ιπλωµατική Εργασία Νο 314

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία της φοιτήτριας του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών Αγγελικής Παππά του Κωνσταντίνου Α.Μ. : 5427 <<Μελέτη σφαλµάτων σε µετασχηµατιστές υψηλής τάσης µε αυτόµατο µεταγωγέα τάσης (TAP CHANGER)>> Νο 314 Επιβλέπων: Λέκτορας ρ.-μηχ. Επαµεινώνδας Μητρονίκας ( Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε υπό την επίβλεψη του Καθηγητή κ. Αθανασίου Σαφάκα, ο οποίος συνταξιοδοτήθηκε την 1 η Σεπτεµβρίου 2010. ) Πάτρα, Οκτώβριος 2010 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥΠΟΛΗ ΠΑΤΡΑΣ 26504 ΡΙΟ - ΠΑΤΡΑ Τηλ: +30.2610.997351 Τηλ: +30.2610.996411 Fax: +30.2610.997362 E-mail: a.n.safacas@ee.upatras.gr

2

ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η ιπλωµατική Εργασία µε θέµα: <<Μελέτη σφαλµάτων σε µετασχηµατιστές υψηλής τάσης µε αυτόµατο µεταγωγέα τάσης (TAP CHANGER)>> της φοιτήτριας του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών Αγγελικής Παππά του Κωνσταντίνου Α.Μ.: 5427 παρουσιάστηκε δηµόσια και εξετάστηκε στο Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών την 19 η Οκτωβρίου 2010. Ο Επιβλέπων Ο ιευθυντής του Τοµέα Λέκτορας ρ.-μηχ. Επαµεινώνδας Μητρονίκας Καθηγητής ρ.-μηχ. Αντώνιος Αλεξανδρίδης 3

4

ΑΡΙΘΜΟΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:.../2010 ΤΙΤΛΟΣ: <<Μελέτη σφαλµάτων σε µετασχηµατιστές υψηλής τάσης µε αυτόµατο µεταγωγέα τάσης (TAP CHANGER)>> ΦΟΙΤΗΤΡΙΑ: ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Αγγελική Παππά Λέκτορας ρ.-μηχ. Επαµεινώνδας Μητρονίκας ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα διπλωµατική εργασία γίνεται αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας της διάταξης του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο ενός µετασχηµατιστή υψηλής τάσης 150 kv/ 21 kv. Επίσης, περιγράφονται και αναλύονται σφάλµατα που εµφανίζονται σε µετασχηµατιστές µε Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο µε χρήση εµπειρικών δεδοµένων από την εταιρεία.ε.η. Α.Ε. και τη θεωρητική ανάλυση και εξήγησή τους µέσα από βιβλιογραφική µελέτη. Συγκεκριµένα, περιγράφονται τα αίτια που δηµιουργούν αυτά τα σφάλµατα, τα συµπτώµατα που εµφανίζονται στο µετασχηµατιστή και το µεταγωγέα τάσης, οι επιπτώσεις των σφαλµάτων αυτών στο µετασχηµατιστή και τη διάταξη του µεταγωγέα τάσης. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στα συστήµατα προστασίας που διαθέτει ο µετασχηµατιστής και ο µεταγωγέας τάσης προκειµένου να προστατευθεί από τις επιπτώσεις αυτών των σφαλµάτων. Στη συνέχεια, µελετάται συγκεκριµένο σφάλµα, που παρουσιάστηκε στο Μ/Σ 150 kv/21 kv Νο1 του Υ/Σ 150 kv/21 kv των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά, και καταγράφεται η αντιµετώπισή του βήµα προς βήµα σε συνεργασία µε την εταιρεία ΠΑΡΑΛΟΣ ΤΕΧΝΙΚΗ Α.Ε., στην οποία ανατέθηκε η επίλυση του σφάλµατος. Τέλος, µέσα από την προσοµοίωση ενός Μ/Σ υψηλής τάσης µε µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο µε χρήση του λογισµικού πακέτου MatLab/SimuLink κατανοούµε σε βάθος τη λειτουργία του µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο. Η προσοµοίωση περιλαµβάνει την εφαρµογή διαταραχών της τάσης του δικτύου στο Μ/Σ στην περίπτωση ορθής και εσφαλµένης λειτουργίας του οργάνου του ρυθµιστή τάσης, καθώς η εσφαλµένη λειτουργία του ρυθµιστή τάσης ήταν και η αιτία του σφάλµατος στο Μ/Σ του Υ/Σ 150 kv/21 kv των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά. 5

6

Αφιερώνεται στην οικογένειά µου και στους φίλους µου Αντωνία και Κώστα 7

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον Καθηγητή ρ.-μηχ. κ. Αθανάσιο Σαφάκα, επιβλέποντα της διπλωµατικής εργασίας, για τη βοήθεια του καθ όλη τη διάρκεια σύνταξης της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. Επίσης, τους κυρίους ηµήτριο Φωτιά ( ιπλ. Ηλεκτρολόγο Μηχανικό Α.Η.Σ. Αλιβερίου), Ισίδωρο Χαλιούλια ( ιπλ. Ηλεκτρολόγο Μηχανικό Α.Η.Σ. Αλιβερίου), Παναγιώτη Αγιαµαρινιώτη ( ιπλ. Μηχανολόγο Μηχανικό Α.Η.Σ. Αλιβερίου) για τις γνώσεις και τη βοήθεια που µου προσέφεραν. Ακόµη, θερµές ευχαριστίες οφείλω στον κ. Μύρωνα Παπαδόπουλο ( ιπλ. Ηλεκτρολόγο Μηχανικό ιεύθυνση Μεταφοράς.Ε.Η.) και τον κ. Σταύρο Μπαϊραχτάρη (Α.Η.Σ. Αλιβερίου) για τις πολύτιµες γνώσεις και την εµπειρία που µου µετέφεραν πάνω στο αντικείµενο της εργασίας. Τέλος, ουσιαστική ήταν η προσφορά του κ. Γιώργου Θεοφιλόπουλου ( ιπλ. Ηλεκτρολόγο Μηχανικό ΠΑΡΑΛΟΣ ΤΕΧΝΙΚΗ Α.Ε.) και του κ. Αλέκου Παπαδόπουλου (Χηµικό εργαστήριο I.C.LAB) στη συλλογή των απαραίτητων στοιχείων που χρειάστηκαν για την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. 8

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σκοπός της διπλωµατικής εργασίας αποτελεί η µελέτη και διερεύνηση ενός σφάλµατος που παρατηρήθηκε σε µετασχηµατιστή υψηλής τάσης µε αυτόµατο µεταγωγέα τάσης (tap changer) στον υποσταθµό 150 kv/21 kv των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά, στο νοµό Αττικής. Ο έλεγχος και η επίλυση του σφάλµατος στο συγκεκριµένο µετασχηµατιστή ανατέθηκε στην εταιρεία ΠΑΡΑΛΟΣ ΤΕΧΝΙΚΗ Α.Ε.. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε σε συνεργασία µε την ανωτέρω εταιρεία προκειµένου να γίνει λεπτοµερειακή µελέτη του σφάλµατος και να καταγραφεί από κοντά η αντιµετώπισή του. Τέλος, µε στόχο την πληρέστερη κατανόηση της λειτουργίας του µεταγωγέα τάσης του Μ/Σ και ειδικά του οργάνου του ρυθµιστή τάσης, στο οποίο παρατηρήθηκε το σφάλµα, προσοµοιώνουµε ένα µοντέλο µε το λογισµικό πακέτο MatLab/SimuLink, το οποίο περιλαµβάνει έναν µετασχηµατιστή υποβιβασµού της τάσης 120 kv /25 kv µε ενσωµατωµένο το µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο. Αναλυτικά, στο 1 ο κεφάλαιο γίνεται µία αναφορά στο σκοπό χρήσης των µετασχηµατιστών µε µεταγωγέα τάσης. Αυτός αφορά τη διατήρηση της τάσεως των ζυγών του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας εντός καθορισµένων ορίων προκειµένου να µην καταπονούνται τα φορτία από τις αυξοµειώσεις στην τάση τροφοδοσίας τους. Οι µεταβολές αυτές της τάσης οδηγούν στον περιορισµό της απόδοσης τους και τη µείωση του αναµενόµενου χρόνου ζωής τους. Επίσης, αναφέρουµε τους διάφορους τύπους µεταγωγέων τάσης. Στο 2 ο κεφάλαιο περιγράφουµε τον υποσταθµό 150 kv/21 kv των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά. Γίνεται αναφορά στον εξοπλισµό που διαθέτει και τη λειτουργία του. Στη συνέχεια, εστιάζουµε στο Μ/Σ 150 kv/21 kv Νο1 του υποσταθµού, που παρουσιάζει το σφάλµα. Αυτός είναι ο ένας εκ των δύο παράλληλων µετασχηµατιστών υψηλής τάσης 150/21 kv µε αυτόµατο µεταγωγέα τάσης του υποσταθµού. Αναλύονται τα τεχνικά στοιχεία, ο τρόπος ψύξης, η συνδεσµολογία των τυλιγµάτων του συγκεκριµένου Μ/Σ. Επίσης, περιλαµβάνεται λεπτοµερές σχέδιο της εξωτερικής κατασκευής αυτού του µετασχηµατιστή. Στη συνέχεια, περιγράφεται λεπτοµερώς η διάταξη του µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο του Μ/Σ. Αυτός περιλαµβάνει τη διάταξη του ρυθµιστή τάσης που αυτόµατα εκκινεί τη µονάδα του κινητήρα και επικοινωνεί µε το µεταγωγέα τάσης µέσω δύο ρελαί. Επίσης, το σύστηµα οδήγησης που µε το κινητήριο σύστηµα και τον κινητήρα µεταδίδει την κίνηση για τη διαδικασία της µεταγωγής. Τέλος, τις διατάξεις του επιλογέα και του µεταγωγικού διακόπτη που υλοποιούν τη µεταγωγή. Στο 3 ο κεφάλαιο αναλύονται τα σφάλµατα λειτουργίας που παρουσιάζονται σε µετασχηµατιστές υψηλής τάσης µε αυτόµατο µεταγωγέα τάσης, όπως έχουν παρατηρηθεί σε µετασχηµατιστές της εταιρείας.ε.η. Α.Ε.. Καταγράφονται οι αιτίες των σφαλµάτων αυτών, τα συµπτώµατα που εµφανίζονται στους µετασχηµατιστές εξαιτίας των σφαλµάτων αυτών. Επίσης, επισηµαίνονται οι επιπτώσεις τους στη µονάδα του µετασχηµατιστή και του µεταγωγέα τάσης. Τέλος, αναφέρουµε τις µεθόδους προστασίας του συστήµατος για την αποφυγή των συνεπειών από τα σφάλµατα αυτά. Στη συνέχεια, µελετάµε αναλυτικά το σφάλµα που παρατηρήθηκε στο Μ/Σ 150 kv/21 kv Νο1 των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά. Αυτό αφορά λειτουργικά προβλήµατα που παρουσίαζε ο µεταγωγέας τάσης. Ειδικά, το σφάλµα σχετίζεται µε τη µη αυτόµατη πραγµατοποίηση της διαδικασίας µεταγωγής, µετά από ανάγκη για διόρθωση του επιπέδου τάσης µέσω του διακόπτη µεταγωγής, και την επέµβαση χειροκίνητης λειτουργίας προκειµένου να ρυθµιστεί το επίπεδο 9

τάσης στη σωστή τιµή. Τέλος, περιγράφουµε τον τρόπο αντιµετώπισης του σφάλµατος. Μετά τις ενέργειες της χηµικής ανάλυσης του µονωτικού ελαίου στο µεταγωγικό διακόπτη, της συντήρηση αυτού και της επιθεώρησης του συστήµατος οδήγησης το σφάλµα εξακολουθεί να παρατηρείται. Σε δεύτερη φάση πραγµατοποιούνται δοκιµές στη διάταξη του ρυθµιστή τάσης µέσω συσκευής που εξοµοιώνει πραγµατικές αυξοµειώσεις της τάσης του 2 ος τυλίγµατος του Μ/Σ.. Πράγµατι η απόκριση του ρυθµιστή τάσης ήταν εσφαλµένη. Για το λόγο αυτό αντικαθιστούµε το αναλογικό όργανο του ρυθµιστή τάσης µε ψηφιακό. Στο 4 ο κεφάλαιο, µε στόχο την πληρέστερη κατανόηση της λειτουργίας του µεταγωγέα τάσης του Μ/Σ και ειδικά του οργάνου του ρυθµιστή τάσης, στο οποίο παρατηρήθηκε το σφάλµα, προσοµοιώνουµε ένα µοντέλο, το οποίο περιλαµβάνει έναν µετασχηµατιστή υποβιβασµού της τάσης 120 kv /25 kv µε ενσωµατωµένο το µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο. Το µοντέλο αυτό υλοποιείται µε το λογισµικό πακέτο MatLab/SimuLink. Στο µοντέλο αυτό εφαρµόζουµε διάφορες τιµές της τάσεως που τροφοδοτείται στο πρωτεύον του Μ/Σ προσοµοιώνοντας µε αυτόν τον τρόπο διαταραχές που οφείλονται στην τάση του δικτύου και παρατηρούµε τη συµπεριφορά του Μ/Σ. Επίσης, µελετάµε την περίπτωση κατά την οποία εµφανίζεται σφάλµα σε κάποιο από τα δοµικά στοιχεία της διάταξης του ρυθµιστή τάσης. Αυτές οι δοκιµές µας βοηθούν στην κατανόηση των επιπτώσεων, που έχει η εσφαλµένη λειτουργία του οργάνου του ρυθµιστή τάσης, στην τάση του δευτερεύοντος του Μ/Σ. 10

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 Εισαγωγή 13 1.1 Γενικά 13 1.1.1 Η διακύµανση των φορτίων των καταναλωτών 13 1.1.2 Οι τάσεις των ζυγών 13 1.1.3 Η ροή ισχύος στις γραµµές µεταφοράς 14 1.2 Έλεγχος της τάσης των ζυγών µε µετασχηµατιστή 15 1.3 Τύποι Μεταγωγέων Τάσης 15 1.4 Μεταγωγέας Τάσης Υπό Φορτίο 16 1.4.1 Βασικές συνθήκες λειτουργίας του Μεταγωγέα Τάσης Υπό 16 Φορτίο 1.4.2 Θέση του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο 16 1.5 Τύποι Μεταγωγέων Τάσης Υπό Φορτίο 16 1.6 Μεταγωγέας Τάσης Υπό Φορτίο Τύπου Αντίστασης 17 1.7 Η µορφή του Επιλογέα του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο 18 1.7.1 Γενικά 18 1.7.2 Επιλογέας µικρού βήµατος 19 1.7.3 Επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> αντιστροφής 19 1.7.4 Επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> µεγάλου βήµατος 20 2 Ο Μ/Σ ισχύος 150 kv/21 kv του υποσταθµού Υ.Τ./ Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά και το περιβάλλον του 21 2.1 Ο υποσταθµός Υ.Τ./Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά 22 και ο εξοπλισµός του 2.2 Ο Μ/Σ ισχύος 150 kv/21 kv, Νο1 του υποσταθµού Υ.Τ./ 26 Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά 2.3 Η διάταξη του Mεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο στο Μ/Σ 30 ισχύος 150 kv /21 kv, Νο 1 2.4 Ρυθµιστής τάσης ΜΚ 20 32 2.4.1 Η διάταξη του Ρυθµιστή τάσης 32 2.4.1.1 Στέγαση 32 2.4.1.2 Το κύκλωµα 32 2.4.2 Αρχή Λειτουργίας 34 2.4.2.1 Κύκλωµα µετασχηµατισµού της τάσης εισόδου - ανορθωτής 35 της τρέχουσας τιµής της τάσης 2.4.2.2 Παροχή ισχύος Σ.Ρ.- τάση αναφοράς - ενισχυτής συνεχούς 35 ρεύµατος 2.4.2.3 Βαθµίδες διέγερσης - κύκλωµα καθυστέρησης - πύλες AND 35 11

2.4.2.4 Αντίστροφος ολοκληρωτής 36 2.4.2.5 Κύκλωµα µπλοκαρίσµατος σε περίπτωση υπότασης 37 2.4.2.6 Ενεργοποιητές των ρελαί - ρελαί 37 2.5 Σύστηµα οδήγησης τύπου ΜΑ-Ε 37 2.5.1 Αρχή λειτουργίας 37 2.5.2 Τεχνικά στοιχεία του συστήµατος οδήγησης 38 2.5.2.1 Στοιχεία του κινητηρίου συστήµατος 38 2.5.2.2 Στοιχεία του κινητήρα 38 2.5.2.3 Στοιχεία του κυκλώµατος αυτοµατισµού 38 2.5.3 Περιγραφή του συστήµατος οδήγησης 39 2.5.3.1 Στέγαση 39 2.5.3.2 Κινητήρας και γρανάζια 41 2.5.3.3 Κινητήριος άξονας που οδηγεί στο µεταγωγέα 45 2.5.3.4 Πίνακας διατάξεων µεταγωγής 47 2.5.4 Περιγραφή της λειτουργίας του συστήµατος οδήγησης κατά 49 την πραγµατοποίηση µίας µεταγωγής 2.6 Επιλογέας και Μεταγωγικός ιακόπτης του Μ/Σ ισχύος 52 150kV/ 21 kv, Νο1 2.6.1 Ο τύπος του Μεταγωγέα Τάσης του Μ/Σ ισχύος 150kV/ 21 52 kv, Νο1 2.6.2 Περιγραφή του Επιλογέα 54 2.6.3 Περιγραφή της λειτουργίας του Επιλογέα και Μεταγωγικού 60 ιακόπτη κατά την πραγµατοποίηση µίας µεταγωγής 3 Το σφάλµα στο Μ/Σ ισχύος 150kV/ 21 kv, Νο 1 του Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά 63 3.1 Σφάλµατα σε Μ/Σ ισχύος µε µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο 63 3.1.1 Μη ισότιµη κατανοµή των φορτίων µεταξύ των 3 φάσεων 63 3.1.2 Υπερφόρτιση του µετασχηµατιστή 63 3.1.3 Υπερτάσεις λόγω ατµοσφαιρικών φαινοµένων και 64 διακοπτικών λειτουργιών 3.1.4 Βραχυκυκλώµατα που εµφανίζονται έξω από τη ζώνη 64 προστασίας του Μ/Σ 3.1.5 Βραχυκυκλώµατα που εµφανίζονται εσωτερικά, στο 65 ντεπόζιτο του Μ/Σ 3.1.6 Αστοχίες σχεδίασης και υλικών 66 3.1.7 Τα συστήµατα προστασίας του Μ/Σ 67 3.1.8 Το όργανο του ρυθµιστή τάσης 67 3.1.9 Μονωτικό έλαιο του Μ/Σ και του µεταγωγικού διακόπτη 67 3.1.10 Μεταφερόµενες ταλαντώσεις δονήσεις στο µεταγωγέα 69 τάσης υπό φορτίο από το σώµα του Μ/Σ 3.1.11 Ο αποσυγχρονισµός µεταγωγέα τάσης µε τρεις 70 12

µονοφασικούς µεταγωγείς 3.2 Σφάλµα στο µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο του Μ/Σ ισχύος 70 Νο1 του υποσταθµού Υ.Τ./Μ.Τ. και αντιµετώπισή του 3.3 Χηµική ανάλυση του µονωτικού ελαίου του µεταγωγικού 70 διακόπτη και σχόλια για την κατάστασή του 3.4 Συντήρηση του µεταγωγικού διακόπτη 76 3.5 Επιθεώρηση του συστήµατος οδήγησης και των σχετικών 103 διατάξεων 3.6 Εκτίµηση της λειτουργίας του µεταγωγέα τάσης µετά τις 103 πρώτες ενέργειες αντιµετώπισης του σφάλµατος 3.7 οκιµές στο ρυθµιστή τάσης µέσω της συσκευής 103 εξοµοίωσης OMICRON 3.8 εύτερη εκτίµηση της λειτουργίας του µεταγωγέα τάσης σχετικά µε την αντιµετώπιση του σφάλµατος 104 4 Προσοµοίωση Μ/Σ υψηλής τάσης µε µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο µε χρήση του προγράµµατος MatLab/SimuLink 105 4.1 Το µοντέλο και οι τεχνικές παράµετροί του 105 4.1.1 Ρυθµιζόµενη τριφασική πηγή τάσης- ισοδύναµη σύνθετη 105 αντίσταση 4.1.2 Ωµικό-επαγωγικό φορτίο και συστοιχία εγκάρσιων 107 πυκνωτών αντιστάθµισης 4.1.3 Γραµµή µεταφοράς 25 kv 109 4.1.4 Ζυγοί 120 kv και 25 kv 110 4.1.5 Ο Μ/Σ 120 kv /25 kv 112 4.1.5.1 Οι τεχνικές παράµετροι του Μ/Σ 112 4.1.5.2 Οι τεχνικές παράµετροι του ρυθµιστή τάσης 115 4.1.6 Ο παλµογράφος 116 4.2 Ανάλυση της λειτουργίας του µοντέλου 117 4.2.1 Οι διατάξεις του Μ/Σ ισχύος και των επιλογέα και 117 µεταγωγικού διακόπτη 4.2.2 Η διάταξη του ρυθµιστή τάσης και του υποσυστήµατος 118 ελέγχου για τις λειτουργίες του κινητηρίου συστήµατος 4.2.3 Μεταγωγικός διακόπτης και επιλογέας του Μ/Σ ισχύος 125 4.3 Μελέτη της λειτουργίας του µεταγωγέα τάσης 128 4.3.1 Ορθή λειτουργία του ρυθµιστή τάσης 129 4.3.2 Εφαρµογή σφαλµάτων στο ρυθµιστή τάσης 131 4.3.2.1 Aπενεργοποίηση της βαθµίδας του συγκριτή που δίνει σήµα 131 για την εντολή DOWN του κινητήρα 4.3.2.2 Aπενεργοποίηση της βαθµίδας του συγκριτή που δίνει σήµα 132 για την εντολή UP του κινητήρα 4.3.2.3 Aπενεργοποίηση της βαθµίδας που εισάγει τη χρονική 133 καθυστέρηση 4.3.3 Συµπεράσµατα 135 13

Βιβλιογραφία 137 14

1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά Το Σύστηµα Ηλεκτρικής Ενέργειας αποτελείται από τους σταθµούς παραγωγής, τις γραµµές µεταφοράς, το δίκτυο διανοµής και τους καταναλωτές της ηλεκτρικής ενέργειας. Όλος ο εξοπλισµός που χρησιµοποιείται στα Σ.Η.Ε. σχεδιάζεται για να λειτουργεί ικανοποιητικά όταν η τάση τροφοδοσίας του είναι ίση µε ένα επίπεδο τάσης, την ονοµαστική τάση V ON. Αν η τάση τροφοδοσίας αποκλίνει από αυτήν την τιµή περισσότερο από ±10%, οι συσκευές καταπονούνται, περιορίζεται η απόδοσή τους και ο αναµενόµενος χρόνος ζωής µειώνεται. Έτσι, οι τάσεις στους ζυγούς του συστήµατος πρέπει να διατηρούνται σταθερές. Επίσης, η συχνότητα της εναλλασσόµενης τάσης πρέπει να βρίσκεται σε καθορισµένα όρια του ±0.05 Hz της f ON, καθώς η µεταβολή της επηρεάζει τη λειτουργία των διαφόρων διατάξεων που συνδέονται στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπρόσθετα, πάντα σε ένα Σ.Η.Ε. µε ενδιαφέρει να έχω τις µικρότερες δυνατές απώλειες µεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας για την καλύτερη απόδοση του συστήµατος. Ακόµη, το σύστηµά µου πρέπει να είναι ευσταθές. Αυτό σηµαίνει ότι, όταν συµβεί µία διαταραχή σε αυτό, να µπορέσουν οι γεννήτριές του να παραµείνουν σε συγχρονισµό και να οδηγηθούν σε µία νέα κατάσταση ισορροπίας. ιαφορετικά το σύστηµα αποσυγχρονίζεται και καταρρέει, διακόπτοντας την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές του. 1.1.1 Η διακύµανση των φορτίων των καταναλωτών Τα φορτία των καταναλωτών δεν είναι σταθερά κατά τη διάρκεια της ηµέρας. Οι µεταβολές στο µέτρο και το συντελεστή ισχύος των φορτίων επηρεάζουν τις τάσεις των ζυγών, τη ροή ισχύος στις γραµµές µεταφοράς και την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος στις γεννήτριες. Ακόµη, η διαφορά µεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης, λόγω των µεταβολών στα φορτία, προκαλεί διακυµάνσεις στη συχνότητα f του ηλεκτρικού δικτύου. 1.1.2 Οι τάσεις των ζυγών Οι µεταβολές της τάσης ενός ζυγού οφείλονται κυρίως στην ανισότητα της αέργου ισχύος εισόδου στο ζυγό και αέργου ισχύος εξόδου απ το ζυγό. Όταν η άεργος ισχύς εισόδου στο ζυγό είναι µεγαλύτερη από την άεργο ισχύ εξόδου από το ζυγό, το µέτρο της τάσης του ζυγού αυξάνεται για να ισορροπήσει τις 2 ισχείς, ενώ,όταν η η άεργος ισχύς εισόδου στο ζυγό είναι µικρότερη από την άεργο ισχύ εξόδου από το ζυγό, το µέτρο της τάσης του ζυγού µειώνεται. Για να διατηρήσουµε σταθερό το µέτρο της τάσης ενός ζυγού χρειάζεται να αντισταθµίζουµε τις αυξοµειώσεις της αέργου ισχύος του φορτίου. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιούµε στο ζυγό τοπικές συσκευές παραγωγής ή κατανάλωσης αέργου ισχύος [1], όπως είναι οι εγκάρσιοι πυκνωτές ή πηνία, οι σύγχρονοι αντισταθµιστές και οι στατικοί αντισταθµιστές αέργου ισχύος. Επίσης, για τον έλεγχο της τάσης ενός ζυγού χρησιµοποιείται ο έλεγχος της διέγερσης των γεννητριών (είναι το κυριότερο µέσο ελέγχου και ελέγχει την τάση των ζυγών παραγωγής) και οι µετασχηµατιστές ελέγχου του λόγου σπειρών, τύπου υπό φορτίο. Αυτοί οι µετασχηµατιστές διαθέτουν το λεγόµενο Σύστηµα Αυτόµατης Ρύθµισης Φορτίου ή Μεταγωγέα τάσης υπό φορτίο (On Load Tap Changer). 15

1.1.3 Η ροή ισχύος στις γραµµές µεταφοράς Οι πραγµατικές απώλειες στις γραµµές µεταφοράς [1] δίνονται από τον τύπο P= I 2 R µε I & = I& + P I& Q, που είναι το άεργο και ενεργό ρεύµα της γραµµής µεταφοράς αντίστοιχα. Με στόχο τη µείωση των πραγµατικών απωλειών πρέπει να επέµβουµε στην ενεργό και άεργο ισχύ που ρέει σε αυτές. Επειδή η ενεργός ισχύς είναι η ισχύς που καταναλώνει το φορτίο δεν µπορούµε να επέµβουµε σε αυτήν. Εποµένως, η άεργος ισχύς είναι αυτή που θα µας βοηθήσει να ελαχιστοποιήσουµε τις πραγµατικές απώλειες. Ισχύει ο τύπος Q AVE =( V i 2 - V j 2 )/2x, ( 1.1 ) όπουv i, V j είναι οι τάσεις των δύο τερµατικών ζυγών της γραµµής, x είναι η άεργος αντίδραση της γραµµής. Προκύπτει λοιπόν ότι µε τον έλεγχο του µέτρου των τερµατικών τάσεων της γραµµής µεταφοράς ελέγχουµε τη ροή της αέργου ισχύος στη γραµµή. Επιπλέον, τοποθετούµε πηγές παραγωγής αέργου ισχύος τοπικά, στη θέση του φορτίου, ώστε η άεργος ισχύς που παράγεται από τις γεννήτριες και µεταφέρεται µέσω των γραµµών να µειωθεί. Επίσης, µία γραµµή µεταφοράς διαθέτει ένα όριο µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας [2] πέραν του οποίου δεν µπορούµε να διακινήσουµε άλλη ενέργεια. Κατά τη ροή ρεύµατος µέσω αγωγών, λόγω των απωλειών µεταφοράς P=I 2 R µε I & = I& + P I& Q, παράγεται θερµότητα που προκαλεί αύξηση της θερµοκρασίας τους. Η θερµοκρασία αυτή πρέπει να διατηρείται µέσα σε ασφαλή όρια, γεγονός που επιβάλλει περιορισµούς στο µέγιστο ρεύµα που µπορούν µε ασφάλεια να µεταφέρουν. Ακόµη, οι γραµµές µεταφοράς σχεδιάζονται να λειτουργούν υπό ορισµένο επίπεδο τάσης V. Με βάση τους περιορισµούς όσον αφορά το µέγιστο ρεύµα και την τάση λειτουργίας µίας γραµµής υπάρχει ένας περιορισµός όσον αφορά τα MVA που µπορεί µε ασφάλεια να µεταφέρει και κατά συνέπεια και τα MW, οι τιµές αυτές ονοµάζονται θερµικό όριο µεταφοράς ισχύος. 8 Στατικό όριο ευστάθειας [2] είναι το όριο µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υπό στατικές συνθήκες, δηλαδή υπό συνθήκες όπου δεν παρατηρούνται διαταραχές στο Σ.Η.Ε.. Το στατικό όριο ευστάθειας για µία γραµµή µεταφοράς χωρίς απώλειες δίνεται από τον τύπο P V X V i j max =, ( 1.2 ) όπουv i, V j είναι οι τάσεις των δύο τερµατικών ζυγών της γραµµής, X είναι η άεργος αντίδραση της γραµµής. Έτσι, τοποθετούµε εν σειρά πυκνωτές στη γραµµή µεταφοράς, καθώς µειώνουν την άεργο αντίδραση της γραµµής και έτσι αυξάνουν το στατικό όριο ευστάθειας της γραµµής, βελτιώνοντας την ευστάθεια του συστήµατος. Σε ένα Σ.Η.Ε. µπορεί να συµβούν διάφορες διαταραχές [2], όπως σφάλµα σε ζυγό, αιφνίδιες µεταβολές φορτίου, απώλειες παραγωγής, βραχυκυκλώµατα σε γραµµές µεταφοράς κ.ά.. Οι ανωτέρω διαταραχές προκαλούν έντονες µεταβολές στα χαρακτηριστικά του συστήµατος, ανακατανοµή της ροής ισχύος και συνεπώς ηλεκτροµηχανικές ταλαντώσεις στους δροµείς των γεννητριών. Οι ηλεκτροµηχανικές ταλαντώσεις µπορεί να οδηγήσουν σε αποσυγχρονισµό µερικών ή όλων των µηχανών. Το όριο µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας πέραν του οποίου, 16

όταν συµβεί µία διαταραχή στο σύστηµα, αυτό δε θα µπορέσει να παραµείνει σε συγχρονισµό και να καταλήξει σε µία νέα κατάσταση ισορροπίας αλλά θα αποσυγχρονιστεί και θα καταρρεύσει ονοµάζεται όριο µεταβατικής ευστάθειας του Σ.Η.Ε.. Όταν αυξάνεται η ηλεκτρική ενέργεια που µεταφέρει µία γραµµή µεταφοράς πρέπει να ελέγξουµε την άεργο ισχύ για να αποκαταστήσουµε το όριο µεταβατικής ευστάθειας. 1.2 Έλεγχος της τάσης των ζυγών µε µετασχηµατιστή Υπάρχουν δύο κατηγορίες µετασχηµατιστών που συµβάλλουν στον έλεγχο της τάσης. Είναι οι µετασχηµατιστές που έχουν τη δυνατότητα αλλαγής του ονοµαστικού λόγου σπειρών τους µέσω του µηχανισµού µεταγωγής τάσης και έτσι αντισταθµίζουν µικρές µεταβολές του πλάτους της τάσης σε κάποιο ζυγό. Αυτοί ονοµάζονται µετασχηµατιστές µε µεταγωγέα τάσης ( Ρυθµιζόµενης Τάσης ). Καθώς και οι µετασχηµατιστές που ρυθµίζουν το πλάτος και τη φασική γωνία της τάσης σε ενδιάµεσο σηµείο της γραµµής, και όχι στα άκρα της, και ονοµάζονται µετασχηµατιστές αντιστάθµισης (Boosters) [3]. Η αύξηση της τάσης σε ενδιάµεσο σηµείο της γραµµής µπορεί να είναι επιθυµητή για τεχνικούς και οικονοµικούς λόγους. Αυτοί οι µετασχηµατιστές τοποθετούνται ως µία πρόσθετη συσκευή σε υποσταθµούς ή σαν µία ξεχωριστή συσκευή σε οποιοδήποτε ενδιάµεσο σηµείο της γραµµής. 1.3 Τύποι Μεταγωγέων Τάσης Ο µεταγωγέας τάσης είναι µία διάταξη που αποτελείται από δύο διακόπτες που προσθέτουν ή αφαιρούν σπείρες στο πρωτεύον ή στο δευτερεύον τύλιγµα του Μ/Σ και έτσι αλλάζουν τον αριθµό των ενεργών σπειρών στο τύλιγµα αυτό. Για την πρόσθεση ή αφαίρεση σπειρών υπάρχουν οι λεγόµενες απολήξεις. Οι απολήξεις είναι προεκτάσεις από ένα επιπλέον τύλιγµα που συνδέεται εν σειρά µε το τύλιγµα του Μ/Σ, που τοποθετείται. Αυτές αναχωρούν από το πρόσθετο τύλιγµα και οδηγούνται στον πρώτο διακόπτη που τις επιλέγει κατάλληλα, ο διακόπτης αυτός ονοµάζεται επιλογέας. Στη συνέχεια, µέσω του δεύτερου διακόπτη, που ονοµάζεται µεταγωγικός διακόπτης, γίνεται η µεταγωγή του ρεύµατος φορτίου από την προηγούµενη απόληξη στην επιθυµητή. Με την επιλογή κάποιας απόληξης και τη ροή του ρεύµατος φορτίου µέσω αυτής εισάγουµε κάποιο επιπλέον τµήµα στο τύλιγµα του Μ/Σ και άρα αυξάνονται οι σπείρες στην πλευρά αυτή ή αφαιρούµε κάποιο τµήµα και έτσι µειώνονται οι σπείρες. Οι µετασχηµατιστές που διαθέτουν µεταγωγέα τάσης εντάσσονται σε δύο κύριους τύπους. Οι µετασχηµατιστές που ο λόγος µετασχηµατισµού τους αλλάζει όταν είναι αποσυνδεδεµένοι από το ηλεκτρικό δίκτυο και αυτοί που αλλάζει όταν είναι σε λειτουργία και τροφοδοτούν κάποιο φορτίο. Οι δύο τύποι µεταγωγέων τάσης ονοµάζονται Μεταγωγέας Τάσης Χωρίς Φορτίο και Μεταγωγέας Τάσης Υπό Φορτίο, αντίστοιχα [4]. Με την εξάπλωση και τη διασύνδεση των ηλεκτρικών συστηµάτων είναι συχνά απαραίτητο να αλλάξουµε το λόγο µετασχηµατισµού ενός Μ/Σ πολλές φορές ηµερησίως για να επιτύχουµε την απαιτούµενη µεταβολή της τάσης σε κάποιο ζυγό. Η απαίτηση για συνεχή εξυπηρέτηση και η δυσκολία της συχνής αποσύνδεσης του Μ/Σ από τη γραµµή προκειµένου να επιτύχουµε µία αλλαγή στο λόγο τάσεων έχει οδηγήσει στη χρήση του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο. 17

1.4 Μεταγωγέας Τάσης Υπό Φορτίο 1.4.1 Βασικές συνθήκες λειτουργίας του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο Ηλεκτρικά, δύο βασικές συνθήκες πρέπει να ικανοποιούνται κατά τη λειτουργία ενός µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο [5]. 1) Το ρεύµα φορτίου στο τύλιγµα του Μ/Σ δεν πρέπει να διακόπτεται κατά τη διάρκεια µίας µεταγωγής. 2) Η µεταγωγή πρέπει να πραγµατοποιείται χωρίς να βραχυκυκλώνεται κάποιο κοµµάτι µε απολήξεις στο τύλιγµα. Αυτές οι συνθήκες κάνουν απαραίτητη την εισαγωγή ενός είδους σύνθετης αντίστασης µεταγωγής κατά τη διάρκεια της φάσης µεταγωγής από µία απόληξη σε µία άλλη. Τέτοιου είδους σύνθετη αντίσταση µεταγωγής παρέχεται είτε µε µία αντίσταση είτε µε ένα πηνίο. Το µέγεθος της σύνθετης αντίστασης και η µέθοδος σύνδεσής της στο κύκλωµα καθορίζονται από ένα πλήθος αντικρουόµενων απαιτήσεων. Οι κυριότερες είναι οι ακόλουθες : 1) εν πρέπει να υπάρχουν υπερβολικές αυξοµειώσεις τάσεως κατά τη διάρκεια του κύκλου µεταγωγής. 2) Το κυκλωµατικό ρεύµα µεταξύ των απολήξεων στη θέση µετάβασης δεν πρέπει να είναι υπερβολικό. 3) Η διάρκεια του τόξου, όταν συµβαίνει διακοπή του ρεύµατος, πρέπει να είναι µικρή έτσι ώστε η διάβρωση των επαφών και η αλλοίωση του λαδιού να είναι η ελάχιστη δυνατή. 1.4.2 Θέση του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο Όσον αφορά τη θέση του µεταγωγέα τάσης δεν υπάρχει συγκεκριµένος κανόνας για την τοποθέτησή του σε σχέση µε το 1 ον ή το 2 ον τύλιγµα. Γενικά, είναι επιθυµητό να τοποθετούµε το µεταγωγέα στο τύλιγµα υψηλής τάσης εξαιτίας του µικρότερου ρεύµατος. Η θέση του θα βρεθεί µε βάση την εφαρµογή στην οποία θα χρησιµοποιηθεί ο Μ/Σ. Αν η τάση του τυλίγµατος υψηλής τάσης γίνει τόσο µεγάλη ώστε να είναι δύσκολο να µονώσουµε τα τµήµατα του µεταγωγέα, ο µεταγωγέας τοποθετείται µερικές φορές στο τύλιγµα χαµηλής τάσης. Αν το ρεύµα στο τύλιγµα χαµηλής τάσης είναι πολύ µεγάλο για την ικανότητα του διακόπτη µεταγωγής, ή η τάση και των δύο τυλιγµάτων είναι πολύ υψηλή, χρειάζεται ένας Μ/Σ σε σειρά [4]. 1.5 Τύποι Μεταγωγέων Τάσης Υπό Φορτίο Οι µεταγωγείς τάσης µε βάση τη σύνθετη αντίσταση µεταγωγής που διαθέτουν κατηγοριοποιούνται σε τύπου Αντίστασης και τύπου Πηνίου [5]. Ο µεταγωγέας τάσης µε σύνθετη αντίσταση µεταγωγής τύπου Αντίστασης εκ της δοµής του έχει το πλεονέκτηµα ότι το ρεύµα που διακόπτεται και η τάση ανάκτησης κατά µήκος της επαφής είναι σε φάση. Αυτό σηµαίνει ότι το τόξο σβήνει όταν το ρεύµα µηδενίζεται και ότι η τάση ανάκτησης δεν αυξάνεται στο µέγιστο για άλλο ένα τέταρτο του κύκλου (90 ). Ο µοντέρνος µεταγωγέας τάσης υψηλής-ταχύτητας τύπου 18

αντίστασης λειτουργεί τόσο γρήγορα που µε την αντίσταση µεταγωγής το τόξο παραµένει για µόνο περίπου µισό κύκλο. Γι αυτό το λόγο υπάρχει µία ελάχιστη διάβρωση επαφής και αλλοίωση του µονωτικού µέσου. Ο µεταγωγέας τάσης µε σύνθετη αντίσταση µεταγωγής τύπου Πηνίου έχει το πλεονέκτηµα της απουσίας των υψηλής-ταχύτητας διακοπτικών µηχανισµών αλλά το µειονέκτηµα ότι το ρεύµα κατά τη διακοπή και η τάση ανάκτησης κατά µήκος της επαφής τη στιγµή του ανοίγµατος είναι σε φάση 90. Το άνοιγµα της επαφής υπό αυτή τη συνθήκη υποθάλπει τη δηµιουργία του τόξου που οδηγεί σε υπερβολική διάβρωση της επαφής και έτσι σε αλλοίωση του µονωτικού µέσου, ως τόξο, κατά µέσο όρο, διαρκεί από 3 έως 4 ηµικύκλια. Επίσης, οι µεταγωγείς µε πηνίο παρουσιάζουν το µειονέκτηµα της τοποθέτησης του πηνίου αυτού στο κύριο ντεπόζιτο του Μ/Σ, ενώ είναι πιο εύκολο και περισσότερο οικονοµικό να χρησιµοποιείς αντιστάσεις, που τοποθετούνται στο µεταγωγέα τάσης. Οι µεταγωγείς τάσης τύπου Αντίστασης έχουν τώρα σχεδόν τελείως αντικαταστήσει τον τύπο Πηνίου σε πολλά µέρη του κόσµου. Στη συνέχεια, θα αναφερθούµε στο µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο, τύπου Αντίστασης. 1.6 Μεταγωγέας Τάσης Υπό Φορτίο Τύπου Αντίστασης Υπάρχουν δύο τύποι µεταγωγέων τάσης µε αντίσταση µεταγωγής. Η διαδικασία µεταγωγής σε αυτές τις διατάξεις µπορεί να ταξινοµηθεί ως ο κύκλος µεταγωγής Pennant και ο κύκλος µεταγωγής Flag [5]. Ο µεταγωγέας τάσης του κύκλου µεταγωγής pennant χρησιµοποιεί έναν επιλογέα που συνδυάζει τις λειτουργίες της επιλογής των απολήξεων και της µεταφοράς του ρεύµατος. Τα περισσότερα σχέδια του τύπου αυτού διαθέτουν έναν περιστρεφόµενο τύπο επιλογικού διακόπτη. Γενικά, χρησιµοποιείται µία µονή αντίσταση που παρέχει έναν µη συµµετρικό κύκλο µεταγωγής. Προς τη µία κατεύθυνση κίνησης, ένα κυκλωµατικό ρεύµα περνά πριν διακοπεί το κυρίως ρεύµα, ενώ κατά την αντίστροφη κατεύθυνση το κυρίως ρεύµα διακόπτεται πριν ξεκινήσει να περνά ένα κυκλωµατικό ρεύµα. Το ρεύµα φορτίου και το κυκλωµατικό ρεύµα της αντίστασης πρέπει να είναι τέτοια ώστε να αφαιρούνται, που συνεπάγεται ύπαρξη ροής ισχύος προς µία κατεύθυνση ή µειωµένης τιµής προς την ανάστροφη κατεύθυνση. Ο µεταγωγέας τάσης του κύκλου µεταγωγής flag χρησιµοποιεί έναν επιλογέα απολήξεων σε σύνδεση µε έναν ξεχωριστό διακόπτη µεταγωγής. Χρησιµοποιούνται δύο αντιστάσεις, δηµιουργώντας συµµετρικό κύκλο µεταγωγής. Με αυτή τη ρύθµιση, το κυρίως ρεύµα διακόπτεται από την κύρια επαφή πριν ξεκινήσει να περνά ένα κυκλωµατικό ρεύµα. Ο συνδυασµένος τύπος µεταγωγικού διακόπτη /επιλογέα διαθέτοντας διπλή αντίσταση ξεπερνά τον περιορισµό της µονοκατευθυντικής ροής ισχύος. Γενικά, οι δύο τύποι, Pennant και Flag, ταξινοµούνται στους Μονού και ιπλού Θαλάµου µεταγωγείς τάσης, αντίστοιχα [6]. Ο τύπος ιπλού Θαλάµου διαθέτει ένα θάλαµο που περιέχει τους επιλογείς οι οποίοι όταν λειτουργούν δε συνδέουν και δεν αποσυνδέουν το ρεύµα φορτίου και το κυκλωµατικό και ένα δεύτερο θάλαµο που περιέχει τους διακόπτες και τις αντιστάσεις µεταγωγής. Σε αυτόν το θάλαµο πραγµατοποιούνται όλες οι µεταγωγές και εµφανίζεται το ηλεκτρικό τόξο και, γι αυτό το λόγο, σε αυτόν αλλοιώνεται το µονωτικό µέσο. Υπάρχουν δύο τύποι µε κριτήριο το µονωτικό µέσο, είναι αυτοί που διαθέτουν έλαιο και αυτοί που διαθέτουν κενό στο θάλαµο µε τους διακόπτες και τις αντιστάσεις µεταγωγής. Εξαιτίας, λοιπόν, της εµφάνισης ηλεκτρικών τόξων είναι σύνηθες να εξασφαλίζουµε ότι ο θάλαµος αυτός διαχωρίζεται από το κυρίως ντεπόζιτο του Μ/Σ. Οι µεταγωγείς τάσης 19

τύπου ιπλού Θαλάµου µπορούν επίσης να ταξινοµηθούν σε αυτούς εντός του κύριου ντεπόζιτου του Μ/Σ και σε αυτούς που τοποθετούνται έξω από αυτό. Το σχήµα 1.1 δείχνει τις διάφορες µεταγωγικές διατάξεις για τους µεταγωγείς τάσης τύπου αντίστασης. Το σχήµα 1.1-α δείχνει τη διάταξη που χρησιµοποιείται στο µεταγωγέα τάσης του Μονού Θαλάµου, ενώ τα σχήµατα 1.1-β έως 1.1-δ δείχνουν τις διατάξεις που συναντούµε στο µεταγωγέα τάσης του ιπλού Θαλάµου. Σχήµα 1.1. Μεταγωγικές διατάξεις για τους µεταγωγείς τάσης τύπου αντίστασης [6]. (α) ιάταξη του µεταγωγέα τάσης Μονού Θαλάµου. (β),(γ),(δ) ιατάξεις του µεταγωγέα τάσης ιπλού Θαλάµου. Κατά τον κύκλο Flag η αλλαγή της τάσης περιλαµβάνει 4 βήµατα, ενώ στον κύκλο Pennant πραγµατοποιείται µόνο µε δύο βήµατα. Οι µεταγωγείς τάσης µε ένα θάλαµο αναπτύχθηκαν ευρέως προκειµένου να προσφέρουν µία οικονοµική διάταξη για µεσαίου µεγέθους Μ/Σ τοπικής διανοµής, ενώ σε µεγαλύτερους Μ/Σ χρησιµοποιούνται συνήθως οι µεταγωγείς τάσης µε το διπλό θάλαµο. 1.7 Η µορφή του Επιλογέα του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο 1.7.1 Γενικά Στις δοµές µε απολήξεις σε µετασχηµατιστές ισχύος παρουσιάζονται έντονα ηλεκτρικά και µηχανικά προβλήµατα εξαιτίας του µεγάλου διασταυρούµενου τµήµατος από αγωγούς καθώς και των τάσεων που εµφανίζονται κατά µήκος της έκτασης που υπάρχουν οι απολήξεις. Οι απολήξεις αναχωρούν από το πρόσθετο τύλιγµα του Μ/Σ και προσδένονται σταθερά στο διακόπτη που θα τις επιλέξει κατάλληλα. Υπάρχουν τρεις βασικές διατάξεις Επιλογέων σε κοινή χρήση για τη δηµιουργία της έκτασης µε τις απολήξεις [5], σχήµα 1.2, και εξηγούνται παρακάτω. 20

Σχήµα 1.2. Μέθοδοι για τη δηµιουργία της έκτασης µε τις απολήξεις [7]. 1) Επιλογέας µικρού βήµατος. 2) Επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> αντιστροφής. 3) Επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> µεγάλου βήµατος. 1.7.2 Επιλογέας µικρού βήµατος Ο Επιλογέας Μικρού Βήµατος δηµιουργεί ένα τύλιγµα µε τις απολήξεις σε διάταξη όπως φαίνονται στο σχήµα 1.2-1. Οι σπείρες µε τις απολήξεις προστίθενται ή αφαιρούνται σε σειρά µε το κύριο τύλιγµα και έτσι µεταβάλλεται ο λόγος µετασχηµατισµού [5]. Η επιλογή γίνεται ξεχωριστά για τις µονές και τις ζυγές απολήξεις. Η µηχανική διάταξη αυτών των επιλογέων µπορεί να είναι είτε περιστροφική είτε γραµµική. Η µορφή αυτή της έκτασης µε τις απολήξεις χρησιµοποιείται σε µετασχηµατιστές ισχύος µε µέτριες κλίµακες ρύθµισης, µέχρι ένα µέγιστο του 20% [7]. 1.7.3 Επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> αντιστροφής Το σχήµα 1.2-2 δείχνει ένα τύλιγµα µε απολήξεις που µπορεί να αντιστραφεί. Η αντιστροφή αυτή πραγµατοποιείται µε έναν επιλογέα <<αλλαγής θέσης>>, όπως ονοµάζεται, και το τύλιγµα µε τις απολήξεις προστίθεται ή αφαιρείται από το κύριο τύλιγµα έτσι ώστε ο αριθµός των απολήξεων στην κλίµακα ρύθµισης να αυξάνεται ή να µειώνεται [5]. Κατά τη διάρκεια αυτής της λειτουργίας το τύλιγµα µε τις απολήξεις αποσυνδέεται από το κύριο τύλιγµα. Ο επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> αποτελεί τµήµα του επιλογέα των απολήξεων µικρού βήµατος, που αναφέραµε προηγούµενα. Η επιλογή και εδώ γίνεται ξεχωριστά για τις µονές και τις ζυγές απολήξεις, ενώ η µηχανική διάταξη των επιλογέων είναι περιστροφική. Μία περιστροφή του µηχανισµού του <<διπλού επιλογέα>> των απολήξεων ακολουθείται από µία λειτουργία του επιλογέα <<αλλαγής θέσης>>, που αντιστρέφει 21

το τύλιγµα µε τις απολήξεις, και τέλος, ακολουθεί µία επιπλέον κίνηση του <<διπλού επιλογέα>> [7]. 1.7.4 Επιλογέας <<αλλαγής θέσης>> µεγάλου βήµατος Η διάταξη που φαίνεται στο σχήµα 1.2-3 έχει ένα τµήµα απολήξεων µεγάλου βήµατος ως επέκταση του κυρίως τυλίγµατος και οι απολήξεις σε αυτό δείχνονται από έναν επιλογέα <<αλλαγής θέσης >>. ιαµέσου του επιλογέα <<αλλαγής θέσης >> µεγάλου βήµατος το τύλιγµα µε τις απολήξεις µικρού βήµατος συνδέεται είτε στην απόληξη µε το + είτε µε το του τυλίγµατος µεγάλου βήµατος. Με τον τρόπο αυτό προστίθεται ή αφαιρείται, αντίστοιχα, τµήµα µε απολήξεις στο κύριο τύλιγµα του Μ/Σ [5]. Επίσης κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του επιλογέα µεγάλου βήµατος το τύλιγµα µε τις απολήξεις αποσυνδέεται από το κύριο τύλιγµα. Οι οδηγοί των απολήξεων µικρού βήµατος αναχωρούν προς δύο περιστροφικούς επιλογείς των απολήξεων, ο ένας δείχνει τους µονούς αριθµούς απολήξεων και ο άλλος τους ζυγούς. Οι επιλογείς των απολήξεων, δρώντας διαδοχικά, κάνουν δύο περιστροφές για να καλύψουν την έκταση, µία περιστροφή µε το τµήµα απολήξεων µεγάλου βήµατος εκτός λειτουργίας και η άλλη µε το τµήµα αυτό εντός µετά τη λειτουργία του επιλογέα <<αλλαγής θέσης>> [7]. 22

2 Ο Μ/Σ ισχύος 150kV/ 21 kv, Νο 1 του υποσταθµού Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά και το περιβάλλον του Τα Ελληνικά Ναυπηγεία Σκαραµαγκά τροφοδοτούνται από τη γραµµή µεταφοράς 150 kv που συνδέει το Κέντρο Υπερυψηλής Τάσεως Κουµουνδούρου µε τον Ατµοηλεκτρικό Σταθµό Αγ. Γεωργίου, σχέδιο 2.1 και σχήµα 2.1. Σχέδιο 2.1. Το µονογραµµικό σχέδιο του υποσταθµού Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [8]. Σχήµα 2.1. Γραµµή µεταφοράς 150 kv [9]. 23

2.1 Ο υποσταθµός Υ.Τ./Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά και ο εξοπλισµός του Ένας υποσταθµός (Υ/Σ) αποτελείται από ένα πλήθος ηλεκτρικών διατάξεων, σχέδιο 2.1 και εικόνα 2.1. Οι µετασχηµατιστές ισχύος, εικόνα 2.1, είναι απαραίτητοι σε έναν Υ/Σ για να µεταβάλλουν προς τα πάνω ή προς τα κάτω την εναλλασσόµενη τάση. Εκτός από τους µετασχηµατιστές ισχύος, ο υποσταθµός διαθέτει διάφορες άλλες διατάξεις [10] περιλαµβάνοντας τους ζυγούς, τους αποζεύκτες, τους διακόπτες γείωσης, τους διακόπτες ισχύος, τους συλλέκτες των υπερτάσεων από κεραυνούς ή διακοπτικές λειτουργίες, τους µετασχηµατιστές τάσης, τους µετασχηµατιστές ρεύµατος, την αντίσταση γείωσης στον ουδέτερο του τυλίγµατος κατά Υ του Μ/Σ ισχύος, τα εγκάρσια πηνία, τους εγκάρσιους πυκνωτές και άλλες. Εικόνα 2.1. Ο Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. Ο Μ/Σ ισχύος καλύπτεται από µία προστατευτική ζώνη µέσα στην οποία παρέχεται προστασία στο Μ/Σ. Τα όρια της ζώνης αυτής σηµατοδοτούνται από τη θέση των Μ/Σ ρεύµατος. Η προστασία του Μ/Σ περιλαµβάνει προστασία υπερρεύµατος, σφαλµάτων γης, διαφορική κ.ά.. Τα προστατευτικά ρελαί συνδέονται στα δευτερεύοντα των Μ/Σ ρεύµατος και τάσης. Τα εσωτερικά σφάλµατα ή οι ανώµαλες συνθήκες στην προστατευτική ζώνη του Μ/Σ θέτουν σε λειτουργία το αντίστοιχο προστατευτικό ρελαί. Η λειτουργία του προστατευτικού ρελαί προκαλεί την έναρξη 24

ενός συναγερµού ή ενεργοποίηση των προστατευτικών διακοπτών του Μ/Σ, και έτσι ο Μ/Σ σβήνει αυτόµατα. Για την περιγραφή της λειτουργίας των διατάξεων του Υ/Σ µπορούµε να αναφέρουµε ότι, στους ζυγούς συνδέονται τα ηλεκτρικά κυκλώµατα που φθάνουν και αναχωρούν από αυτούς, εικόνες 2.2, 2.3. Εικόνα 2.2. Ο ζυγός Υ.Τ. του Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. Εικόνα 2.3. Ο ζυγός Μ.Τ. του Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. Οι αποζεύκτες [12] ανοίγουν ή κλείνουν ένα κύκλωµα υπό σχεδόν µηδενική ισχύ, εικόνα 2.4. ηλαδή, δεν έχουν εν γένει την ικανότητα διακοπής φορτίων και πρέπει να ανοίγουν ή να κλείνουν µόνο όταν κάποιος άλλος διακόπτης ( φορτίου ή αυτόµατος ) είναι ανοιχτός. Χρησιµοποιούνται γιατί στη θέση διακοπής δηµιουργούν µονωτικό διάκενο προστασίας µεταξύ των δύο τµηµάτων της εγκατάστασης που 25

παρεµβάλλονται και ταυτόχρονα υπάρχει ορατός έλεγχος απόζευξης των επαφών έτσι ώστε να πραγµατοποιούνται µε ασφάλεια εργασίες και συντήρηση στην εγκατάσταση. Εικόνα 2.4. Ο αποζεύκτης Υ.Τ. του Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. Στη συνέχεια, οι διακόπτες γείωσης (γειωτές) βρίσκονται στη διάταξη των αποζευκτών. Με το άνοιγµα των αποζευκτών εκφορτίζουν την τάση προς τη γη από τις γραµµές που βγαίνουν εκτός λειτουργίας. Οι διακόπτες ισχύος [12], εικόνα 2.5, ανοίγουν ή κλείνουν ένα κύκλωµα υπό κανονικές ή ανώµαλες συνθήκες. ηλαδή, πρόκειται για όργανα που χρησιµοποιούνται κυρίως για προστασία. Εικόνα 2.5. Ο διακόπτης ισχύος Υ.Τ. του Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. 26

Επίσης, υπάρχει συλλέκτης υπερτάσεων, εικόνα 2.6, ( ή εκτροπέας υπερτάσεων ) για να εκφορτίζει προς τη γη τις υπερτάσεις κεραυνών και διακοπτικών λειτουργιών. Οι συλλέκτες υπερτάσεων τοποθετούνται στη µία ή και στις δύο πλευρές µεγάλων και σηµαντικών µετασχηµατιστών. Αυτοί συνδέονται κοντά στους ακροδέκτες των µετασχηµατιστών µεταξύ της γραµµής και της γης. Έτσι προστατεύεται ο Μ/Σ από υπερτάσεις κεραυνών και διακοπτικές λειτουργίες. Ακόµη, υπάρχουν µετασχηµατιστές τάσης και ρεύµατος για να υποβιβάζουν την τάση και το ρεύµα αντίστοιχα, για µετρήσεις, έλεγχο και προστασία. Εικόνα 2.6. Ο συλλέκτης υπερτάσεων στην πλευρά Υ.Τ. του Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. Ο ουδέτερος ενός τυλίγµατος κατά Υ, του Μ/Σ ισχύος, µπορεί να γειώνεται απευθείας (στερεά γείωση ), µέσω µίας αντίστασης ( γείωση µέσω αντίστασης ) ή µε χρήση εν σειρά πηνίου (πηνίο Petersen). Η αντίσταση γείωσης στον ουδέτερο σκοπό έχει την ταχεία απόσβεση του ρεύµατος ασυµµετρίας και σφαλµάτων γης. Το πηνίο Petersen αποσβένει τα µικρά ρεύµατα βραχυκύκλωσης, τα ρεύµατα ασυµµετρίας και εκκίνησης του Μ/Σ. Η επιλογή της µεθόδου γείωσης του ουδετέρου εξαρτάται από τις απαιτήσεις του συστήµατος σχετικά µε το ρεύµα σφάλµατος γης και την προστασία έναντι αυτού, καθώς και την επιλογή της κατάλληλης µόνωσης. Τέλος, εγκάρσια πηνία και πυκνωτές στους ζυγούς χρησιµοποιούνται για την αντιστάθµιση αέργου ισχύος κατά τη φόρτιση µε µικρότερα ή µεγαλύτερα από το ονοµαστικό φορτία. Αυτά συνδέονται είτε απευθείας στους ζυγούς ή στο 3 ον τύλιγµα του Μ/Σ ισχύος µε µηχανικούς ή στερεάς κατάστασης διακόπτες. 27

2.2 Ο Μ/Σ ισχύος 150 kv/21 kv, Νο1 του υποσταθµού Υ.Τ./ Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά Σχέδιο 2.2. Ο Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά µε τους δύο παράλληλους µετασχηµατιστές Ρυθµιζόµενης τάσης 150 kv/21 kv [13]. Ο Υ/Σ Υ.Τ./Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά διαθέτει εκτός από το Μ/Σ ισχύος που βρίσκεται σε λειτουργία και ένα δεύτερο Μ/Σ εκτός λειτουργίας, σε παράλληλη σύνδεση µε τον πρώτο, για εφεδρεία, όπως φαίνεται και στο σχέδιο 2.2. Στη συνέχεια αναφέρουµε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του Μ/Σ ισχύος που µελετήσαµε, εικόνα 2.7, ενώ στο τέλος της εργασίας επισυνάπτουµε και το τεχνικό σχέδιο του Μ/Σ µε τις αναλυτικές διαστάσεις των εξαρτηµάτων του. 28

Εικόνα 2.7. Ο Μ/Σ ισχύος 150 kv/21 kv, Νο1 του υποσταθµού Υ.Τ./ Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. 29

Εικόνα 2.8. Τα τεχνικά στοιχεία του Μ/Σ ισχύος 150 kv/21 kv, Νο1 του υποσταθµού Υ.Τ./ Μ.Τ. των Ναυπηγείων Σκαραµαγκά [11]. Ο Μ/Σ ισχύος Νο1, όπως παρατηρούµε στην εικόνα 2.8, είναι ένας τριφασικός Μ/Σ Ρυθµιζόµενης Τάσης, ονοµαστικής συχνότητας 50 Hz. Ο Μ/Σ υποβιβάζει την τάση από τα 150 kv στα 21kV και η ρύθµιση της τάσης γίνεται στο 1 ον τύλιγµα µέσω ενός µεταγωγέα τάσης, υπό φορτίο, 17 θέσεων. Με τη ρύθµιση αυτή επιτυγχάνουµε την αντιστάθµιση µικρών µεταβολών του πλάτους της τάσης στο ζυγό των 21kV. Είναι µοντέλο TC 2244 B, µε σειριακό αριθµό 6460562101. Το έτος κατασκευής του είναι το 1977 και σχεδιάστηκε σύµφωνα µε τις προδιαγραφές του κανονισµού IEC 76/1967. Σύµφωνα µε τον κανονισµό IEC 354/1972 και τον τρόπο ψύξης του, ο Μ/Σ χαρακτηρίζεται ως µε φυσική κυκλοφορία λαδιού και εξαναγκασµένη και φυσική κυκλοφορία αέρα (ONAF/ONAN). Επίσης, σύµφωνα µε τον κανονισµό IEC 354/1991 και την ονοµαστική φαινόµενη ισχύ του S N χαρακτηρίζεται ως Μέσης Ισχύος [14] καθώς διαθέτει S N έως και 100 MVA και η ονοµαστική σχετική τάση 30

βραχυκύκλωσης δεν ξεπερνά τη σχετική τάση βραχυκύκλωσης αναφοράς u K, ANAΦ. Με 3S N 25 0,1 %, u K ANAΦ =, ( 2.1 ) W όπου W είναι ο αριθµός των µαγνητικών σκελών του Μ/Σ και S N η ονοµαστική φαινόµενη ισχύ του Μ/Σ σε MVA. Για το Μ/Σ αυτό ισχύει 3x25 u K, ANA Φ = 25 0,1 = 22,5% ( 2.2 ) 3 και 14 % u K, N 15,6%, ( 2.3 ) άρα επαληθεύεται ο περιορισµός u K, N u K, ANAΦ. Ακόµη, σηµειώνουµε ότι εφόσον λειτουργεί µε δύο µεθόδους ψύξης η ονοµαστική φαινόµενη ισχύς που αντιστοιχεί σε αυτές είναι S N = 25MVA και S N = 18, 5MVA αντίστοιχα. ηλαδή, παράγει µικρότερη φαινόµενη ισχύ όταν η µέθοδος ψύξης του είναι ONAN. Η οµάδα συνδεσµολογίας του είναι η YNyn0, όπου και τα δύο τυλίγµατα είναι συνδεδεµένα κατά Υ µε τον ουδέτερο του 1 ος στερεά γειωµένο ενώ του 2 ος µέσω αντίστασης. Ο χαρακτηριστικός αριθµός του είναι το 0, που σηµαίνει ότι τα µιγαδικά διανύσµατα της πολικής Μ.Τ. και Υ.Τ. στους αντίστοιχους ακροδέκτες συµπίπτουν. Για τις ονοµαστικές τάσεις 1 ος και 2 ος τυλίγµατος για την 1 η, 7 η και 17 η θέση του µεταγωγέα τάσης, δηλαδή για τις δύο τάσεις µέσα στις οποίες κυµαίνεται η ρύθµιση στην Υ.Τ. αλλά και την 7 η θέση όπου έχουµε τα 150 kv στο 1 ον, ισχύει: Θέση µεταγωγέα Ονοµαστικές τάσεις (V ) 1 ον τύλιγµα 2 ον τύλιγµα 1 161395 21000 7 150067 21000 17 131187 21000 Πίνακας 2.1. Οι ονοµαστικές τάσεις 1 ος και 2 ος τυλίγµατος για την 1 η, 7 η και 17 η θέση του µεταγωγέα τάσης [εικόνα 2.8]. Για τα αντίστοιχα ονοµαστικά ρεύµατα και τη σχετική τάση βραχυκύκλωσης ισχύει: Θέση µεταγωγέα Ονοµαστικά ρεύµατα (Α) u k,n (%) 1 ον τύλιγµα 2 ον τύλιγµα 1 89,4 687,3 15,6 7 96,2 687,3 14,9 17 110,0 687,3 14,1 Πίνακας 2.2. Τα ονοµαστικά ρεύµατα 1 ος και 2 ος τυλίγµατος και η σχετική τάση βραχυκύκλωσης για την 1 η, 7 η και 17 η θέση του µεταγωγέα τάσης [εικόνα 2.8]. Η σχετική τάση βραχυκύκλωσης αποτελεί το ποσοστό της ονοµαστικής τάσης του 1 ος ή 2 ος τυλίγµατος ώστε µε βραχυκυκλωµένο το άλλο τύλιγµα να περάσει ονοµαστικό ρεύµα από το Μ/Σ. Στην εικόνα 2.8 µπορούµε να δούµε µε λεπτοµέρεια τις 31

ονοµαστικές τιµές τάσης και ρεύµατος, που παρατηρούνται στο 1 ον τύλιγµα για τις 17 θέσεις του µεταγωγέα τάσης. Η διάρκεια για το µέγιστο ρεύµα βραχυκυκλώµατος είναι 3 sec. Επίσης, η βασική στάθµη µόνωσης (BIL) είναι τα 750 kv(µέγιστη τιµή) για το 1 ον τύλιγµα, τα 150 kv (µέγιστη τιµή) για τον ουδέτερό του και τα 125 kv(µέγιστη τιµή) για το 2 ον τύλιγµα. Τέλος, ο Μ/Σ είναι συνολικού βάρους 41500 kg ενώ το µονωτικό λάδι που χρησιµοποιείται σε αυτόν είναι µάρκας Shell Diala D και βάρους 10750 kg. 2.3 Η διάταξη του Mεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο στο Μ/Σ ισχύος 150 kv /21 kv, Νο 1 Εικόνα 2.9. Η διάταξη του µεταγωγέα τάσης υπό φορτίο στο Μ/Σ ισχύος 150 kv /21 kv, Νο 1 [11]. Ο Μ/Σ ισχύος που µελετούµε διαθέτει Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο, τύπου Αντίστασης, όπως παρατηρούµε στην εικόνα 2.9. Αυτός αποτελείται από τη διάταξη 32

του Μεταγωγικού ιακόπτη µε τον Επιλογέα των Απολήξεων προσαρτηµένο από κάτω, όπως φαίνεται στο σχήµα 2.2. Για την πραγµατοποίηση της µεταγωγής διαθέτει το Σύστηµα Οδήγησης, σχήµα 2.2, που τοποθετεί στην κατάλληλη θέση τον Επιλογέα των Απολήξεων µαζί µε το Μεταγωγικό ιακόπτη. Βασικά εξαρτήµατα του Συστήµατος Οδήγησης είναι το κιβώτιο στέγασης του κινητήρα και των γραναζιών του και οι κινητήριοι άξονες (εξωτερικοί και εσωτερικοί). Η ενεργοποίηση του κινητήρα πραγµατοποιείται, όταν επιθυµούµε, αυτόµατα µέσω της συσκευής του Ρυθµιστή Τάσης, ο οποίος στέλνει σήµα για αύξηση ή µείωση της τάσης στην έξοδο του Μ/Σ, προκειµένου αυτή να διατηρηθεί στο επιθυµητό επίπεδο. Σχήµα 2.2. Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο [15]. 1.Μεταγωγικός ιακόπτης, 2.Επιλογέας των Απολήξεων, 3.Σύστηµα Οδήγησης (κιβώτιο στέγασης του κινητήρα και των γραναζιών του και οι εξωτερικοί κινητήριοι άξονες ) 33

2.4 Ρυθµιστής Τάσης ΜΚ 20 Ο ρυθµιστής τάσης είναι η συσκευή που αυτόµατα εκκινεί τη µονάδα του κινητήρα και επικοινωνεί µε το µεταγωγέα τάσης µέσω δύο ρελαί. Ωστόσο, πρέπει να σηµειώσουµε ότι η χειροκίνητη λειτουργία πρέπει πάντα να είναι διαθέσιµη για επείγουσα χρήση και, σε µερικές περιπτώσεις, οι µεταγωγείς τάσης διαθέτουν µόνο χειροκίνητο χειρισµό. 2.4.1 Η διάταξη του Ρυθµιστή Τάσης 2.4.1.1 Στέγαση Σχήµα 2.3. Η διάταξη του ρυθµιστή τάσης µέσα στο κιβώτιο στέγασης [16]. Ο ρυθµιστής τάσης τοποθετείται σε ένα µεταλλικό κιβώτιο για ισόπεδη ή χωνευτή τοποθέτηση, σχήµα 2.3. Οι διαστάσεις του κιβωτίου είναι 0,218m- 0,310m-0,100 m το µήκος, ύψος και πάχος αντίστοιχα, ενώ ζυγίζει 3,7 kg. Τον εγκαθιστούµε σε ένα εύκολα προσβάσιµο µέρος στο δωµάτιο ελέγχου ή σε ένα θαλαµίσκο προσαρτηµένο στο κυρίως δοχείο του Μ/Σ. 2.4.1.2 Το κύκλωµα Στο δοµικό διάγραµµα του σχήµατος 2.4 φαίνεται το κύκλωµα του ρυθµιστή τάσης. 34

Σχήµα 2.4. Το δοµικό διάγραµµα της διάταξης του ρυθµιστή τάσης [16]. Το δοµικό διάγραµµα περιλαµβάνει την παροχή ισχύος Σ.Ρ. που τροφοδοτείται από το Μ/Σ τροφοδοσίας, την παραγωγή της τάσης αναφοράς, το Μ/Σ ανίχνευσης τάσης, τον ανορθωτή της τρέχουσας τιµής της τάσης, το κύκλωµα που µπλοκάρει τη µεταγωγή όταν παρατηρηθεί τάση κάτω από ένα όριο. Επίσης, παρατηρούµε το ρελαί σήµανσης συναγερµού όταν υπάρχει υπόταση. Ακόµη, υπάρχουν ένας ενισχυτής συνεχούς ρεύµατος µε κυµαινόµενο κέρδος τάσης, δύο βαθµίδες διέγερσης για ΑΝΥΨΩΣΗ και ΜΕΙΩΣΗ που διεγείρουν το κύκλωµα χρονικής καθυστέρησης και τις αντίστοιχες πύλες AND. Επίσης, παρατηρούµε το κύκλωµα χρονικής καθυστέρησης, που ελέγχεται και από τις δύο βαθµίδες διέγερσης. Οι δύο πύλες AND για ΑΝΥΨΩΣΗ και ΜΕΙΩΣΗ ενεργοποιούν τους ενεργοποιητές των ρελαί µόνο αν και οι τρεις είσοδοί τους ελέγχονται θετικά. Επίσης, υπάρχουν δύο ενεργοποιητές ρελαί µε µονοσταθή χαρακτηριστικά, που κάθε ένας ελέγχεται από την αντίστοιχη πύλη AND. Επιπλέον, οι δύο λυχνίες ένδειξης της ενεργοποίησης για ΑΝΥΨΩΣΗ και ΜΕΙΩΣΗ (LED) ακολουθούν τις αντίστοιχες βαθµίδες διέγερσης. Τέλος, υπάρχει ο αντίστροφος ολοκληρωτής που ακολουθεί τον ενισχυτή συνεχούς ρεύµατος και τον οποίο µπορούµε, αν επιθυµούµε, να απενεργοποιήσουµε. 35

2.4.2 Αρχή Λειτουργίας Ο ρυθµιστής τάσης δεν εκπέµπει σήµα ελέγχου όσο η τάση που ρυθµίζεται, δηλαδή η τρέχουσα τιµή της τάσης, ισούται µε το προκαθορισµένο επίπεδο τάσης ανάµεσα σε καθορισµένα όρια (εύρος ). Μόλις, ωστόσο, η διαφορά µεταξύ του επιπέδου τάσης και της τρέχουσας τιµής της τάσης, δηλαδή η απόκλιση, υπερβεί το προκαθορισµένο εύρος και η διάρκεια αυτής της απόκλισης υπερβεί την προκαθορισµένη καθυστέρηση ένα σήµα ελέγχου ΑΝΥΨΩΣΗΣ ή ΜΕΙΩΣΗΣ στέλνεται για να εκκινήσει τη λειτουργία της µεταγωγής. Ο έλεγχος της τάσης του κύριου Μ/Σ απαιτεί την ύπαρξη ενός Μ/Σ τάσης, που ενεργοποιείται από την πλευρά της ελεγχόµενης τάσης. Η έξοδος του Μ/Σ τάσης χρησιµοποιείται για να ενεργοποιεί το ρυθµιστή τάσης, δίνοντας αυτός σήµατα εξόδου που εκκινούν µία µεταγωγή προς την επιθυµητή κατεύθυνση, όταν η τάση που ελέγχεται κυµαίνεται εκτός προκαθορισµένων ορίων. Γενικά, ο κινητήρας επιταχύνεται προς τη µία κατεύθυνση για µία µεταγωγή <<ανύψωσης τάσης>> και προς την αντίθετη κατεύθυνση για µία µεταγωγή <<µείωσης τάσης>>. Είναι σύνηθες να υπάρχει ένα στοιχείο χρονικής καθυστέρησης, που εξυπηρετεί για να µειώνει την επίπτωση των µικρού-χρόνου διακυµάνσεων της τάσης. Έτσι, βελτιώνει τη σταθερότητα του κυκλώµατος του ρυθµιστή τάσης αποφεύγοντας άχρηστες µεταγωγές και µία διαδικασία <<κυνηγητού>> στο µεταγωγέα κατά τη διάρκεια µεταβατικών αλλαγών τάσης [6]. Σχήµα 2.5. Ο πίνακας οργάνων της διάταξης του Ρυθµιστή Τάσης [16]. 1.ακροδέκτες δοκιµών 1-7, 2.ρυθµιστής µεγάλου βήµατος για το επίπεδο τάσης, 3.ρυθµιστής µικρού βήµατος για το επίπεδο τάσης, 4.ρυθµιστής του χρόνου καθυστέρησης, 5.διακόπτης ενεργοποίησης του αντίστροφου ολοκληρωτή, 36

6.ρυθµιστής του εύρους, 7.λυχνίες σήµανσης, 8.ρύθµιση του ποσοστού της υπότασης ως προς το επίπεδο τάσης, 9.διακόπτης για αυτόµατη ή χειροκίνητη λειτουργία της συσκευής, 10.διακόπτης ρύθµισης της πολικότητας για την άεργη αντιστάθµιση της γραµµής, 11.ρυθµιστής της άεργης αντιστάθµισης της γραµµής, 12.ρυθµιστής της ενεργής αντιστάθµισης της γραµµής, 13.διακόπτης ρύθµισης της πολικότητας για την ενεργή αντιστάθµιση της γραµµής, 14.ασφάλεια 2.4.2.1 Κύκλωµα µετασχηµατισµού της τάσης εισόδου - ανορθωτής της τρέχουσας τιµής της τάσης Η τάση εισόδου µετασχηµατίζεται σε µία µικρότερη τάση στο κύκλωµα ανίχνευσης τάσης από το Μ/Σ ανίχνευσης. Αυτή µπορεί να διαµορφωθεί µε τη χρήση µίας µεταβαλλόµενης αντίστασης στο κύκλωµα ανίχνευσης τάσης του ρυθµιστή τάσης έτσι ώστε να µπορεί να διατηρηθεί οποιαδήποτε τάση ορίζουµε. Συγκεκριµένα, το επίπεδο της τάσης εισόδου µπορεί να ρυθµιστεί στα 95 130 V, ρυθµιζόµενο σε βήµατα των 5 V όπως φαίνεται στο σχήµα 2.5. Μεταξύ των βηµάτων µπορούµε να το ρυθµίσουµε συνεχόµενα ( σε κλίµακα από 0 5 V ). Η τάση αυτή ονοµάζεται τρέχουσα τιµή ενώ, αν απαιτείται, προσθέτουµε τις τάσεις διόρθωσης από τη µονάδα του αντισταθµιστή της πτώσης τάσης της γραµµής LDC και / ή τη µονάδα για παράλληλη λειτουργία µετασχηµατιστών µε µεταγωγείς, SKB 5, στην κατάλληλη φασική γωνία. Η τελική τάση ανορθώνεται σε τάση Σ.Ρ.. 2.4.2.2 Παροχή ισχύος Σ.Ρ. - τάση αναφοράς - ενισχυτής συνεχούς ρεύµατος Ο µετασχηµατιστής τροφοδοσίας τροφοδοτεί την παροχή ισχύος Σ.Ρ. για να διαµορφώσει τις απαιτούµενες εφεδρικές τάσεις για τη λειτουργία της συσκευής και την τάση αναφοράς. Η τάση αναφοράς (6.5 V Σ.Ρ.) συγκρίνεται µε την ανορθωµένη τρέχουσα τιµή της τάσης. Η διαφορά τάσης τροφοδοτείται µέσω του ρυθµιζόµενου ενισχυτή Σ.Ρ. στις βαθµίδες διέγερσης και στον αντίστροφο ολοκληρωτή. Το κέρδος τάσης ανταποκρίνεται σε εύρος απόκλισης ± 0.6-6.0 % της τάσης αναφοράς, σχήµα 2.5. Ρυθµίζοντας το εύρος της απόκλισης ο συντελεστής κέρδους του ενισχυτή Σ.Ρ. καθορίζεται έτσι ώστε, καθώς πλησιάζει τα όρια του εύρους, η τάση εξόδου του ενισχυτή Σ.Ρ. να ισούται µόλις µε + 0.8 ή -0.8 V Σ.Ρ. εξαρτώµενη από την ανίχνευση της απόκλισης προς τη µία πλευρά ή την αντίθετη της τάσης αναφοράς. Αν η απόκλιση ξεπερνά το καθορισµένο εύρος, η τάση εξόδου του ενισχυτή Σ.Ρ. είναι πάνω από 0.8 V κατά απόλυτη τιµή. 2.4.2.3 Βαθµίδες διέγερσης - κύκλωµα χρονικής καθυστέρησης - πύλες AND Όταν προσεγγίζεται το επίπεδο διέγερσης του 1 Volt, η αντίστοιχη βαθµίδα διέγερσης λειτουργεί και η λυχνία σήµανσης (LED) ανάβει, σχήµα 2.5. Επιπλέον, η αντίστοιχη πύλη AND τροφοδοτείται και το κύκλωµα χρονικής καθυστέρησης ενεργοποιείται. Αν η απόκλιση της τάσης πέσει κάτω από το επίπεδο διέγερσης πριν λειτουργήσει το ρελαί, η βαθµίδα διέγερσης επιστρέφει στη θέση 0. Η λυχνία σήµανσης και ο έλεγχος της πύλης AND ακυρώνονται. Ενώ, η επιφόρτιση του κυκλώµατος χρονικής καθυστέρησης, που µέχρι τώρα µεγάλωνε, µειώνεται. Το 37