Beschreibung
Die Methode der Spannungsregelung des Transformators kann basierend darauf angepasst werden, ob der Transformator in Betrieb (unter Spannung) ist, und kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Spannungsregelung im Leerlauf und Spannungsregelung im Betrieb unter Last.
1. Grundprinzip
Unabhängig von der verwendeten Methode besteht das Grundprinzip darin, die Ausgangsspannung durch Änderung des Windungsverhältnisses der Hochspannungswicklung des Transformators anzupassen.
Die Formel lautet: V1/V2 ≈ N1/N2
Hier sind V1 und V2 die Spannungen der Primärwicklung (Hochspannungsseite) und der Sekundärwicklung (Niederspannungsseite) und N1 und N2 die entsprechende Anzahl der Windungen.
Durch Ändern der Windungszahl N1 auf der Hochspannungsseite kann die sekundäre Ausgangsspannung V2 stabil gehalten werden, auch wenn die Netzspannung V1 in gewissem Maße schwankt. Der Grund dafür, dass die Spannungsregelung normalerweise auf der Hochspannungsseite erfolgt, liegt darin, dass der Strom kleiner ist, wodurch die Kontakte des Stufenschalters einfacher herzustellen und langlebiger sind.
2. Hauptmethoden der Spannungsregelung
(1). Off-Laststufenschalter (auch No-Laststufenschalter oder Power-Aus-Spannungsregelung genannt)
Betriebsmethode:Die Stufenstellung muss manuell geändert werden, während der Transformator vollständig ausgeschaltet und vom Netz getrennt ist.
Funktionsprinzip:Die Hochspannungswicklung ist mit mehreren Anzapfungen (normalerweise 3 oder 5) ausgestattet, z. B. Nennspannung, +5 %, -5 % usw. Diese Anzapfungen sind mit einem Stufenschalter verbunden. Wenn eine Spannungsanpassung erforderlich ist, wird der Schalter nach dem Ausschalten betätigt, um einen anderen Abgriff auszuwählen und dadurch das Windungsverhältnis zu ändern.
Eigenschaften:
- Vorteile:Einfache Struktur, niedrige Kosten, hohe Zuverlässigkeit.
- Nachteile:Erfordert das Ausschalten während der Spannungsanpassung, beeinträchtigt die Kontinuität der Stromversorgung und kann nicht automatisch in Echtzeit an Laständerungen angepasst werden.
Anwendungsszenarien:Geeignet für Situationen mit niedrigen Spannungsstabilitätsanforderungen, wie z. B. Verteilungstransformatoren, bei denen saisonale Laständerungen geringfügig sind, oder ländliche Stromnetze. Anpassungen werden von Elektrikern vor Zeiten mit geringem oder Spitzenstrombedarf vorgenommen.
(2) On-Load Tap Changer (auch Load Tap Changer genannt)
Betriebsmethode:Die Stufenstellung kann automatisch oder manuell geändert werden, während der Transformator unter Last läuft, wodurch eine unterbrechungsfreie Spannungsregelung erreicht wird.
Funktionsprinzip:Dies ist die komplexeste und kritischste Technologie. Sein Kern ist der Laststufenschalter, der aus zwei Teilen besteht:
- Wähler:Verantwortlich für die Vorauswahl des nächsten Hahns ohne Stromunterbrechung.
- Umschalter:Verantwortlich für die schnelle Übertragung des Laststroms vom aktuellen Kontakt zum vorgewählten Kontakt zu einem Zeitpunkt, an dem der Strom nahezu Null ist (normalerweise am aktuellen Nulldurchgangspunkt).
Um Stromunterbrechungen und übermäßige Lichtbögen während des Schaltens zu verhindern, werden Übergangswiderstände (oder Drosseln) verwendet, um den zirkulierenden Strom vorübergehend zu leiten. Der Schaltvorgang moderner Laststufenschalter erfolgt innerhalb von zehn Millisekunden und hat nur minimale Auswirkungen auf die Stromversorgung.
Eigenschaften:
Vorteile:Für die Spannungsanpassung ist kein Ausschalten erforderlich, sodass eine kontinuierliche Stromversorgung und Spannungsstabilität gewährleistet sind. Kann in automatische Steuerungssysteme für eine präzise Spannungsregelung in Echtzeit integriert werden.
Nachteile:Sehr komplexe Struktur, hohe Fertigungsanforderungen, teuer und erfordert einen erheblichen Wartungsaufwand.
Anwendungsszenarien: Geeignet für Szenarien mit hohen Anforderungen an die Stromqualität, z. B. Umspannwerke in städtischen Zentren, Generator-Aufwärtsstationen oder Stromversorgung für wichtige Industriekunden, um sicherzustellen, dass Spannungsschwankungen innerhalb der nationalen Standards bleiben.
3. Andere Hilfs- oder Sonderspannungsregelungsmethoden
Zusätzlich zu den beiden oben genannten Mainstream-Methoden, die das Windungsverhältnis ändern, gibt es einige Hilfsmethoden:
(1)Serienspannungsregler:
Ein Spartransformator ist in Reihe mit der Übertragungsleitung verbunden und seine Ausgangsspannung wird angepasst, um Spannungsabfälle entlang der Leitung auszugleichen. Dadurch wird das Windungsverhältnis des Haupttransformators nicht direkt geändert, sondern die Netzspannung wird effektiv „neu angepasst“.
(2)Zusätzliche Spannung-Regulierungstransformator:
Ein zusätzlicher Spannungsregeltransformator (Reihentransformator) wird außerhalb des Haupttransformators hinzugefügt. Durch Anpassen der Spannung dieses Hilfstransformators kann die Ausgangsspannungsschwankung des Haupttransformators ausgeglichen werden. Dieser Ansatz trennt den komplexen Spannungsregelungsmechanismus vom Haupttransformatorgehäuse.
(3) Spannungsregelung der Leistungselektronik (Statischer VAR-Kompensator/SVG, Statischer Synchronkompensator/STATCOM usw.):
Dies ist eine fortschrittliche Technologie in modernen Stromnetzen. Es ändert nicht direkt das Windungsverhältnis des Transformators, sondern regelt den Spannungspegel an Netzknoten durch schnelles Einspeisen oder Absorbieren von Blindleistung mithilfe elektronischer Hochleistungsgeräte (z. B. IGBTs). Seine Reaktion ist extrem schnell (im Millisekundenbereich) und wird hauptsächlich zur dynamischen Spannungsunterstützung und Verbesserung der Systemstabilität verwendet.
