ВСЯ "ПРАВДА" О ТРАНСФОРМАТОРАХ С РПН И ЧТО ДЕЛАТЬ? 

 

     Проблема качества отпускаемой потребителям электроэнергии одна из важнейших  в нашей энергетике.

     В последнее время на государственном уровне поднимается вполне закономерный вопрос об экономии электроэнергии. Но в связи с этим возникает интересный встречный вопрос. А какую электроэнергию мы собираемся экономить? Изначально и безусловно качественную или какая ни есть, лишь бы была.

     Само слово «качество» как бы естественно подразумевает затраты на улучшение. Но, если взглянуть на наши распределительные электросети, то, на деле, ситуация окажется не такой однозначной. Оказывается, можно экономить попросту не вкладывая деньги в «несуществующее» качество или, другими словами, в то качество, которого просто нет. 

     Одним из основных условий качества отпускаемой электроэнергии является напряжение на зажимах потребителей. В идеальном случае оно должно быть постоянно номинальным или не отклоняться от него более чем на пять процентов.

     В настоящее время регулирование напряжения осуществляется трансформаторами с РПН с питающих подстанций. Эти трансформаторы достаточно сложны по своей конструкции и потому не дешевы. Их эксплуатация – постоянная головная боль сетевых инженеров и обслуживающего персонала. Работа такого трансформатора в автоматическом режиме, какой бы безопасной она не декларировалась, всегда связана с определенным риском. А для работы в ручном режиме трансформатор вообще должен быть обесточен.

     Для работы трансформатора с РПН нужна автоматика, которая следит за его выходным напряжением. Напряжение регулируется ступенчато. Каждая регулировка есть внешнее вмешательство в работу трансформатора. При этом регулировка скорее напоминает «подгонку» одного из параметров системы к номинальному значению.

     А теперь, положа руку на сердце, кто может сказать, что все наши трансформаторы с РПН регулируют отпускаемое потребителям напряжение как положено, хотя бы два раза в сутки, в режимах минимальной и максимальной нагрузки. Многие из них либо вообще не делают этого, либо делают исключительно в вынужденных ситуациях.

     Мы производим дорогостоящие трансформаторы с РПН и якобы «регулируем» отпускаемое потребителям напряжение, а, на деле, это самое «регулирование» лишь номинально «присутствует» на наших питающих подстанциях в виде трансформаторов с РПН.

     Так где же экономия и качество?

     Не хочется говорить обидные слова, но у нас очень многие проблемы решаются номинально. Вроде бы что-то придумали. Вроде бы что-то сделали. Но решилась проблема или нет – уже никого не волнует. Т.е. конструкторы придумали, производители произвели, эксплуатационники приняли в работу и – всё! Всё как было, так и осталось. А где же регулирование напряжения? А где его качество? Где экономия? Мы тратим немалые деньги и средства на качество электроэнергии, не имея, в итоге, этого самого качества.

     Весь вопрос опять упирается в пресловутый «человеческий фактор». Но в данном, конкретном, случае полностью перекладывать вину на энергетиков нельзя. Не они не хотят регулировать напряжение в наших сетях. Просто эксплуатация трансформаторов с РПН очень серьезный вопрос. И не столько с точки зрения электротехники, сколько с точки зрения безопасности. Как для самого оборудования подстанций, так и для обслуживающего персонала. Оперировать переключающими устройствами силового трансформатора на ста десяти тысячах вольтах – задача более чем ответственная.

     Вот и получается, что вроде бы решение, как регулировать напряжение, найдено, устройство для этого придумано и сделано, а регулировать никто не хочет. Вернее, просто боится, как бы чего не вышло.

     Резонно спросить: Мы и дальше будем вот так «регулировать» напряжение отпускаемое нашим потребителям?

     Не пора ли взглянуть в корень самой проблемы регулирования напряжения. А, точнее, на сам трансформатор с РПН. При всей своей простоте с точки зрения электротехники, этот аппарат требует слишком серьезного к себе внимания и обращения. Какой бы простой и понятной для электрика не была работа его переключающего устройства, оперировать этим устройством в режиме нагрузки трансформатора задача насколько ответственна настолько и технически сложна.

     Что делать?

     И вот тут предлагается «погнаться не за двумя, а сразу за тремя зайцами»: качеством, экономией и человеческим фактором. При этом вторая часть пословицы «ничего не поймаем», естественно, не должна сработать.

     Что же это должно быть и может ли такое быть в принципе?    

     Видимо, некое устройство, которое обеспечит на зажимах потребителей номинальное напряжение и при этом оно будет не дороже трансформатора с РПН и обслуживающий персонал не будет вмешиваться(!) в его работу.

     В переводе на язык техники это звучит как трансформатор с саморегулированием напряжения под нагрузкой. Или, другими словами,  трансформатор с самоРПН.

     Понятно, что это все лишь риторика, пока не предложено конкретное устройство.

     Оно – есть! И называется – составной трансформатор с саморегулированием напряжения под нагрузкой.

     Его себестоимость не выше стоимости трансформатора с РПН.

     Он сам обеспечивает номинальное напряжение на зажимах потребителей. При этом регулировка напряжения выполняется плавно и совсем не напоминает его «подгонку» скачками при работе трансформатора с РПН.

     Он сам регулирует выходное напряжение в зависимости от подключенной нагрузки в режиме реального времени. При этом для его работы не требуется наличие следящей автоматики. Обслуживающий персонал никак не вмешивается в работу составного трансформатора.

     Сам составной трансформатор, конечно, не так однозначен для электрика, как трансформатор с РПН, но разобраться в его работе, не вдаваясь в тонкости теории, не сложнее, чем разобраться в работе любого другого электротехнического устройства. При этом работа составного трансформатора не какой-то случайно полученный эффект, а полностью сообразующаяся с законами электротехники зависимость.

     Составной трансформатор состоит из трех элементов: основного трехфазного трансформатора, дополнительного трехфазного трансформатора и трех конденсаторов.

     Основной трансформатор – это привычный всем нам силовой трехфазный трансформатор.

     Дополнительный трансформатор – это трехфазный трансформатор выполненный на сердечнике в десять(!) раз меньшем по мощности сердечника основного трансформатора. Его обмотки содержат, примерно, в десять раз меньшее количество витков по сравнению с соответствующими обмотками основного трансформатора.

     Конденсаторы выбираются на высшее напряжение основного трансформатора и их емкость, в упрощенном расчете, зависит от его класса напряжения и коэффициента трансформации.

     Отсюда и можно рассчитать себестоимость составного трансформатора.

     Регулирование напряжения обеспечивает дополнительный трансформатор. При этом в работе основного трансформатора ничего не меняется, он работает как обычный трехфазный трансформатор.

     Как видно из приведенной конструкции, в составном трансформаторе нет никаких переключающих устройств. Следовательно, процесс регулирования напряжения происходит плавно и без всякого вмешательства обслуживающего персонала. Т.е. составной трансформатор сам регулирует напряжение под нагрузкой.

     Не менее важным является и тот факт, что дополнительный трансформатор с конденсаторами могут быть установлены с любым силовым трансформатором находящимся в эксплуатации. Даже с теми же трансформаторами с РПН. Только регулирование напряжения будет осуществляться не переключающим устройством РПН, а дополнительным трансформатором. Появляется уникальная возможность постепенного переоснащения трансформаторного парка. При этом с подстанций будут «уходить» конструктивно сложные и дорогие в эксплуатации трансформаторы с РПН, а им на смену «придут» обычные силовые трансформаторы. Т.е. процесс переоснащения будет идти с удешевлением себестоимости самого трансформаторного парка и с удешевлением его эксплуатации.

     А это и есть реальная экономия и реальное качество отпускаемой потребителям электроэнергии, хотя бы в плане постоянного допустимого, не зависящего от обслуживающего персонала, напряжения на их зажимах.

     Автор искренне не хотел «очернять» трансформаторы с РПН, а просто призвал беспристрастно взглянуть на проблему регулирования напряжения. И трансформатор с РПН не «виноват» в том, что он такой, какой есть. Его качества полностью определяются простотой и лежащим на поверхности техническим решением – переключение витков в первичной обмотке в зависимости от изменения выходного напряжения под нагрузкой.

     Понимая простоту, но вместе с ней и всю сложность в эксплуатации трансформаторов с РПН, в свое время предлагались другие варианты трансформаторов для регулирования напряжения. В частности, трансформаторы с подмагничиванием сердечника. Но, как показала практика, «игра не стоит свеч» и потому они не нашли своего применения в большой энергетике.

     Вся, предлагающаяся в последнее время электроника (силовые тиристоры, транзисторы и микропроцессоры) это всего лишь модные внешние «навороты» вокруг силового трансформатора, попытки «помочь» ему, трансформатору, регулировать напряжение. Давайте прямо признаемся в том, что это расписка в нашем собственном бессилии «изменить» трансформатор. Простой на вид электротехнический аппарат оказался «крепким орешком». И после Фарадея, Максвелла и Роговского, уже более ста лет,  добавить что либо существенное в его понимание мы не смогли. Поэтому и начались эти «пляски» вокруг силового трансформатора, аки пляски с бубном вокруг костра.

     Ату автора! Ату его! Ересь! Сгинь нечистая!

     Но это слабость, господа. Своё бессилие надо уметь признавать прилюдно. Тогда это честно и сильно! И никто не упрекнет Вас, а, наоборот, пожелает удачи.  

     Краеугольным камнем в понимнии работы трансформатора остается неизменный магнитный поток в его сердечнике. И обойти эту природную данность невозможно. Это основное и единственное  условие, которое трансформатор  «выбрал» и «требует»(!)  для своей работы. Всё остальное, люди, меняйте как хотите. Размеры и материал сердечника и количество стержней в нем. Количество витков и материал обмоток. Количество самих обмоток. Все эти многообразия влияют только на его выходные параметры, но никак не на принцип работы. А принцип незыблем – магнитный поток в сердечнике трансформатора, практически всегда, постоянен. 

     Но коли трансформатор так «привязан» к своему «детищу» – постоянному магнитному потоку, давайте не будем ему мешать им «играть». А в это время приставим к нему сбоку или рядышком другой, небольшой, раз в десять поменьше, сердечник с обмотками, раз в десять поменьше его обмоток. И ничего не «говоря» трансформатору, будем пользоваться токами в его обмотках, пропуская их последовательно через обмотки «нашего» сердечника.

     Но витковый коэффициент трансформации в «наших» обмотках мы сделаем несколько большим виткового коэффициента трансформации, чем у трансформатора.

     Токи трансформатора, протекая по «нашим» обмоткам, создадут магнитный поток в «нашем» сердечнике. И в зависимости от этих токов будет меняться и магнитный поток. С ростом нагрузки он будет возрастать, а с понижением нагрузки – убывать. И меняться он будет потому, что токи, протекающие по «нашим» обмоткам, нам не принадлежат. Они «позаимствованы» нами у «обманутого» нами же трансформатора.

     А, так как, «наш» витковый коэффициент трансформации несколько больше, то и э.д.с., наводимая в «нашей» вторичной обмотке, будет несколько расти при росте тока. И, так как, «наши» обмотки соединены последовательно с обмотками трансформатора, то э.д.с., в их общем вторичном контуре, будет изменяться в зависимости  от нагрузки. Т.е. трансформатор, сам того не «подозревая», с помощью «нашего» сердечника с обмотками будет несколько повышать напряжение во вторичном контуре при росте нагрузки, компенсируя увеличивающееся падение напряжения в потребительской линии.

     Как видно, мы оставили в «покое» силовой трансформатор и не стали устраивать вокруг него пляски с бубном, а просто «выделили» из него некую часть. Но, чтобы не «курочить» сам трансформатор (не «пилить» его сердечник и не сматывать витки с его обмоток на полученный сердечник), эту самую, выделенную часть, мы приставили в виде дополнительного трехфазного трансформатора, соблюдя только одно существенное условие – его витковый коэффициент трансформации мы сделали несколько большим.

     Мы «нарушили» незыблемый принцип работы трансформатора. В сердечнике выделенной части магнитный поток не постоянен и меняется в зависимости от нагрузки. Или другими словами, выделенная часть работает с плавающей рабочей точкой.

     Но мы не нарушали никаких законов! Мы просто по-другому организовали рабочий процесс внутри трансформатора, если рассматривать весь составной трансформатор. При этом магнитный поток внутри основного трансформатора не изменился совершенно и, как «подобает», практически всегда постоянен, а в выделенной нами части, он меняется в зависимости от нагрузки, но полностью сообразуется с законами элктротехники.

     Составной трансформатор может и состоит из большего числа элементов, но конструктивно намного проще трансформатора с РПН, т.к. имеет в своем сотаве два обычных трехфазных трансформатора, а значит и проще в изготовлении.

     Обслуживающему персоналу не нужно специально следить за напряжением в потребительской сети. Оно четко задано исполнением дополнительного трансформатора и жестко привязано к подключенным потребителям.

     В процессе эксплуатации его техническое состояние может проверяться лишь при плановых работах на подстанции.

     Понятно, что составной трансформатор, как и любой придуманный технический аппарат, далек от совершенства. Хотя бы потому, что вся его работа жестко привязана к току нагрузки. Но этого, как оказывается, вполне достаточно, чтобы трансформатор сам регулировал напряжение в питаемой им сети. А отсюда уже можно бросить взгляд и на саморегулируемые электрические сети. Но это уже совсем другая история…

     Главное, что удалось все же сделать, это «заставить» трансформатор регулировать напряжение без вмешательства в его работу или, по-другому, не мешая это делать самому трансформатору. Есть трансформатор и его сеть и не надо лезть к ним со своим «уставом» в виде технического «огорода» с автоматикой и РПН или «умной» силовой электроникой. Они разберутся без нас, что им делать.

     Возможно, кто-то скажет, что отказ от современной электроники это шаг назад, но ведь саморегулируемые системы это больший шаг вперед, чем «навязанное» управление. Любое вмешательство извне это недопонимание и наше неумение организовать какой-то процесс по его собстввенным, внутренним, законам. И пока мы не умеем этого делать, мы и пытаемся как то влиять на него нашими «советами» и «доработками».

     Никто не против такого пути развития техники. Это естественный процесс и без каких то «временных» мер нам во многих случаях не обойтись. Но, в данном, конкретном, случае, нам кажется, что составной трансформатор это шаг вперед и причем шаг естественный, как в невмешательстве в работу трансформатора, так и в «прозрачности» происходящих в электросетях процессах.

     Искренне прошу у всех прощение за приведенные «рассуждения», но в конце хочется задать последний и вполне серьезный вопрос нам всем:

     Составной трансформатор придуман в России. И без ложной скромности можно говорить, что это изобретение одно из самых сильных в электротехнике за последние лет пятьдесят. Не получится ли снова так, что мы будем ждать и присматриваться, пока нам из-за границы не «откроют» изобретенный нами же составной трансформатор?…

 

---

Главная    Изобретения    Арт-страничка    Мои игрушки    Контакты