3. REGULACJA NAPIĘCIA TRANSFORMATORÓW 3.1 Podstawy

3. REGULACJA NAPIĘCIA TRANSFORMATORÓW
3.1 Podstawy teoretyczne
3.1.1 Regulacja napięcia w sieciach
Zagadnienie regulacji napięcia we współczesnych systemach elektroenergetycznych wiąże się
z regulacją rozpływu mocy biernej. Celem tej regulacji jest utrzymywanie odpowiednich wartości
napięcia u odbiorców oraz zapewnienie maksymalnej niezawodności pracy systemu przy
minimalizacji strat przesyłu energii elektrycznej. Występujące w sieciach spadki napięć w ustalonej
pracy systemu powodują odchylenia napięcia od wartości znamionowych. Dopuszcza się odchylenia
wynoszące ±5%, a niekiedy do ±10%. Odchylenia napięcia zmieniają się stosunkowo wolno i mogą
być długotrwałe.
W sieciach występują też większe zmiany wartości napięcia zwane wahaniami napięcia. Są
one spowodowane pracą niektórych odbiorników energii elektrycznej ( silniki, piece łukowe) oraz
zakłóceniami w pracy systemu, zwłaszcza zwarciami. Amplitudy wahań napięcia są znaczne,
przekraczają wartości znamionowe nawet kilkakrotnie (np. przepięcia) ale są krótkotrwałe (kilka
sekund).
System elektroenergetyczny ma wielopoziomową, hierarchiczną strukturę. Struktury układu
regulacji napięcia i mocy biernej powinna być dostosowana do struktury systemu. W krajowym
systemie elektroenergetycznym przyjmuje się 3 lub 4 poziomy tej struktury.
Poziom 1 (najniższy) - układy regulacji elementów systemu: generatorów, transformatorów,
baterii kondensatorów statycznych, dławików oraz wprowadzanie kompensatorów synchronicznych.
Dopuszcza się odchylenia napięcia nie przekraczające ±5%.
Poziom 2 - układy regulacji zespołów elementów w węzłach wytwórczych systemu lub w
małych (autonomicznych) obszarach systemu (np. GPZ, linie30 i 60 kV). Regulacja napięcia odbywa
się poprzez zmianę przekładni transformatorów, zastosowanie transformatorów dodawczych, zmianę
konfiguracji sieci, wytwarzanie odpowiedniego rozpływu mocy biernych w liniach.
Niektórzy autorzy włączają do tego poziomu sieć 110 kV, inni wprowadzają ją do poziomu trzeciego.
Poziom 3 - stanowi zatem układ regulacji sekcji systemu 110 kV z pętlami regulacji
zamkniętymi poprzez ODM. Dla poziomu 2 i 3 dopuszczalne odchylenia napięcia wynoszą ±3%.
Poziom 4 - (najwyższy), to linie 750, 400 i 220 kV pod zarządem PDM. Dla tego poziomu
przewiduje się następujące metody i układy regulacji:
- zmiana mocy biernej generowanej przez generatory synchroniczne w dużych elektrowniach,
- wytwarzanie odpowiedniego rozpływu mocy biernych w liniach,
- stosowanie urządzeń automatycznej regulacji napięcia i mocy biernej typu ARNQ czy ARNE,
- instalowanie urządzeń kompleksowej regulacji napięcia i mocy biernej typu KRNQ.
Układy ARNQ i KRNQ oddziałują na prąd wzbudzenia generatorów i położenie przełącznika
zaczepów autotransformatorów sprzęgłowych. Dla tego poziomu dopuszczalne odchylenia napięcia
wynoszą ±1%.
3.1.2. Zaczepowa regulacja napięcia transformatorów
Regulacja napięcia transformatora poprzez zamianę jego przekładni polega na zmianie liczby
zwojów czynnych w obu uzwojeniach lub tylko w jednym z nich. Pierwsze rozwiązanie, choć lepsze,
jest bardzo kosztowne, dlatego najczęściej stosuje się regulację tylko po jednej stronie. Istotną
sprawą jest tu także wysokość napięcia, gdyż przy niższym napięciu przełączniki zaczepów musiałyby
być dostosowane do przypływu większych prądów.
W Polsce transformatory o mocach do ok. 70 MV∙A i napięciach do 110 kV mają przełączniki
zaczepów po stronie GN. Zmiana przekładni może się odbywać w stanie beznapięciowym albo pod
obciążeniem.
Zmiana przekładni w stanie beznapięciowym jest stosowana głównie w transformatorach ze
średnich napięć na niskie. Zakresy regulacji są następujące:
 transformatory 1600 kV∙A, +5% ÷ -10%, co 5%,
 transformatory 1000 kV∙A, +5% ÷ -2x2,5%, co 5%,
 transformatory 100 - 630 kV∙A, +5% ÷ -10%, co 5%,
 transformatory 40 kV∙A, +2,5% ÷ -7,5%, co 2,5%.
Zaczepy przestawiane są sezonowo, na wiosnę i w jesieni.
Transformatory z regulacją napięcia pod obciążeniem noszą nazwę transformatorów
regulacyjnych. Opłaca się ją stosować dopiero w stacjach 110/SN, przełączniki zaczepów są bowiem
drogie. Przy mocy znamionowej transformatora 1 MV∙A koszt przełącznika zaczepów jest prawie
równy kosztowi transformatora. Dopiero przy ok. 18 MV∙A koszt przełącznika wynosi ok. 20%
kosztów transformatora. Przykładowe zakresy regulacji transformatorów WN/SN wynoszą:
 dla mocy 25 i 40 MV∙A, ±16%, co 1,33%,
 dla mocy 6,3 - 20 MV∙A, ±10%, co 1% ±9 stopni,
 dla mocz 32,4 - 63 MV∙A, 3-uywojeniowe, ±10%, co 1,66% ±6 stopni.
Często stosowane są stopnie o skoku 1,5% (np. w NRD, ZSRR). Warto zauważyć, że skokowa regulacja
napięcia transformatorów jest przyczyną wahań napięcia w sieci i dąży się do tego, aby skok regulacji
był możliwie mały.
Stosowane są różne schematy (układy) regulacji. o wyborze schematu decyduje wiele
czynników, w tym między innymi charakter i rozmiar zmian reaktancji zwarciowej, wartość napięcia
przy próbie udarowej, a także wielkość strat mocy w uzwojeniu regulacyjnym. Przenoszenie stałej
mocy przy napięciu niższym niż znamionowe pociąga za sobą wzrost strat proporcjonalnie do zakresu
regulacji. Zdarza się zatem, że transformatory regulacyjne są tak wykonywane, iż do pewnego
poziomu napięcia (poniżej znamionowego) obowiązuje regulacja przy stałej mocy a poniżej tej
granicy - przy stałym prądzie.
Układy przełączników zaczepów pod obciążeniem muszą być tak wykonane, aby nie
powodowały zwierania zwojów lub przerw w uzwojeniach. W tym celu między przełączane styki
włączone są odpowiednie rezystancje lub reaktancje.
Podczas przerywania prądu łuk mógłby powodować zanieczyszczenie oleju, stosuje się więc
odpowiednie konstrukcje zabezpieczające przed kontaktem oleju transformatora z olejem
przełącznika zaczepów. Najczęściej przełączniki zaczepów umieszczone są w specjalnym zbiorniku z
olejem. Zbiornik ten może być umieszczony wewnątrz kadzi transformatora lub na zewnątrz. W tym
drugim wypadku może on być umocowany na stałe lub demontowany.
Umieszczenie przełącznika zaczepów na zewnątrz daje następujące korzyści:
 możliwość przeglądów i napraw przełącznika bez opróżnienia transformatora w oleju,
 możliwość zastosowania oddzielnych zabezpieczeń przełącznika zaczepów,
 brak kontaktu oleju przełącznika i transformatora oraz możliwość analizy chromatograficznej
gazowej oleju przełącznika.
Wymienione cechy dodatnie okupione są wyższymi kosztami i kłopotami z izolacją przy
wysokim poziomie izolacji i wysokich napięciach stopni.
Poszukuje się zatem nowych rozwiązań przełączników zaczepów. Znane są rozwiązania, w
których przerywanie prądu odbywa się w powietrzu (prądy przerywane do 1000 A) lub w próżni
(prądy przerywane do 2000 A, napięcie stopnia do 2 kV).
Podejmowane są w świecie próby wykorzystania tyrystorów jako elementów komutacyjnych.
Ich zastosowanie opłaca się, gdy liczba przełączeń w ciągu roku przekracza 300.000. Tyrystorowe
układy regulacji są prostsze w eksploatacji ale wrażliwe na przepięcia.
Nadal
jednak
najszersze
zastosowanie
mają
przełączniki
mechaniczne,
olejowe,
rezystancyjne, pracujące w tzw. układzie Jansena. Czas przełączania wynosi 2 okresy (0,04 s).
Maksymalnie prądy przełączania wynoszą 3000 A, maksymalne napięcie stopnia 5 kV a maksymalna
moc stopnia - 7 MV∙A.
W niektórych krajach stosowane są przełączniki dławikowe (reaktancyjne). Mają one pewne
zalety w stosunku do rezystancyjnych, jak większa pewność pracy układów stykowych, większa liczba
stopni. Mają jednak także wady: mniejszą prędkość przełączeń, większe rozmiary, dłuższy czas
palenia się łuku.
Uzwojenia z regulowaną liczbą zwojów są zazwyczaj połączone w gwiazdę i umieszczone przy
punkcie zerowym uzwojeń transformatora. Gdy transformatory mają obniżoną izolację punktu
gwiazdowego i punkt ten może być uziemiony, przełącznik gwiazdowy może być wykonany na
napięcie znacznie niższe od napięcia znamionowego transformatora.
Przełączniki zaczepów wymagają odpowiednich zabezpieczeń. Niektóre zakłócenia są
obejmowane działaniem zabezpieczeń transformatora. Stosuje się także dodatkowa układy, są to
zabezpieczenia:
 od przepięć; odgromniki, nieliniowe rezystory,
 od zakłóceń w kadzi przełącznika; dodatkowe gazowo-przepływowe,
 układy blokujące działanie przełącznika przy zbyt wysokich lub zbyt niskich napięciach, przy
przeciążeniach prądowych uzwojeń, przy zbyt niskiej temperaturze otroczenia,
 blokady i zabezpieczenia mechaniczne.
Większość zabezpieczeń przełącznika zaczepów powoduje wyłączenie transformatora.
3.1.3. Automatyczna regulacja napięcia transformatora
Automatyczna regulacja napięcia transformatora polega na zmianie położenia
przełącznika zaczepów o "n" stopniach tak, aby napięcie regulowane (np. strony dolnego napięcia
mieściło się w dopuszczalnym zakresie zmian). Realizowane jest to przez specjalne układy automatyki
regulacyjnej. Transformator jest obiektem regulacji o działaniu nieciągłym, a częstość przełączeń
przełącznika zaczepów transformatora jest ograniczona. Czynniki te decydują o pewnych
specyficznych cechach układu automatycznej regulacji napięcia transformatora. Są to regulatory:
wolnodziałające, krok po kroku, nieciągłe, nieliniowe z opóźnieniem. Własności regulacyjne
transformatorów są tym lepsze im większa jest dopuszczalna częstość przełączania. Producenci
transformatorów dopuszczają średnią częstość przełączeń poniżej 60 na dobę. W praktyce czas
między przełączeniami zmienia się w ciągu doby od kilku (5-10) minut do kilku godzin (3-5).
3.1.3.1. Wymagania stawiane układom automatycznej regulacji napięcia transformatora
Punkt wyjścia, podczas określania nastawień zaczepów, stanowią wymagania stawiane
napięciom odbiorników. Im większe odchylenia napięć na odbiornikach zostaną dopuszczone, tym
łatwiej będzie regulować napięcie.
W czasie pracy transformatora nie mogą być trwale przekraczane dopuszczalne maksymalne
wartości prądów i napięć obu uzwojeń.
Na podstawie tak sformułowanych wymagań ogólnych układom automatycznej regulacji
napięcia transformatorów stawia się następujące wymagania szczegółowe:
1. Dokładność regulacji. Strefa nieczułości, nie może być mniejsza niż wynosi napięcie między
sąsiednimi zaczepami (napięcie stopniowe). Gdyby tak było, układ byłby niestabilny,
powodowałby nieustanną zmianę zaczepów.
2. Opóźnienie działania. Regulator nie powinien reagować na chwilowe, krótkotrwałe odchylenia
napięcia, dlatego powinien działać z odpowiednim opóźnieniem. Wynika to także z troski o
właściwą eksploatację przełącznika zaczepów. Opóźnienie może być stałe lub zmieniające się.
3. Jakość regulacji. Dobrą jakość regulacji uzyskuje się dzięki uzależnieniu opóźnienia
działania od wartości odchyłki napięcia poza strefą niedziałania, całkowaniu uchybu regulacji poza
strefą niedziałania oraz wysyłaniu impulsu przełączającego wtedy, gdy całka osiągnie nastawioną
wartość.
3. Odpowiednie blokady. Układ musi być wyposażony w wiele elementów dodatkowych
uniemożliwiających jego działanie przy zbyt wysokich lub zbyt niskich napięciach i dużych
przetężeniach (np. przy zwarciach, gdy działanie układu regulacji może być szkodliwe). Warto tu
jednak zauważyć, że od lat istnieją projekty forsowania napięcia transformatora w pewnych
stanach ruchowych sieci. Gdyby je zrealizowano, wówczas rola i sposób nastawiania pewnych
członów blokujących uległaby zmianie.
4. Uniwersalność. Powinna istnieć możliwość zastosowania układu regulatora od różnych
transformatorów zainstalowanych w różnych punktach sieci, przy różnej jej konfiguracji. regulator
powinien nadawać się do wykorzystania w kompleksowych układach regulacji napięcia i mocy
biernej. Powinien umożliwiać programowane, zdalne nastawienie wielkości zadanej z
wykorzystaniem systemów cyfrowych włącznie.
Regulatory powinny zatem umożliwiać:
 - nastawienie ręczne, programowa, zdalne wartości zadanej,
 - nastawienie strefy niedziałania,
 - kształtowanie odpowiedniej charakterystyki czasowej,
 - nastawienie kompensacji prądowej,
 - nastawienie członów blokujących.
3.1.3.2 Model matematyczny układu regulacji napięcia transformatora
Blokowy schemat strukturalny układu automatycznej regulacji napięcia transformatora
przedstawiono na rys. 3.1.
Założenia uproszczające
Model matematyczny układu napięcia transformatora został opracowany na podstawie
poniższych założeń upraszczających:
 równania transformatora odnoszą się do jego ustalonej (quasi ustalonej) pracy; powolne
zmiany przekładni pozwalają na nieuwzględnianie stanu przejściowego,
 w równaniach transformatora nie uwzględnia się SEM indukowanych w uzwojeniach
transformatora przesuniętych o π/2 w stosunku do napięcia zasilającego; można
zrezygnować z zapisu równań według metody symbolicznej,
 pomija się rezystancje uzwojeń transformatora,
 transformator traktowany jest jako idealny, pomija się straty i prąd magnesujący (gałąź
poprzeczną),
 nie uwzględnia się zmiany reaktancji transformatora w funkcji zmian przekładni,
 transformator zasila sieć otwartą i nie współpracuje z generatorami jako źródłami mocy
biernej.
Równanie transformatora
Równanie transformatora wyprowadzono po zastąpieniu rzeczywistego transformatora
połączonymi szeregowo elementami idealnymi: autotransformatorem o przekładni "a" i
transformatorem o stałej znamionowej przekładni N1/N2. Wszystkie wielkości wyrażone są w
jednostkach względnych (p.u.) przy wielkościach podstawowych równych znamionowym prądom i
napięciom fazowym uzwojeń. Schemat zastępczy transformatora przedstawiono na rys 3.1.
Regulowane napięcia strony wtórnej transformatora wyraża prosta zależność
𝑈2 =
𝑈1
− 𝐼𝑄 𝑋𝑇
𝑎
𝑎 = 1 + 𝑛 𝐷𝑎
gdzie: 𝑈1 - napięcie strony pierwotnej transformatora,
𝐼𝑄 - składowa bierna prądu obciążenia transformatora,
𝑋𝑇 - reaktancja zastępcza uzwojeń transformatora,
a - przekładnia idealnego autotransformatora odwzorowującego część regulacyjną
transformatora,
n - numer stopnia zaczepu regulacyjnego,
Da - napięcie stopnia.
Rys. 3.1. Blokowy schemat strukturalny układu automatycznej regulacji napięcia transformatora
Rys. 3.2. Schemat zastępczy transformatora regulacyjnego
Ogólny algorytm regulacji
Jeżeli transformator znajduje się w dopuszczalnym obszarze pracy, to regulator utrzymuje
zadaną wartość wielkości regulowanej, w opisywanym przypadku jest to napięcie strony wtórnej U2.
Jeżeli przekroczona jest którakolwiek z dopuszczalnych wartości ograniczających zakres pracy
transformatora, to regulator jest blokowany (możliwy jest inny algorytm, np. utrzymuje się daną
graniczną wartość odpowiedniej wielkości).
Jeżeli uchyb regulacji (odchyłka napięcia od wartości zadanej) jest mniejszy niż wynosi strefa
nieczułości (może być połowa strefy nieczułości), to przełącznik zaczepów nie jest przełączany.
Jeżeli uchyb regulacji jest większy niż wynosi strefa nieczułości (lub połowa strefy
nieczułości), to przełącznik zaczepów jest przełączany po nastawionym opóźnieniu.
Opóźnienie działania regulatora może być stałe lub zmienne, zależne od wartości uchybu
regulacji. Jeżeli zakres zmian napięcia przekracza zakres regulacji zaczepowej, to utrzymywana jest
przekładnia transformatora odpowiadająca końcowym zaczepom regulacyjnym.
Struktura układu regulacji i algorytm szczegółowy
Uproszczony schemat układu regulacji napięcia transformatora przedstawiono na rys. 3.3.
Człon pomiarowy (1)
Członem mierzącym może być przekaźnik z nastawialną strefą nieczułości DB (c). DO członu
podawane jest napięcie (uchyb regulacji)
𝐷𝑈 = 𝑈2𝑟 − 𝑈2𝑘′
gdzie:
𝑈2𝑟 -
wartość zadana napięcia regulowanego, która może być stała; może się zmieniać według
określonego programu, może być ustawiona ręcznie lub zadawana zdalnie;
𝑈2𝑘 -
napięcie mierzone z uwzględnieniem kompensacji spadku napięcia w linii (liniach)
zasilanej przez transformator.
𝑈2𝑘 = 𝑈2 − 𝐼𝑃 𝑅𝑘 − 𝐼𝑄 𝑋𝑘
gdzie:
𝑅𝑘 (𝑋𝑘 ) - nastawiane wartości rezystancji (reaktancji) w układzie kompensacji.
Na wyjściu członu pomiarowego pojawia się sygnał "e" o wartościach
e= + 1 gdy
DU>DB,
e= - 1 gdy
DU<-DB,
Rys.3.3. Uproszczony schemat układu regulacji transformatora
e = 0 gdy DB≤DU≤DB,
Opóźnienie działania układu regulacji wynika z chęci uniknięcia przełączania zaczepów podczas
krótkotrwałych zmian napięcia.
Na wyjściu członu czasowego (2) pojawi się sygnał "b" w zależności od relacji czasu trwania
odchylenia napięcia, od wartości zadanej w stosunku do czasu nastawionego oraz w zależności od
wartości sygnału "e", tzn.
b= 0
𝑡 ≤ 𝑇𝑑 , przy dowolnym e,
gdy
b= + 1 gdy
𝑡 > 𝑇𝑑 i 𝑒 = −1,
b= - 1 gdy
𝑡 > 𝑇𝑑 i 𝑒 = +1.
Opóźnienie może być stałe
𝑇𝑑 = 𝑇𝑑𝑜 ,
lub zmienne, zależne od wartości odchyłki napięcia
𝑇𝑑 =
𝑇𝑑𝑜
.
𝐷𝑈
|𝐷𝐵|
Przełącznik zaczepów
Zmiana pozycji przełącznika zaczepów zależy od wartości sygnału "b", tzn.
𝑛𝑖 = 𝑛𝑖−1 + 𝑏,
gdzie: 𝑛𝑖−1 (𝑛𝑜) − początkowy numer (pozycja) przełącznika zaczepów.
Przekładnia transformatora dla i-tego kroku wynosi
𝑎1 = 1 + 𝑛𝑖 𝐷𝑎
W związku z ograniczeniem zakresu regulacji realizowanymi w członie (3) otrzymuje się
𝑎 = 𝑎1
𝑑𝑙𝑎
−𝑎𝑀1 ≤ 𝑎𝑖 < +𝑎𝑀2,
𝑎 = 𝑎𝑀1
𝑑𝑙𝑎
𝑎𝑖 > 𝑎𝑀1 ,
𝑎 = −𝑎𝑀2
𝑑𝑙𝑎
𝑎𝑖 < −𝑎𝑀2,
przy czym
𝑎𝑀1 = 1 + 𝑛𝑀1 𝐷𝑎 ,
𝑎𝑀2 = 1 − 𝑛𝑀2 𝐷𝑎 ,
gdzie: 𝑛𝑀1 − największy numer odczepu w kierunku zwiększania przekładni,
𝑛𝑀2 − największy numer odczepu w kierunku zwiększania przekładni;
często 𝑛𝑀1 = 𝑛𝑀2 .
3.2 Przegląd konstrukcji regulatorów napięcia transformatora.
Układy automatycznej regulacji napięcia transformatora były dawniej regulatorami
elektromechanicznymi.
Potem
do
budowy
tych
regulatorów
wykorzystywano
elementy
magnetyczne-transduktory. Obecnie produkowane są regulatory elektroniczne na elementach
scalonych. W kraju regulatory opracowywane są od lat w Instytucie Automatyki Systemów
Energetycznych Oddział w Gdańsku.
Chętnie stosowanym regulatorem, produkowanym w Zakładzie Remontowym Energetyki w
Gdańsku jest regulator typu RNTH-3, przeznaczony do utrzymywania stałego poziomu napięcia w
sieci za pomocą transformatora regulacyjnego z przełącznikiem zaczepów pod obciążeniem.
Regulator zawiera następujące elementy:
 przełącznik rodzaju pracy (ręczna, wewnętrzne programowanie, zdalne programowanie),
 nastawnik poziomu napięcia,
 układ pomiarowy,
 układ kompensacji prądowej,
 nastawnik strefy niedziałania,
 układ opóźnienia działania,
 układ blokad napięciowych,
 układ zasilający.
Schemat ideowy regulatora przedstawiono na rys. 3.4.
Nastawnik poziomu napięcia składa się z transformatora (3), dwóch par przełączników: (1),
(2) dla poziomu dziennego i (18),(27) dla poziomu nocnego oraz przekaźnika (36) przełączającego
regulator na poziom dzienny lub nocny. Zmiany nastawionego poziomu napięcia dokonuje się
pokrętłami wymienionych przełączników. Napięcie wyjściowe z nastawnika doprowadzone jest do
układu pomiarowego, który składa się z mostka prostowniczego i mostka pomiarowego. W skład
mostka pomiarowego wchodzą dwie Diody Zenera oraz dwa rezystory. Wytworzona w układzie
pomiarowym odchyłka napięcia jest wzmacniana we wzmacniaczu wstępnym (1OS1) o wzmocnieniu
nastawianym dzielnikiem napięcia. Zmieniając przełącznikiem (19) odczepy na rezystorze dzielnika
napięcia zmienia się nastawienie strefy niedziałania regulatora (DB).
Wzrost odchyłki napięcia do wartości, przy której następuje nasycenie wzmacniacza
wstępnego, oznacza osiągnięcie granicy strefy niedziałania. przy napięciu nasycenia tego
wzmacniacza następuje zmiana charakteru pracy układu opóźnienia działania z inercyjnego na
całkujący. Zasadniczym elementem układu opóźniającego jest wzmacniacz końcowy (2OS2).
Wspomniana zamiana charakteru pracy układu dokonuje się za pomocą styku kontaktronu Z2, który
powoduje wyłączenie odpowiedniego rezystora (R5) z pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. W
pętli tej pozostaje kondensator, toteż przy odchyłce napięcia większej niż strefa niedziałania
wzmacniacz końcowy (2OS2) pracuje jako integrator. Gdy jego napięcie wyjściowe osiąga wartość
progową, określoną układami (40) i (41), wówczas następuje wygenerowanie impulsu powodującego
zadziałanie przekaźników wyjściowych podwyższania napięcia (23) lub obniżania napięcia (24),
równocześnie zapala się jedna z żarówek "wyżej" lub "niżej" na płycie czołowej regulatora. Zależność
czasu opóźnienia działania regulatora od wielkości odchyłki napięcia poza strefę niedziałania podano
na rys. 3.5. Na rysunku Ԑ oznacza strefę niedziałania (DB). Czas opóźnienia podawany jest dla odchyłki
Rys. 3.4. Schemat ideowy regulatora RNTH-3
napięcia 0,25% poza strefą niedziałania.
Rys. 3.5. Charakterystyki czasowe regulatora RNTH-3
Impuls sterujący przełącznikiem zaczepów trwa tak długo, aż nastąpi zadziałanie przełącznika
zaczepów. W chwili zadziałania następuje zwarcie zestyku pomocniczego w mechanizmie napędu, co
powoduje zadziałanie przekaźnika (29) i rozładowanie jego stykiem (2OZ1) kondensatora w układzie
opóźnienia działania. Zadziałanie układu wyjściowego powtarza się aż do momentu, gdy odchyłka
napięcia zostanie wprowadzona do strefy niedziałania.
W skład regulatora wchodzi układ kompensacji prądowej. Jest on stosowany w celu
uzależnienia wartości napięcia regulowanego od obciążenia biernego i czynnego. W skład układu
wchodzi przekładnik prądowy (11), dławik kompensacji (15) i rezystor kompensacji (14). Podczas
przepływu prądu o wartości 0,25 A (5 A w uzwojeniu wtórnym przekładnika (11)) przez uzwojenie
pierwotne dławika, występuje na nim spadek napięcia o wartości 11 V.
Zaczepy dławika i rezystora oraz przełączniki segmentowe umożliwiają nastawienie poziomu
kompensacji na reaktancji i na rezystancji od zera do ±11 % co 1%.
Regulator zawiera także układy blokad napięciowych, blokujących jego działanie przy zbyt
niskich lub zbyt wysokich napięciach. Układ zawiera transformator (4), układ diod, potencjometry
nastawcze progów działania (8 U<) i (9 U>) oraz układ przerzutników (42).
Ważniejsze dane techniczne regulatora są następujące:
Zakres nastawy poziomu napięcia
±15%, co 1%,
Zakres nastawy strefy niedziałania
1-6%, co 0,5%,
Zakres nastawy opóźnienia
1-4 min., co 1 min dla odchyłki 0,25% poza strefą
niedziałania,
Zakres nastawy blokady nadnapięciowej
1,05-1,20 𝑈𝑛 ,
Zakres nastawy blokady podnapięciowej
0,80-0,95 𝑈𝑛 ,
Kompensacja prądowa
±𝑋𝑘 = 0 − 11%, ± 𝑅𝑘 = 0 − 11%, co 1%,
Dokładność regulacji
1%.
3.4. Badanie regulatora RNTH-3
Rys.3.6. Uproszczony schemat powiazan elementów układu regulacji napiecia transformatora i
schemat układu pomiarowego do badania regulatora.
Rys. 3.7. Widok płyty w nadstawce stołu laboratoryjnego (regulacja napiecia transformatora)
Program ćwiczenia:
1. Sprawdzenie zgodności połączeń układu pomiarowego ze schematem,
2. Sprawdzenie poprawności działania regulatora
a) Sprawdzenie zachowania się regulatora po podaniu napięcia znamionowego na wejście
pomiarowe
- Nastawić za pomocą autotransformatora At1 wartość napięcia U1=100 V,
- Za pomocą autotransformatora At2 nastawić napięcie U2=100 V,
- Nastawić minimalne opóznienie działania regulatora i minimalna strefę nie działania,
- Nastawić zerową wartość kompensacji prądowej (dla R i X wcisnięte klawisze 1 i 7 – zgodnie z
tabelką zamieszczoną na płycie regulatora)
- Załaczyć regulator do pracy (przełącznik Pł w poz. 1) i w razie potrzeby skorygować wartość
napięcia (patrz uwagi),
- Ocenić zachowanie się regulatora porównujac z oczekiwanym jego zachowaniem w takich
warunkach,
b) Jak w p. a), ale bezpośrednio po załaczeniu regulatora doregulować wartości napieć: U1=100V i
U2=100 V przy zerowej pozycji przełącznika zaczepów. Ocenić zachowanie się regulatora
porównując z oczekiwanym jego zachowaniem w takich warunkach,
c) Nastawić warunki jak w p. a), po czym obniżyć napięcie U1 do wartości 90V. Ocenić
zachowanie się regulatora porównując z oczekiwanym jego zachowaniem w takich warunkach,
d) Powtórzyć badania wg p. c) przy ustawieniu strefy nie działania regulatora na maksimum.
Porównać zachowanie się regulatora w tym przypadku z jego zachowaniem się przy strefie nie
działania ustawionej na minimum,
e) Nastawić warunki jak w p. a) (strefę nie działania ponownie ustawić na minimum), po czym
napięcie U2 obniżyć do 0 V a napięcie U1=90 V. Następnie podnosić powoli napięcie U2 od 0
aż do wartości maksymalnej obserwując zachowanie się regulatora. Powtórzyc ten punkt przy
napięciu U2 zmienianym od wartości maksymalnej do 0V. Zinterpretować wyniki badań i
wyjaśnic role obwodów regulatora zasilanych z AT2.
f) Ocenić zakres działania blokady napięciowej regulatora,
g) Sprawdzić kierunek działania regulatora i ocenić strefę nie działania. W tym celu nastawić strefę
nie działania na wartość 6%, na AT1 i AT2 nastawić 100 V i następnie powoli podwyższać
napięcie obwodu pomiarowego, a pózniej obniżać. Ocenić kierunek działania regulatora i
oszacować wartość strefy nie działania.
h) Sprawdzenie układu kompensacji prądowej.
Nastawić strefę nie działania na 1.5% . Za pomocą autotransformatorów odtworzyć znamionowe
warunki pracy transformatora, pamietając na poczatku próby o sprowadzeniu regulatora do
równowagi. Nastawić maksymalną kompensację prądową (dla R i X wciśnięte klawisze 1 i 12).
Ocenić wpływ układu kompensacji prądowej na efekt działania regulatora i ocenic poprawność
działania tego układu.
i) Powtórzyć p. h) dla kompensacji ustawionej przez wciśnięcie klawiszy 6 i 7. Ocenić wyniki.
j) Powtórzyć p. i) przy biegu jałowym transformatora. Ocenić wyniki.
Uwagi:
- Podczas każdej próby zwracać uwagę na to, aby początkowa wartość napięcia (przed działaniem
regulatora) nastawionego w obwodzie pomiarowym regulatora (autotransformator AT1) odpowiadała
zerowemu położeniu przełącznika zaczepów (regulator sprowadza się do równowagi za pomoca
przycisku ‘NORMOWANIE’),
- Dla każdej próby należy w sprawozdaniu zamieścić opis sposobu działania regulatora z uwzglednieniem
wyników odpowiednich pomiarów i stanów przełącznika zaczepów.