Transformatory SN/nn z PPZ – rozwiązanie problemów napięciowych w nowoczesnych sieciach nn

Gwałtowny rozwój nowoczesnej elektroenergetyki, pojawianie się nowych źródeł energii, dynamiczny wzrost liczby prosumentów i przejście na model energetyki rozproszonej stanowią istotne wyzwania sieci energetycznej i dystrybucyjnej. Do kluczowych problemów zaliczają się m.in. znaczne wahania napięcia występujące w sieciach średniego i niskiego napięcia w cyklu dobowym. Aby je zniwelować, coraz częściej operatorzy sieci sięgają po nowoczesne możliwości – takie jak np. transformatory rozdzielcze SN/nn z rozwiązaniami pozwalającymi kompensować zmiany napięcia w sieci i utrzymanie jego wartość w zakresach dopuszczalnych przez obowiązujące normy.

W obliczu nieustannie rosnącego zapotrzebowania na energię oraz konieczności zapewnienia stabilnych dostaw energii i utrzymania jej odpowiedniej jakości, a także zmian w modelu produkcji i dystrybucji, systemy energetyczne muszą ewoluować, by sprostać rosnącym wymaganiom. Przykład takiego wyzwania stanowi rosnąca liczba instalacji fotowoltaicznych i innych odnawialnych źródeł energii, których praca może przyczyniać się do zakłóceń pracy sieci. Sieć niskiego napięcia nasycona instalacjami OZE jest narażona na wahania napięć powyżej i poniżej dopuszczalnych przez normy wartości. Znaczące różnice napięć w różnych punktach jednej sieci wymagają zastosowania rozwiązań, które umożliwią utrzymanie wartości napięcia w pożądanym przedziale. Jednym z takich rozwiązań są transformatory rozdzielcze SN/nn z podobciążeniowym przełącznikiem zaczepów (PPZ).

Transformator SN/nn – rola i zastosowanie

Budowa sieci nn wymaga stosowania transformatorów, czyli urządzeń, które będą skutecznie obniżać napięcie. Transformatory stanowią centralny element stacji transformatorowych, mogą być też stosowane w stacjach rozdzielczych, a także u większych odbiorców – np. w przedsiębiorstwach. W przeszłości powszechnie wykorzystywano rozwiązania, które nie posiadały funkcji zmiany napięcia pod obciążeniem. Pojawiające się coraz częściej we współczesnych sieciach wahania napięć, wymagają stosowania bardziej zaawansowanych rozwiązań, takich jak transformator z PPZ.

Budowa i działanie transformatorów PPZ

Bazą do opracowania transformatorów wyposażonych w przełącznik PPZ transformatora elektroenergetycznego, były klasyczne transformatory rozdzielcze. Jednak budowa transformatora energetycznego wyposażonego w podobciążeniowy przełącznik zaczepów wymagała zmian konstrukcyjnych, które uwzględniają obecność przełącznika zaczepów pod pokrywą transformatora. W związku z tym, w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań, nowoczesne transformatory PPZ są na ogół nieco wyższe. Wciąż jednak istotną zaletą stosowanych obecnie rozwiązań jest to, że udało się zachować ich dość kompaktowe wymiary.

Sposób regulacji napięcia w transformatorze wyposażonym w podobciążeniowy przełącznik zaczepów jest podobny, jak w transformatorze z beznapięciowym przełącznikiem zaczepów. Główna różnica polega na tym, że proces regulacji napięcia nie wymaga przerywania przepływu prądu, czyli odłączania transformatora z sieci, dzięki zastosowaniu przełączników napięcia pod obciążeniem. Tym samym regulacja może zachodzić w dowolnym momencie i w krótkim czasie, a zakres regulacji napięcia jest większy niż w przypadku przełącznika zaczepów bez obciążenia, co sprawia, że utrzymanie dopuszczalnych wartości napięć w sieci elektroenergetycznej jest mniejszym wyzwaniem. Dzięki możliwości zastosowania urządzeń do pomiaru napięcia w stacji, jak również w głębi sieci i zastosowania odpowiedniego algorytmu, możliwa jest automatyczna regulacja napięcia w przypadku wykrycia nieprawidłowości.

Zastosowanie transformatorów PPZ

Opisując budowę transformatorów PPZ, podkreślono m.in. ich kompaktowość. Rozmiar tych urządzeń jest o tyle istotny, że stosuje się je m.in. w stacjach transformatorowych o kompaktowych wymiarach, gdzie nie ma przestrzeni na umieszczenie dużych urządzeń. Zastosowanie transformatorów PPZ jest coraz bardziej powszechne i występuje m.in.:

• u operatorów sieci z dużą liczbą instalacji OZE, czyli źródeł generacji rozproszonej
• w sieciach rozległych, w których dochodzi do znacznych spadków napięcia pomiędzy źródłem zasilania, a odbiorcą końcowym
• w sieciach, gdzie dochodzi do istotnych różnic w poborze mocy i rozpiętości pomiędzy pobieraną długotrwale minimalną i maksymalną mocą

Transformatory PPZ – podsumowanie

Zastosowanie transformatorów wyposażonych w podobciążeniowe przełączniki zaczepów to rozwiązanie, które może przynieść szereg korzyści i rozwiązać problemy napięciowe we współczesnych sieciach nn. Mając na uwadze dynamikę rozwoju energetyki rozproszonej i zmiany zachodzące w systemie energetycznym, szersze zastosowanie transformatorów PPZ może stanowić stosunkowo prosty i ekonomiczny element procesu modernizacji sieci. W Polsce pierwsze rozwiązania w oparciu o podobciążeniowe przełączniki zaczepów funkcjonują już od kilku lat i zbierane na ich podstawie doświadczenia mogą posłużyć do rozwoju i rozpowszechnienia tego rozwiązania w krajowym systemie energetycznym.