Όταν οι άνθρωποι μιλούν για σύγχρονα συστήματα ισχύος, οι μετασχηματιστές συνήθως δεν τραβούν ιδιαίτερη προσοχή εκτός της ηλεκτρικής βιομηχανίας. Αλλά ειλικρινά, κάνουν τεράστια άρση βαρέων στα παρασκήνια. Μεταξύ αυτών, ο μετασχηματιστής πετρελαίου 220 kV-βυθισμένος τριφασικός-μετασχηματιστής διπλής περιέλιξης-με δυνατότητα ενεργοποίησης-εναλλαγής βρύσης (OLTC) είναι ένας από τους πραγματικούς ίππους του δικτύου.
Αυτοί οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται κυρίως για την αύξηση ή μείωση της τάσης μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του δικτύου μεταφοράς και διανομής. Σε πολλές περιπτώσεις, μειώνουν την τάση μετάδοσης 220kV σε χαμηλότερα επίπεδα όπως 132kV, 66kV, 33kV ή ακόμα και 11kV για περιφερειακή παροχή και βιομηχανική χρήση.
Αυτό που τα κάνει ιδιαίτερα πολύτιμα είναι το σύστημα OLTC. Αντί να κλείσουν τον μετασχηματιστή για να ρυθμίσουν την τάση, οι χειριστές μπορούν να αλλάξουν τις θέσεις βρύσης ενώ ο μετασχηματιστής είναι ακόμα ενεργοποιημένος και φέρει φορτίο. Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν ένα μικρό χαρακτηριστικό, αλλά στην πραγματική-λειτουργία πλέγματος, κάνει τεράστια διαφορά.
Γιατί οι μετασχηματιστές με βυθισμένο λάδι- εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως
Ακόμη και με τις νεότερες τεχνολογίες που εισέρχονται στην αγορά, οι μετασχηματιστές{0}}βυθισμένοι σε λάδι παραμένουν η προτιμώμενη επιλογή για πολλές επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας. Ο λόγος είναι αρκετά απλός: λειτουργούν καλά, διαρκούν πολύ και μπορούν να χειριστούν σοβαρά επίπεδα ισχύος αξιόπιστα.
Το μονωτικό λάδι εξυπηρετεί ταυτόχρονα δύο σημαντικούς σκοπούς. Πρώτον, παρέχει ηλεκτρική μόνωση μεταξύ των εσωτερικών εξαρτημάτων. Δεύτερον, αφαιρεί τη θερμότητα που παράγεται από τις περιελίξεις και τον πυρήνα κατά τη λειτουργία. Χωρίς την κατάλληλη ψύξη, οι μετασχηματιστές θα υπερθερμαίνονταν πολύ γρήγορα υπό συνθήκες βαρέως φορτίου.
Οι περισσότερες μεγάλες μονάδες 220 kV χρησιμοποιούν μεθόδους ψύξης όπως ONAN (Oil Natural Air Natural) ή ONAF (Oil Natural Air Forced). Σε εγκαταστάσεις υψηλότερης-χωρητικότητας, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας λαδιού για τη βελτίωση της απαγωγής θερμότητας.
Ο ίδιος ο πυρήνας του μετασχηματιστή είναι συνήθως κατασκευασμένος από χάλυβας πυριτίου με προσανατολισμό κόκκων-, ο οποίος συμβάλλει στη μείωση των απωλειών ενέργειας. Οι χάλκινες περιελίξεις χρησιμοποιούνται συνήθως επειδή προσφέρουν εξαιρετική αγωγιμότητα και θερμική απόδοση. Οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας ενδιαφέρονται πολύ για την απόδοση εδώ, επειδή ακόμη και μια μικρή μείωση των απωλειών μπορεί να εξοικονομήσει σημαντική ενέργεια κατά τη διάρκεια ζωής του μετασχηματιστή.
Και αυτές οι μονάδες έχουν κατασκευαστεί για να διαρκούν. Με την κατάλληλη συντήρηση, πολλά λειτουργούν για 30 χρόνια ή περισσότερα χωρίς μεγάλα προβλήματα.
Βασικό μέρος των Δικτύων Μεταφοράς
Στα συστήματα μεταφοράς, οι μετασχηματιστές 220 kV λειτουργούν ως σημεία σύνδεσης μεταξύ των επιπέδων τάσης. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής συχνά ταξιδεύει μεγάλες αποστάσεις σε πολύ υψηλές τάσεις για να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες μετάδοσης. Προτού αυτή η ισχύς κατανεμηθεί τοπικά, η τάση πρέπει να μειωθεί σταδιακά.
Εκεί μπαίνουν αυτοί οι μετασχηματιστές.
Για παράδειγμα, ένας υποσταθμός μπορεί να λαμβάνει ισχύ στα 400kV ή 500kV και να την μειώσει στα 220kV. Ένας άλλος μετασχηματιστής στη συνέχεια τον μειώνει περαιτέρω για τα περιφερειακά δίκτυα διανομής.
Η ρύθμιση της τάσης γίνεται ιδιαίτερα σημαντική σε αυτές τις καταστάσεις επειδή τα φορτία μετάδοσης αλλάζουν συνεχώς. Κατά τις περιόδους αιχμής ζήτησης, η τάση μπορεί να πέσει σημαντικά στις μεγάλες γραμμές. Από την άλλη πλευρά, τα ελαφρώς φορτισμένα συστήματα αντιμετωπίζουν μερικές φορές προβλήματα αύξησης τάσης.
Το OLTC βοηθά στην εξισορρόπηση όλων αυτών αυτόματα. Με την προσαρμογή του λόγου στροφών του μετασχηματιστή σε πραγματικό χρόνο, το σύστημα διατηρεί τα επίπεδα τάσης εντός αποδεκτών ορίων χωρίς να διακόπτεται η τροφοδοσία.
Για να το θέσω απλά, ο μετασχηματιστής "συντονίζει" συνεχώς το πλέγμα στα παρασκήνια.
Υποστήριξη της ζήτησης πόλεων και αστικής ισχύος
Οι αστικοί υποσταθμοί είναι ένας άλλος σημαντικός τομέας εφαρμογής.
Οι μεγάλες πόλεις καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας κάθε μέρα και τα πρότυπα ζήτησης μπορούν να αλλάξουν αρκετά γρήγορα. Τα φορτία κλιματισμού, τα εμπορικά κτίρια, τα συστήματα μεταφοράς και η κατανάλωση κατοικιών δημιουργούν διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Ένας τυπικός αστικός υποσταθμός μπορεί να χρησιμοποιεί πολλούς μετασχηματιστές 220/66 kV ή 220/33 kV που λειτουργούν παράλληλα. Τα συστήματά τους OLTC συνεργάζονται για να διατηρήσουν σταθερή τάση για τους μεταγενέστερους καταναλωτές.
Εάν η τάση πέσει πολύ χαμηλά, η απόδοση του εξοπλισμού υποβαθμίζεται. Εάν ανέβει πολύ ψηλά, μπορεί να καταστραφούν ευαίσθητες συσκευές. Καμία κατάσταση δεν είναι ιδανική, προφανώς.
Σε πολυσύχναστες μητροπολιτικές περιοχές όπου η γη είναι περιορισμένη, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας συνδυάζουν συχνά αυτούς τους μετασχηματιστές με συστήματα GIS (Gas Insulated Switchgear) για να μειώσουν το αποτύπωμα του υποσταθμού. Είναι μια πιο συμπαγής διάταξη και λειτουργεί καλά σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα.
Ενσωμάτωση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας
Τα έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουν αλλάξει τον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και οι μετασχηματιστές διαδραματίζουν πλέον ακόμη μεγαλύτερο ρόλο από πριν.
Τα μεγάλα αιολικά πάρκα και οι ηλιακές εγκαταστάσεις παράγουν συνήθως ηλεκτρική ενέργεια σε επίπεδα μέσης τάσης όπως 33kV ή 66kV. Για να μπορέσει να εισέλθει αποτελεσματικά η ισχύς στο δίκτυο μεταφοράς, πρέπει να αυξηθεί στα 220 kV.
Αλλά η παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας δεν είναι απόλυτα σταθερή. Η ταχύτητα του ανέμου αλλάζει. Η νεφοκάλυψη επηρεάζει την ηλιακή παραγωγή. Η ροή ισχύος μπορεί να κυμαίνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας, μερικές φορές πολύ γρήγορα.
Αυτή η μεταβλητότητα δημιουργεί προκλήσεις τάσης για τους χειριστές του δικτύου.
Οι μετασχηματιστές που διαθέτουν{0}}OLTC βοηθούν στην εξομάλυνση αυτών των διακυμάνσεων ρυθμίζοντας αυτόματα την τάση στο σημείο σύνδεσης του δικτύου. Σε έργα που περιλαμβάνουν συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από μπαταρία, οι μετασχηματιστές υποστηρίζουν επίσης αμφίδρομη ροή ισχύος, η οποία γίνεται ολοένα και πιο σημαντική στα σύγχρονα έξυπνα δίκτυα.
Ειλικρινά, χωρίς προηγμένη ρύθμιση μετασχηματιστών, η ενσωμάτωση μεγάλων ποσοτήτων ανανεώσιμης ενέργειας θα ήταν πολύ πιο δύσκολη.
Βιομηχανικές Εφαρμογές
Οι βαριές βιομηχανίες εξαρτώνται επίσης σε μεγάλο βαθμό από μετασχηματιστές 220 kV.
Τα εργοστάσια χάλυβα, οι εργασίες εξόρυξης, οι πετροχημικές εγκαταστάσεις και οι μεγάλες εγκαταστάσεις παραγωγής καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας. Πολλές από αυτές τις εγκαταστάσεις λειτουργούν τους δικούς τους αποκλειστικούς υποσταθμούς που συνδέονται απευθείας με το δίκτυο υψηλής τάσης-.
Τα βιομηχανικά φορτία μπορεί να είναι πολύ απαιτητικά. Οι μεγάλοι κινητήρες, οι κάμινοι τόξου και οι μεταβλητές ταχύτητες-συχνά δημιουργούν απότομες πτώσεις τάσης και μεταβολές φορτίου. Ο ευαίσθητος εξοπλισμός παραγωγής δεν ανταποκρίνεται καλά σε ασταθείς συνθήκες ισχύος.
Γι' αυτό η ρύθμιση της τάσης είναι τόσο σημαντική σε βιομηχανικά περιβάλλοντα.
Οι μετασχηματιστές OLTC βοηθούν στη σταθεροποίηση της τροφοδοσίας κατά τις μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου, μειώνοντας τον κίνδυνο ταξιδιών του εξοπλισμού και διακοπές παραγωγής. Σε συνεχείς-βιομηχανίες επεξεργασίας, ακόμη και μια σύντομη διακοπή μπορεί να οδηγήσει σε τεράστιες οικονομικές απώλειες, επομένως η αξιοπιστία είναι απολύτως κρίσιμη.
Συντήρηση και Μελλοντική Ανάπτυξη
Παρόλο που αυτοί οι μετασχηματιστές είναι εξαιρετικά αξιόπιστοι, εξακολουθούν να απαιτούν τακτική συντήρηση. Τα βοηθητικά προγράμματα παρακολουθούν τακτικά την κατάσταση του λαδιού, τη θερμοκρασία περιέλιξης, την περιεκτικότητα σε υγρασία και τα διαλυμένα αέρια για να ανιχνεύσουν έγκαιρα πιθανά προβλήματα.
Τα σύγχρονα συστήματα παρακολούθησης επιτρέπουν πλέον την αξιολόγηση της κατάστασης σε πραγματικό χρόνο μέσω αισθητήρων και ψηφιακών διαγνωστικών. Αντί να βασίζονται μόνο σε προγραμματισμένες επιθεωρήσεις, οι χειριστές μπορούν να προβλέψουν προβλήματα πριν συμβούν αστοχίες.
Κοιτάζοντας το μέλλον, η τεχνολογία μετασχηματιστών συνεχίζει να εξελίσσεται. Οι κατασκευαστές βελτιώνουν τα βασικά υλικά, αναπτύσσουν φιλικά προς το περιβάλλον μονωτικά υγρά και προσθέτουν έξυπνες δυνατότητες παρακολούθησης. Οι ψηφιακοί υποσταθμοί και ο αυτοματισμός δικτύου ωθούν τους μετασχηματιστές να γίνουν πιο έξυπνοι και συνδεδεμένοι πόροι.
Ωστόσο, η βασική αποστολή παραμένει η ίδια.
Ο μετασχηματιστής OLTC 220 kV-βυθισμένος τριφασικός-διπλής-περιέλιξης OLTC συνεχίζει να λειτουργεί ως ένα από τα βασικά στοιχεία της σύγχρονης ηλεκτρικής υποδομής. Είτε υποστηρίζουν δίκτυα μεταφοράς, τροφοδοτούν πόλεις, ενσωματώνουν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ή παρέχουν βαριά βιομηχανία, αυτοί οι μετασχηματιστές διατηρούν αθόρυβα την ηλεκτρική ενέργεια όπου χρειάζεται-μέρα με τη μέρα, χρόνο με τον χρόνο.
