صنعتی (ترانسفورماتورهای کوره) با تعداد بسیار زیاد عملیات سوئیچینگ (بیشتر از ۱۰۰۰۰۰ در سال) ، قطع کننده های خلاء عملکرد و برتری خود را نسبت به فرآیند سوئیچینگ معمولی در روغن نشان داده اند. بعضی از واحدها قبلاً در شرایط زیر بار به تعداد قابل توجهی از ۱۰۰۰،۰۰۰ عملیات رسیده اند، جایی که قطع کننده های خلاء برای اولین بار به عنوان یک اقدامات پیشگیرانه تغییر کرده اند. همانطور که در بالا ذکر شد ، این به دلیل تلفات بسیار کم مواد تماس با قطع کننده خلاء است. قطع کننده خلاء rmV-II 2500 A تنها پس از ۳ سال با ۱٫۸ میلیون عملیات کلیدزنی در یک کارخانه فولادی این انتظارات را تأیید کرد (نمودار ۲۰).

شکل ۱۹: OLTC از نوع خلاء با یک قطع کننده خلاء در هر فاز – VACUTAP RMV-II (حداکثر ۲۵۰۰ A)

شکل ۲۰: RMV-II 2500 تماس قطع کننده خلاء پس از ۱٫۸ میلیون عملیات EAF

۴٫۲٫۲٫۲ VACUTAP® VT ® و AVT ® برای ترانسفورماتورهای نوع خشک

به موازات پیشرفت فوق در زمینه تغییر تپ نوع راکتور ، اولین  OLTC از نوع مقاومتی با استفاده از قطع کننده های خلاء ، VACUTAP® VT® ، برای تنظیم ترانسفورماتورهای نوع خشک در سال ۱۹۹۵ طراحی شد و بنابراین در هوا فعالیت می‌کند. (به شکل ۲۱ نگاه کنید). تاکنون بیش از ۲۲۰۰ واحد تک فاز با ۶،۶۰۰ قطع کننده خلاء ساخته شده که با موفقیت کار می کنند.

شکل ۲۱: OLTC نوع خلاء مقاومتی برای ترانسفورماتورهای نوع خشک VACUTAP ® VT ®

(حداکثر ۵۰۰ آمپر)

واحدهای VT تک فاز در جلوی هر سیم پیچ سوار می شوند تا اتصالات ترمینال بین سیم پیچ بهره برداری و OLTC ها کوتاه شود. این یک مزیت دی الکتریکی ، به ویژه برای برنامه های ۳۵ کیلوولت محسوب می‌شود. برای نرخ ولتاژ و جریان کمتر (۱۰ کیلوولت / ۱۷۰ A) در بخش توان پایین تر، طراحی جمع و جور سه فاز VACUTAP® AVT® در سال ۲۰۰۰ در بازار چین راه اندازی شد (شکل ۲۲). محفظه شامل OLTC سه فاز از جمله درایو موتور و کنترل ولتاژ اتوماتیک است.

شکل ۲۲: OLTC از نوع خلاء مقاومتی برای ترانسفورماتورهای خشک VACUTAP® AVT®

(حداکثر ۱۷۰ A)

۴٫۲٫۲٫۳ VACUTAP® V V®

از سال ۲۰۰۰ ، نخستین OLTC خلاء از نوع تجاری با مقاومت و سرعت بالا برای تاسیسات داخل مخزنی در دسترس بوده است (به نمودار ۲۳ مراجعه کنید). بیش از ۱۴۰۰۰ واحد تولید شده است. این اولین مرحله از اجرای فناوری سوئیچینگ خلاء در OLTC های درون مخزنی در سطح جهانی برای ترانسفورماتورهای قدرت روغنی است. شکل ۲۴ یکی از سه عنصر سوئیچینگ را برای VACUTAP ® V V  نشان می دهد.

 

شکل ۲۳: OLTC از نوع خلاء مقاومتی برای تاسیسات درون مخزن در ترانسفورماتورهای قدرت روغنی VACUTAP ® V V ® (حداکثر ۶۰۰ A)

۴٫۲٫۲٫۴ VACUTAP ® VR

VACUTAP® VR ® نام خود را در سرتاسر جهان ساخته است (شکل ۲۵ و ۲۶). تا به امروز ، بیش از ۱۵۰۰۰ واحد تحویل داده شده است.

مزایای VACUTAP® VR ®:

• تجربه با تکنولوژی پیشرفته کلیدزنی خلاء از دهه ۱۹۸۰، یعنی نزدیک به ۴۵۰۰۰ VACUTAP® OLTC در سراسر جهان استفاده می شود.
• عاری از تعمیر و نگهداری تا ۶۰۰۰۰۰ عملیات (VACUTAP® VR ® I HD)
  • بدون تعمیر و نگهداری مبتنی بر زمان
  • بدون نیاز به نگهداری تقریباً برای همه برنامه های شبکه
  • کاهش قابل توجه هزینه های چرخه عمر
  • افزایش در دسترس بودن ترانسفورماتور
• سازگار با محیط زیست
  • عدم کربن سازی روغن: هیچ قوس در روغن عایق بندی وجود ندارد
  • واحد فیلتر روغن ندارد
  • طول عمر طولانی روغن عایق
• طراحی شده برای مایعات انتخاب شده و جایگزین
• کاربرد گسترده VACUTAP® VR ® برای اوتو ترانسفورماتورها، برای تنظیم در ابتدای سیم پیچ دلتا ، برای ترانسفورماتورهای HVDC و ترانسفورماتورهای مهر و موم شده
• ایده آل برای کاربردهای صنعتی و برای استفاده در مناطق بالقوه انفجاری
• فناوری خلاء تقریباً برای کلیه برنامه های گسترده OILTAP® R / RM ® و M® موجود است
• همان قطر (۷۴۰ میلی متر) از تغییر دهنده تپ در زیر بار ، قطر مشابه (۴۷۸ میلی متر) محفظه روغن مانند OILTAP® R / RM ® و M ® – فقط تغییرات جزئی در طول نصب

نتیجه: کاهش قابل توجهی هزینه های عملیاتی همراه با حداکثر کیفیت و بالاترین استانداردهای زیست محیطی و ایمنی.

VACUTAP ® V R شکل ۲۵: