Анализ зарубежной и отечественной литературы показал, что индивидуальную компенсацию можно осуществить, применяя нетрадиционные компенсирующие устройства.
К таким устройствам относится трансформатор, в котором изолированные листы электротехнической стали используются в качестве обкладок конденсатора (компенсированный трансформатор) [3] (рисунок 1).
Трансформатор (рисунок 1), содержит магнитопровод с обмоткой 5, имеющий нечетные пластины электротехнической стали 1 и четные 2, разделенные слоем изоляции 3. Пластины 1 и 2 выполняют роль обкладок конденсатора при подключении их с помощью выводов 4 к обмотке трансформатора 5. Пластины 1 и 2 имеют срез угла и набраны в магнитопроводе поочередно срезом в разные стороны, выступающие углы образуют выводы 4, с помощью которых пластины подключают к обмоткам.
Рисунок 1 – Магнитопровод шихтованного трансформатора: 1 – нечётные пластины магнитопровода; 2 – чётные пластины магнитопровода; 3 – изоляция между пластинами; 4 – выводы; 5 – обмотка трансформатора.
Трансформатор работает следующим образом. При подаче напряжения на обкладки конденсатора изоляция между пластинами находится под фазным напряжением.
Трансформатор потребляет из сети реактивную мощность, а конденсатор генерирует реактивную мощность. Потребление реактивной мощности из сети уменьшается, а значит снижаются потери, вызванные перетоками реактивной мощности по элементам сети.[1,2]
Математическая модель компенсированного трансформатора. Моделирование работы компенсированного трансформатора осуществлялось в системе MATLAB Simylinc, которая позволяет задавать задачи математической физики с помощью графических блоков и решать эти задачи с высокой точностью.
Т.к. электромагнитная система трехфазного трансформатора работает раздельно, то пример приводим для одной фазы трансформатора ТМ 400/10.
| Рисунок 2 – Схема замещения трансформатора: 1 — обмотка ВН; 2 — магнитопровод-конденсатор, подключенный на фазное напряжение обмотки ВН; 3 — обмотка НН; | Рисунок 3 – Модель компенсированного трансформатора в системе MATLAB, на примере трансформатора ТМ 400/10. |
Имитация рабочих процессов в трансформаторе проводилось в режиме чисто активной нагрузки (cosφ=1), при подключении конденсатора к обмоткам высокого напряжения (рисунок 2, 3). При этом второе уравнение Кирхгофа в дифференциальной форме будет иметь вид:
(1)
где 
, — мгновенное значение напряжения и токов питания, первичной обмотки и конденсатора; r1, L11 — активное сопротивление обмотки и собственная индуктивность обмотки; Ck — ёмкость конденсатора.
Формула для расчёта ёмкости конденсатора[4, с.16]:
(2)
где – ε0 – диэлектрическая постоянная 
— диэлектрическая проницаемость среды, о.е, для принятой изоляции конденсатора «неорганическая плёнка SiO2» ε = 4; S – площадь обкладки конденсатора, м2; N – количество пластин, шт; Δ – толщина диэлектрика Δ=0,034, мм.
Результаты моделирования. Получены значения реактивной мощности Q (рисунок 4), потребляемой трансформатором со стороны сети; вычислен cosφ трансформатора (рисунок 5); с учётом компенсации реактивной мощности и без, при загрузке от 0 до 120%.
| Рисунок 4 – Зависимость потребления трансформатором реактивной мощности Q от кз: Q1 – при подключении ёмкости С=891,1 нФ; Q2 – без компенсации |
Рисунок 5 – Зависимость cosφ от коэффициента загрузки кз: cosφ1 – при подключении ёмкости С=891,1 нФ; cosφ2 – без компенсации |
Из рисунков 4 и 5 видно, что при подключении конденсатора ёмкостью С=891,1 нФ к обмоткам ВН реактивная мощность, потребляемая трансформатором со стороны сети, при коэффициенте загрузке близкому к 1, полностью компенсируется. Так же при загрузке трансформатора более 0,5 номинального улучшается cosφ из-за роста потребления реактивной индуктивной мощности, компенсируемой реактивной ёмкостной мощностью конденсатором.
Использование предлагаемого трансформатора обеспечивает следующие преимущества:
– возможность получения большой ёмкости при ограниченных объемах магнитопровода.
– внедрение данного подхода не значительно увеличивает геометрические размеры магнитопровода, поэтому магнитопровод со встроенным конденсатором, можно с легкостью устанавливать в стадартный размер бака для данного трансформатора.
– минимальные затраты, за счёт того, что пластины, корпус и изоляция уже созданы, и стоимость будет определяться лишь качеством изоляции, т. е. изменением технологии изготовления трансформаторов.
– средний срок службы трансформатора 25-30 лет, срок службы конденсатора при правильно подобранной изоляции и напряжённости поля этой изоляции 20-30 лет, применение данного подхода не уменьшит срок службы трансформатора.
– минимальные расходы материалов, за счёт того, что пластины, корпус и изоляция уже созданы.
– встроенный конденсатор позволяет полностью компенсировать реактивную мощность своего трансформатора.
Недостатки:
– не регулируемая ёмкость конденсатора, требуется разрабатывать регулирующее устройство, что усложнит конструкцию.
– в случае повреждения в данной конструкции, можно считать её не ремонтопригодной, потому что мало кто из организаций по ремонту возьмётся за ремонт, поэтому необходимо точно спроектировать и собрать магнитопровод, что бы уменьшить вероятность повреждений.
– с увеличением мощности и напряжения особенно для 500 кВ, труднее подобрать необходимую толщину изоляции между обкладками.
Список литературы:
- А. с. 1391369 СССР, Н01F27/24. Трансформатор / А. И. Грюнер, Ю. П. Попов, А. Ю. Южанников и Е. Ю. Лохмакова (СССР) №4080214/24-07; Заявлено 6.10.85; Опублик. 05.05.86, Бюл.№ 11 — 4 с.
- А. с. 1391369 СССР, Н01F27/24. Трансформатор/ Ю. П. Попов, А. Ю. Южанников (СССР) №4138034/24-07; Заявлено 5.05.85; Опублик. 22.10.86, Бюл.№19 — 4 с.
- Индивидуальная компенсация реактивной мощности на электрифицированном транспорте/ Ю. П. Попов, Е. Ю. Сизганова, Л. С. Синенко, А. Ю. Южанников // Сб. трудов IV Международной науч. конф. «Эффективность и качество энергоснабжения промышленных предприятий». Украина. Мариуполь. 2000 г. С. 239-240.
- Ренне В.Т. Электрические конденсаторы – Л.: Энергия, 1989. – 558с.[schema type=»book» name=»КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОБСТВЕННОЙ ЁМКОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА» description=»В данной статье рассматривается возможность применения способа ком-пенсации реактивной мощности за счет собственной ёмкости силового транс-форматора, в котором изолированные листы электротехнической стали используются в качестве обкладок конденсатора.» author=»Жигалов Сергей Александрович, Селиверстов Олег Сергеевич, Степанов Андрей Геннадьевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-18″ edition=»euroasia-science_28.04.2016_4(25)» ebook=»yes» ]