Regulacja napięcia w transformatorach rozdzielczych sieci nn
Z dużym nasyceniem OZE oraz niesymetrycznych odbiorników jednofazowych
Kompensacja asymetrii prądów i napięć
Rozwój sieci elektroenergetycznej w obecnych czasach jest bardzo dynamiczny i wiąże się z wprowadzaniem dużej ilości odnawialnych źródeł energii. Dynamika rozwoju zapotrzebowania została opisana w [1], gdzie wykazano, jak kształtuje się i jak będzie się kształtował ten rynek w przyszłości. W artykule ograniczono się do zagadnienia zasilania odbiorników przyłączonych do sieci nn, które zasilane są przez transformatory SN/nn. Do sieci tych przyłączane są układy fotowoltaiczne. Brak dopasowania generatora PV do sieci powoduje odłączenie falownika.
Zobacz także
dr inż. Karol Kuczyński Transformatory rozdzielcze – czynniki wpływające na ograniczenie strat
Transformatory rozdzielcze SN/nn stanowią najliczniejszą grupę jednostek transformatorowych w polskim systemie elektroenergetycznym. Transformatory energetyczne to urządzenia elektryczne przeznaczone do...
Transformatory rozdzielcze SN/nn stanowią najliczniejszą grupę jednostek transformatorowych w polskim systemie elektroenergetycznym. Transformatory energetyczne to urządzenia elektryczne przeznaczone do przetwarzania energii elektrycznej o określonym napięciu na energię elektryczną o innym lub takim samym napięciu.
Farnell Projekty w trudnych warunkach przemysłowych
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe...
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe tylko wtedy, gdy wszystkie komponenty przetrwają w trudnym środowisku. Systemy muszą wytrzymywać gorące, wilgotne i trudne warunki oraz niszczące pola elektryczne i magnetyczne. Specyficzne warunki środowiskowe, w których produkt jest używany, wpływają na jego specyfikacje. Takie specyfikacje należy...
dr inż. Karol Kuczyński Ograniczenie strat w transformatorach rozdzielczych – co możemy jeszcze zrobić?
Straty w sieci energetycznej różnią się znacznie w poszczególnych krajach na całym świecie. Liczby wahają się od mniej niż 4% do ponad 20%. W większości krajów daje to możliwość znacznych oszczędności....
Straty w sieci energetycznej różnią się znacznie w poszczególnych krajach na całym świecie. Liczby wahają się od mniej niż 4% do ponad 20%. W większości krajów daje to możliwość znacznych oszczędności. Transformatory rozdzielcze są wykorzystywane do przekształcania energii elektrycznej ze średniego napięcia – poziomu, na którym energia jest przesyłana lokalnie i dostarczana do wielu odbiorców przemysłowych – do poziomu niskiego napięcia – zazwyczaj wykorzystywanego przez konsumentów indywidualnych...
Na podstawie opracowań, w tym literatury krajowej i światowej, wiadomo, że obecnie metoda regulacji napięcia w transformatorach rozdzielczych SN/nn bazuje na mechanicznym podobciążeniowym przełączniku zaczepów (od strony GN i DN). Zakres regulacji napięcia przełączników po stronie GN, w zależności od konstrukcji, to ±10% w maksymalnie 9 krokach. W przypadku regulacji po stronie DN, zakres regulacji wynosi 3 kroki – dla obecnie stosowanych rozwiązań, lub znacznie więcej, dla rozwiązania proponowanego przez autora, a opisanego w między innymi w publikacjach [10, 11].
Istnieją także projekty dla transformatorów z regulacją po stronie GN, w których zamiast przełącznika mechanicznego, stosuje się łączniki energoelektroniczne, w których wybierak, lub wybierak i przełącznik mocy, są zastąpione przez zawory półprzewodnikowe [2]. Problemem tego typu rozwiązań jest zastosowanie przełącznika do transformatora suchego. Istnieją rozwiązania regulacji napięcia pod obciążeniem dla transformatorów rozdzielczych SN/nn suchych, jednak wymaga to dobudowania do transformatora specjalnej szafy z podobciążeniowym przełącznikiem zaczepów. Jest to rozwiązanie drogie i wymaga sporo dodatkowego miejsca. Rozwiązania oparte o podobciążeniowy przełącznik zaczepów mają ograniczenie w postaci zakresu regulacji (klasyczne rozwiązanie to 5 pozycji, bardziej rozbudowane to 9), oraz powodują zwiększenie strat. Taki zakres regulacji jest wystarczający, jeśli w sieci nn nie ma dodatkowych źródeł energii (np. fotowoltaiką, wiatraki itp.). Dodatkowo, w przypadku występowania w sieci nn źródeł jednofazowych, takich jak przydomowe ładowarki samochodowe, powstają asymetrie napięcia fazowego i międzyfazowego, których kompensacja jest utrudniona.
W artykule
|
Streszczenie W artykule omówiono zagadnienia związane z sieciami nn zawierającymi duże nasycenie odnawialnych źródeł energii oraz jednofazowych odbiorników generujących zakłócenia związane z wahaniami napięcia oraz asymetriami fazowymi. Omówiono regulację napięcia za pomocą podobciążeniowych przełączników mocy, układów stycznikowych oraz układów przekształtnikowych. Omówiono sposoby kompensowania zakłóceń w postaci asymetrii fazowej i międzyfazowej, w postaci transformatora symetryzującego oraz projektowanego obecnie przekształtnikowego układu regulacji napięcia. |
Abstract Voltage regulation in transformers LV distribution networks with high saturation of renewable energy sources (RES) and unbalanced single-phase receivers The article discusses issues related to networks LV containing high saturation of renewable energy energy sources and single-phase generating receivers disturbances related to voltage fluctuations and phase asymmetries. Regulation is discussed voltage via on-load switches power, contactor systems and converter systems. Compensation methods are discussed disturbances in the form of phase and interfacial asymmetry, in the form of a balancing transformer and currently designed converter system voltage regulation. |
Prosumencka sieć nn charakteryzuje się odbiornikami, które wprowadzają duże wahania napięcia. Wahania takie są niedopuszczalne, z uwagi na wartości znamionowe napięć odbiorników. Źródła dostarczające energię do sieci – przede wszystkim panele fotowoltaiczne, ale również wiatraki, produkują energię tylko w sprzyjających okolicznościach, (wyłącznie w dzień, gdy jest odpowiednie nasłonecznienie – fotowoltaiką, gdy wieje wiatr – wiatraki). Nie da się określić, jaka będzie ilość wytwarzanej energii w cyklu dobowym, szczególnie że producenci mogą energię wykorzystywać na swoje potrzeby, a do sieci dostarczać nadwyżkę. Odbiorniki pobierające energię z sieci, to poza domami, galeriami handlowymi, także prężnie rozwijające się stacje ładowania samochodów oraz przydomowe ładowarki jednofazowe. Stacje ładowania samochodów są budowane na stacjach benzynowych, galeriach handlowych itp. Każda z takich ładowarek to od kilkunastu kW do nawet 50 kW (są rozwiązania w innych krajach UE, w których moc pojedynczej ładowarki dochodzi do 100 kW). Wprowadzają one do sieci poza zakłóceniami harmonicznymi, również wahania napięcia. Innym problemem są ładowarki tzw. przydomowe, o mocy do 3,5 kW, którymi samochody są ładowane przez całą noc. Odbiorniki takie, z racji jednofazowej konstrukcji, wprowadzają znaczną asymetrię w napięciach dla poszczególnych faz sieci. Jak podają publikacje PTPIREE [3] i Ensto [4], rozwój elektromobilności w krajach UE jest i będzie bardzo dynamiczny w najbliższych latach. Jak podaje literatura, asymetrię obciążenia poszczególnych faz można ograniczać poprzez zastosowanie specjalnych transformatorów symetryzujących [4], włączanych pomiędzy stroną DN transformatora rozdzielczego a odbiornikami. Wymaga to jednak zmiany infrastruktury sieci – np. dodatkowych rozdzielni.
Analizując dobowe średnie obciążenie w sieci nn [5], okazuje się, że obciążenie narasta w okresie dobowym, z trzema maksymalnymi wartościami około godziny 9, później rośnie nadal do ok. 13, a następnie wzrasta do maksimum około godziny 20. Taki stan obciążenia jest bardzo trudno skompensować lub wręcz jest to niemożliwe (zważywszy na zakres regulacji obecnie produkowanych transformatorów i ich układów regulacji napięcia pod obciążeniem). Wiele transformatorów SN/nn jest wyposażona w bezobciążeniowe przełączniki napięcia (transformatory olejowe) lub mają odczepy regulacyjne po stronie GN (transformatory suche), które co prawda umożliwiają regulację napięcia, jednak wymaga to wyłączenia transformatora z eksploatacji na czas zmiany zaczepu. Jest to poważny problem logistyczny dla obsługi stacji, gdyż każdorazowo wymaga to przyjazdu obsługi na daną stację czy rozdzielnię, aby zmienić zaczep transformatora. Taka sytuacja z punktu widzenia regulacji napięcia jest niedopuszczalna, gdyż poza sporymi kosztami związanymi z regulacja napięcia, nie zapewnia żadnej wystarczającej dynamiki utrzymania stałej wartości napięcia w sieci nn.
Istnieje inna koncepcja rozwiązania problemu wahań napięcia w sieci zawierającej źródła rozproszone polegająca na wpływaniu na parametry mocy wydawanej przez same źródła. Polega to na zdalnym sterowaniu układami przekształtnikowymi wprowadzającymi moc do sieci nn. Odpowiednio zmienia się parametry napięcia, tak aby źródło nie powodowało jego znaczącego zwiększenia. Takie rozwiązanie w naturalny sposób zmniejsza udział źródeł odnawialnych w całkowitym bilansie energii sieci nn.
W dalszej części artykułu omówiona zostanie regulacja napięcia w sieci nn poprzez transformatory z regulacją napięcia pod obciążeniem.
Regulacja napięcia w transformatorach rozdzielczych wyposażonych w podobciążeniowy przełącznik zaczepów
Transformatory rozdzielcze (grupa III i IV) wg [6] stanowią największą grupę transformatorów, znaczącą w systemie energetycznym pod względem łącznej mocy znamionowej. Jednak nie zapewniają one możliwości regulacji napięcia pod obciążeniem, gdyż wyposażone są w przełączniki bezobciążeniowe, które w celu zmiany wartości napięcia, wymagają każdorazowego odłączenia jednostki z zasilania. Alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie transformatora rozdzielczego wyposażonego w podobciążeniowy przełącznik zaczepów. Regulacja napięcia w takim transformatorze jest realizowana podobnie jak w transformatorze z beznapięciowym przełącznikiem zaczepów, jednak dzięki odpowiedniej konstrukcji przełącznika [8] można ją realizować bez odłączania transformatora z sieci.
Istnieje kilka rozwiązań firmowych przełączników napięcia pod obciążeniem. Wszystkie one bazują na włączaniu, w czasie przełączania zaczepów, w obwód przełączanych uzwojeń rezystancji [7, 8]. Zadaniem rezystancji R jest eliminacja przepięć w trakcie procesu przełączania poprzez zapewnienie ciągłości prądu w uzwojeniu. Na rysunku 1. przedstawiono schemat elektryczny przełącznika zaczepów umożliwiającego regulację napięcia strony GN pod obciążeniem.
Przełącznik zaczepów każdej fazy uzwojenia, przedstawiony na rysunku 1., składa się z trzech sprzężonych mechanicznych łączników: K, K1, K2. Łącznik K ma styki wydłużone tak, że przy przełączaniu zaczepu stale łączy koniec faz uzwojenia A, B, C z punktem „0”. Zmieniając zaczep uzwojenia łącznik K styka się kolejno: pozycja wyjściowa zacisk „a”, zaciski „a-b”, „b-c” i „c-d” i pozycja końcowa zacisk „d”. Zmiana położenia łącznika K z zacisku „a” na „d” zachodzi w czasie kilkudziesięciu milisekund, a więc bardzo szybko. Położenie łącznika K na zacisku „a” bądź „d” jest położeniem stałym po zmianie zaczepu transformatora.
Zastosowanie podobciążeniowego przełącznika zaczepów, w transformatorze rozdzielczym stwarza kilka problemów:
a) jest on umieszczony wewnątrz kadzi transformatora (zazwyczaj nad rdzeniem), zatem transformator taki jest wyższy;
b) proces przełączania zaczepów powoduje palenie się łuku na łącznikach K, K1 i K2 w trakcie procesu przełączania – co skutkuje degradacją oleju oraz styków łączników;
c) przełącznik wymaga przeglądów okresowych, a jego awaria powoduje konieczność otwarcia transformatora, co wpływa na stan układu izolacyjnego.
d) koszt transformatora z klasycznym podobciążeniowym przełącznikiem jest większy w porównaniu do transformatora bez regulacji lub z regulacją beznapięciową.
Ograniczenia związane z punktami b i c rozwiązuje się obecnie poprzez zastosowanie próżniowych komór gaszących łuk. Dzięki takiemu rozwiązaniu, styki ruchome, a co za tym idzie łuk w trakcie procesu przełączania, nie mają bezpośredniej styczności z olejem. Rozwiązania takie proponują firmy MR Reinhausen oraz Ormazabal. Dzięki nim trwałość podobciążeniowych przełączników zaczepów jest porównywalna z trwałością transformatora. Problemem jest jednak cena takiego rozwiązania.
Stycznikowa regulacja napięcia w transformatorach rozdzielczych
Zastosowanie do regulacji napięcia pod obciążeniem układu stycznikowego w znaczący sposób eliminuje szereg niedogodności związanych z kosztami i eksploatacją obecnie stosowanych przełączników podobciążeniowych. W tym rozwiązaniu zespół regulacyjny znajduje się na zewnątrz transformatora, dzięki czemu nie ma konieczności wyjmowania z kadzi części aktywnej, zarówno w trakcie przeglądów, jak i w przypadku awarii. Koszt samego elementu wykonawczego, a co za tym idzie całego transformatora, jest znacznie niższy, ewentualne naprawy są również tańsze (wymiana pojedynczego stycznika). Układ montowany jest z boku kadzi, dzięki czemu nie rośnie wysokość transformatora [10].
Rys. 5. Uzwojenie regulacyjne połączone w gwiazdę, transformator dodatkowy jest zasilany napięciem wtórnym, a napięcie pierwotne jest regulowane rys. T. Mnich
Schemat takiego układu, będącego pewną modyfikacją układu przedstawionego na rysunku 1., jest przedstawiony na rysunku 4. Różnica polega na tym, że regulacja realizowana jest po stronie DN. Układ ma cztery zaczepy. Liczba zaczepów może być większa lub mniejsza. Każdemu zaczepowi są przyporządkowane dwa styczniki. Jeden stycznik włącza rezystory, a drugi stycznik na tym samym zaczepie je zwiera. Załóżmy, że transformator pracuje na zaczepie „2” i należy przełączyć go na zaczep „3”. Sekwencja działania styczników jest następująca: włączamy S4, wyłączamy S3, włączamy S6, wyłączamy S4, włączamy S5, wyłączamy S6. Działania te powodują:
a) załączenie stycznika S4 i wyłączenie stycznika S3 powoduje zwarcie zaczepów „2” rezystorami,
b) załączenie stycznika S6 zwiera zaczepy „3” rezystancją,
c) wyłączenie stycznika S4 i załączenie stycznika S5 powoduje zwarcie zaczepów „3”,
d) wyłączenie stycznika S6 kończy operację zmiany zaczepu.
Zachowując podaną sekwencję załączania i wyłączania styczników można przełączać zaczep na dowolny inny zaczep. Cała operacja przełączenia zaczepów powinna trwać możliwie krótko, nie dłużej niż 1s. Włączanie rezystancji zabezpiecza ciągłość przepływu prądu i niweluje przepięcia łączeniowe.
Rozwiązanie to zapewnia podobne możliwości do obecnie stosowanych transformatorów rozdzielczych z regulacją napięcia pod obciążeniem, jedną z jego zalet jest to, że zakres regulacji może być znacznie szerszy. Należy jednak zaznaczyć, że ograniczeniem tego typu konstrukcji jest fakt, że zaczepy regulacyjne należy wyprowadzić na zewnątrz transformatora, co nieco zwiększa koszty produkcji. Jednak z uwagi na to, że regulacja jest po stronie niskiego napięcia, nie nastręcza to trudności technicznych, szczególnie pod względem izolacyjnym.
Alternatywnym rozwiązaniem do przedstawionego na rysunku 4. jest to, w którym w jednej kadzi umieszcza się, oprócz transformatora głównego Tr, dodatkowy transformator, zwany transformatorem dodawczym.
Transformator dodatkowy Td ma uzwojenie pierwotne podzielone na dwie identyczne sekcje 1 i 2, a uzwojenie wtórne 3 jest włączone w obwód uzwojenia pierwotnego 4 transformatora głównego Tr. Regulacja napięcia wyjściowego transformatora głównego Tr, odbywa się poprzez przełączanie sekcji 1 i 2 uzwojenia pierwotnego transformatora Td. Sekcje 1 i 2 są łączone szeregowo bądź równolegle i są zasilane z uzwojenia wtórnego 5 transformatora głównego Tr. Odpowiednie dopasowanie liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego transformatora Td umożliwia kilkakrotne zmniejszenie prądu w przełączanym uzwojeniu transformatora Td w stosunku do prądu w uzwojeniu transformatora Tr. W uzwojeniach transformatora głównego Tr nie ma żadnych przełączeń i w czasie przełączania nie zakłóca się napięcie u odbiorców.
Układy tego typu mogą mieć uzwojenia łączone na wiele sposobów. Pełny opis rozwiązania zawarto w [10, 11].
Koncepcja transformatora wraz ze sposobem regulacji napięcia, w której regulację napięcia realizowano poprzez układ stycznikowy została już wykonana i była przedmiotem badań laboratoryjnych. Jest to transformator rozdzielczy 470 kVA. Rozwiązanie to jest objęte trzema przyznanymi patentami (P.426587, P.426589, P.433683) oraz dwoma zgłoszonymi (433684, P.426640), a także trzema wnioskami racjonalizatorskimi. Autor artykułu jest współautorem patentów oraz wniosków.
Omówione powyżej metody regulacji napięcia w sieciach nn, w których występują wahania napięcia, związane z pracą podłączonych do nich źródeł odnawialnych oraz odbiorników jednofazowych, takich jak samochodowe ładowarki przydomowe, rozwiązują jedynie problem wahań napięcia. Kolejnym problemem, który istnieje w takich sieciach, jest asymetria napięć fazowych i międzyfazowych. Tego problemu nie da się rozwiązać poprzez zastosowanie transformatora z podobciążeniową regulacją napięcia. Wymaga to odpowiedniej konstrukcji uzwojenia DN które musi być połączone w zygzak. Transformatory z takimi uzwojeniami co prawda kompensują asymetrie obciążenia, jednak są znacznie droższe oraz dodatkowo, w trakcie normalnej pracy ich obwody magnetyczne nie są w pełni wykorzystane. Alternatywą do wymiany istniejącego transformatora rozdzielczego na taki, w którym uzwojenie DN jest połączone w zygzak, jest umieszczenie w linii nn tzw. transformatora symetryzującego.
Kompensacja asymetrii napięcia w sieciach nn – transformator symetryzujący
W ostatnich latach nastąpił gwałtowny wzrost problemów z utrzymaniem prawidłowych parametrów napięcia zasilającego w sieciach nn, takich jak poziomy i asymetria napięć fazowych, zapady napięcia, migotanie światła, udział wyższych harmonicznych. Jednym ze sposobów kompensacji asymetrii prądów i napięć w sieciach nn zasilających jednofazowe odbiorniki i odnawialne źródła energii jest zainstalowanie pomiędzy dolną stroną transformatora rozdzielczego a odbiornikiem (grupą odbiorników) tzw. transformatora symetryzującego. Transformator symetryzujący jest to trójfazowy transformator o układzie połączeń uzwojeń w zygzak, który przyłącza się równolegle w wybranym miejscu sieci [12, 13]. Na rysunku 6. przedstawiono miejsce włączenia transformatora symetryzującego w sieci nn, oraz metodę kompensacji asymetrii prądów i napięć.
Rys. 6. Kompensacja asymetrii prądów i napięć za pomocą transformatora symetryzującego: a) włączenie w układ transformatora, gwiazda napięć przed włączeniem transformatora symetryzującego b) oraz po włączeniu c) [12]
Rozwiązanie takie nie wymaga instalowania w transformatorze przełącznika zaczepów, jednak wymaga dodatkowego transformatora który jest instalowany w dodatkowej rozdzielni, lub na słupie, jeśli infrastruktura sieci dopuszcza taką możliwość. Podnosi to koszty instalacji nn.
Omówione powyżej sposoby regulacji napięcia w sieciach SN/nn są znane od dawna, posiadają jednak szereg wad, z których najważniejszymi są – brak możliwości jedoczesnego regulowania wahaniami napięcia oraz kompensacji asymetrii prądów i napięć. Innym problemem, jest fakt, że regulacja napięcia poprzez podobciążeniowy przełącznik napięcia jest stopniowa, nie płynna. Dynamika regulacji napięcia jest uzależniona od czasu działania podobciążeniowego przełącznika zaczepów. Poniżej zostanie zaprezentowane rozwiązanie, które w chwili obecnej jest przedmiotem badań m.in. autora artykułu. Rozwiązanie jest pozbawione ograniczeń, rozwiązuje oba problemy związane z napięciem sieci nn kompleksowo.
Innowacyjny i w pełni automatyczny system regulacji napięcia w sieciach niskiego napięcia
Zaproponowane rozwiązanie jest obecnie na etapie projektowania. Założeniem jest układ składający się z transformatora głównego i dodawczego, którego ogólną strukturę przedstawiono na rysunku 7.
Rys. 7. Przekształtnikowy układ regulacji napięcia w obwodzie uzwojenia wtórnego transformatora dodawczego [10]
Jednym z zasadniczych elementów proponowanego systemu jest przekształtnik energoelektroniczny 4, pozwalający na zasilanie uzwojeń strony wtórnej transformatora dodawczego 2. Uzwojenie wtórne transformatora regulacyjnego 1 połączone jest od strony GN z uzwojeniem pierwotnym transformatora dodawczego. Uzwojenia wtórne transformatora regulacyjnego 1 i dodawczego 2 są połączone ze sobą poprzez przekształtnik. Przekształtnik musi pozwalać na dwukierunkowy przepływ energii elektrycznej oraz niezależną regulację w poszczególnych fazach. Biorąc pod uwagę fakt, że cały układ będzie przeznaczony do zasilania sieci nn i musi być wyposażony w przewód neutralny, przekształtnik musi mieć odpowiednią konstrukcję. Kolejnym elementem wyposażenia przekształtnika muszą być pasywne filtry: wejściowy i wyjściowy, które pozwolą na uzyskanie napięć quasi-sinusoidalnych o odpowiednio niskim współczynniku THDu. Niedopuszczalne byłoby bowiem zasilanie napięciem prostokątnym zmodulowanym, jakie generuje typowy falownik, sieci niskiego napięcia. Rozważane będą układy z podwójnym falownikiem 4-gałęziowym i zespoły falowników 1-fazowych mostkowych o odpowiedniej konfiguracji. Możliwe jest też przeanalizowanie zastosowania falowników 3-poziomowych, bowiem może mieć to pozytywny wpływ na redukcję elementów (w tym gabarytów) w pasywnych filtrach: wejściowym i wyjściowym przekształtnika w stosunku do rozwiązań klasycznych falowników. Z jednej strony przekształtnik ma spełniać wymogi techniczne wcześniej przedstawione, z drugiej, jego konstrukcja musi być optymalna nie tylko pod względem funkcjonalnym, ale także ekonomicznym. Zbyt skomplikowana topologia spowodować musi podniesienie kosztów, a w ten sposób może doprowadzić do niepowodzenia projektu, produkt nie będzie bowiem konkurencyjny. Podstawą analizy topologii przekształtników przeznaczonych do niniejszego projektu będą układy UPFC (unified power flow controller) i pokrewne, znane z literatury tematu [14].
Podsumowanie
Problemy związane z zapewnieniem odpowiednich parametrów napięcia w sieciach nn są obecnie tematem, który stara się rozwiązać wiele spółek energetycznych, prowadzących ich eksploatację. Istotne są tutaj problemy, jakie powstają w przypadku, gdy do sieci nn podłączane są źródła energii, promowane w ostatnich latach jako alternatywne, odnawialne. Są nimi przede wszystkim przydomowe instalacje fotowoltaiczne oraz wiatraki. Ich wpływ na sieć bywa znaczący, z uwagi na ich ilość oraz fakt, że nie da się przewidzieć, w cyklu dobowym, ile energii wyprodukują. Rodzi to problemy głównie z poziomem napięcia w sieci, który jest obecnie regulowany za pomocą transformatorów rozdzielczych wyposażonych w bezobciążeniowe i podobciążeniowe przełączniki mocy. Koszt takich rozwiązań jest znaczny, z wielu względów, między innymi z braku konkurencji na rynku, która oferowałaby takie jednostki. Innym problemem, który obecnie się ujawnia, jest asymetria napięcia i prądu pomiędzy poszczególnymi fazami, spowodowana włączaniem do sieci nn jednofazowych źródeł napięcia, o mocy około 3 do 4 kW, pracujących dorywczo, często w nocy. Kompensacja tego typu asymetrii jest niemożliwa poprzez podobciążeniowe przełączniki mocy. Transformatory symetryzujące, które problem ten rozwiązują lub ograniczają, stanowią dodatkowe koszty związane z infrastrukturą sieci, oraz nie zawsze jest możliwe ich zastosowanie. Omówione w artykule zagadnienia przedstawiają rozwiązania poszczególnych problemów jednak zaproponowana koncepcja układu, który obecnie jest na etapie projektowania, daje nadzieję na kompleksowe ich rozwiązanie. Regulacja napięcia bazuje na falowniku dwustronnym AC/DC/AC i transformatorze dodawczym. Falownik jest połączony w uzwojeniem wtórnym transformatora głównego, a wyjście falownika jest połączone z uzwojeniem pierwotnym transformatora dodawczego. Uzwojenie wtórne transformatora dodawczego jest włączone w obwód uzwojenia pierwotnego transformatora głównego. Falownik jest sterowany z układu mikroprocesorowego i zapewnia ciągłą regulację (stabilizację) napięcia transformatora. Transformator główny i transformator dodawczy są umieszczone we wspólnej kadzi olejowej, a łączniki w oddzielnej skrzynce przymocowanej do kadzi. Układ nie ma styków i można go aplikować do każdego transformatora, nie ma żadnych ograniczeń co do mocy i napięć transformatorów.
Literatura
[1] https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html
[2] Jawad Faiz, Behzad Siahkolah „Electric Tap-changer for Distribution Transformers” wyd. Springer 2011 ISSN 1612-1287
[3] Paweł Kłys, Witold Sobczak, Przemysław Szczepanik “Problemy zmienności napięcia w sieciach SN spowodowane integracją rozproszonych, odnawialnych źródeł energii oraz sposoby ich rozwiązywania” Międzynarodowa Konferencja Transformator ’15 Gdańsk, 12-14 maja 2015 r. str. 125-135.
[4] Marek Ozorowski, Roman Jałoza „Poprawa parametrów jakościowych sieci zasilającej nn z dużym nasyceniem mikroinstalacji PV i stacji ładowania EVC” Wiadomości Elektrotechniczne 05/2020 str. 15-
[5] Jorge Nájera, Hugo Mendonça, Rosa M. de Castro, Jaime R. Arribas „Strategies Comparison for Voltage Unbalance Mitigation in LV Distribution Networks Using EV Chargers” https://www.mdpi.com/2079-9292/8/3/289
[6] Ramowa Instrukcja Eksploatacji Transformatorów. Energopomiar-Elektryka. ISBN 978-83-916040-4-5. Gliwice 2012.
[7] Glinka T.: Maszyny elektryczne i transformatory. ISBN 978-83-01-20115-9. PWN 2018.
[8] Kelasz J.: Transformatory. Układy nastawiania przekładni. WNT 1968.
[9] ECOTAP VPD The Compact Class For Distribution Transformers – Materiały Reklamowe MR Reinhausen www.reinhausen.com
[10] Tadeusz Glinka, Janusz Sobota, Tomasz Mnich, “Regulacja napięcia w transformatorach” Energetyka 1/2020 str. 18-23
[11] Tomasz Mnich „Podobciążeniowy układ regulacji napięcia w transformatorach rozdzielczych.” Przegląd Elektrotechniczny nr 11/2020 str. 27-31.
[12] Łukasz Topolski , Krzysztof Woźny , Zbigniew Hanzelka „Kompensacja asymetrii prądów i napięć powodowanej odbiornikami i odnawialnymi źródłami energii za pomocą transformatora symetryzującego w sieciach niskich napięć”. Przegląd Elektrotechniczny nr 9/2019 str. 178-185
[13] Marek Ozorowski, Roman Jałoza „Poprawa parametrów jakościowych sieci zasilającej nn z dużym nasyceniem mikroinstalacji PV i stacji ładowania EVC. Materiały w ramach Seminarium Szkoleniowego ELSEP.
[14] M. Mejbaul Haque , M. S. Ali, Peter Wolfs , Frede Blaabjerg „A UPFC for Voltage Regulation in LV Distribution Feeders With a DC-Link Ripple Voltage Suppression Technique” IEEE Transactions On Industry Applications , VOL. 56, NO. 6, NOVEMBER/DECEMBER 2020