נושא :משנה דרגות בשנאים מסוגים שונים (tap changer)

בס"ד‏ ,יום שישי 18 דצמבר 2021

מה תפקידו של משנה הדרגות ?

משנה דרגות תפקידו לווסת את מתח היציאה על ידי שינוי של מספר יחס הכריכות בשנאי הליפופים בשנאי בשל העובדה כי מתח הרשת משתנה כתלות בעומס הצרכנים ובמיקום השנאי בהתאם לרשת (לדוגמה קו ארוך מאוד ושנאי בסוף הקו מתח הרשת שם בשל מפל המתח על הקווים יהיה קטן יותר מאשר נקודת המוצא.

באיזה צד ימוקם משנה הדרגות?

לרוב (אך לא תמיד) משנה הדרגות ימוקם בצד המתח הגבוה משני סיבות

1. בשל העובדה כי זרם הנומינלי קטן יותר בצד המתח הגבוה אז מוליכי החיבור למשנה הדרגות יהיו קטנים יותר וזרם העבודה על משנה הדרגות יהיה קטן יותר.
2. בשל העובדה כי לרוב סלילי המתח הגבוה נמצאים בצד החיצוני יהיה קל יותר לגשת לסלילים אלו על מנת לבצע חיבורים.

כמה סוגי משנה דרגות קיימים ?

קיימים 2 סוגים עיקריים

1. משנה דרגות ללא עומס (NLTC – no load tap changer)

למשנה דרגות ללא עומס נדרש להפסיק את מתח ההזנה על מנת לבצע את שינוי הדרגה כי בעת שינוי הדרגה נוצר מצב שבו עלול המתח להתנתק כתוצאה מהחלפת מצב ואז לבצע חיבור בהמשך המהלך לכן על מנת למנוע נזק לציוד ולמשתמש מנתקים את המתח ומבצעים את השינוי .

בדרך כלל נבחר משנה דרגות ללא עומס כאשר כמות השינויים השנתית קטנה מאוד והציוד המחובר אינו רגיש במיוחד לשינויים קטנים של המתח כתוצאה מעומס של הרשת במהלך שעות העבודה.

• משנה דרגות ללא עומס תוצרת MR מדגם TAPMOTION

1. משנה דרגות בעומס (OLTC – on load tap changer)

משנה דרגות נועד לווסת את מתח המוצא לרמה נדרשת בהתאם למתח הכניסה (אשר מושפע באופן ישיר מהעומס).

בשל העובדה שזרם המוצא לא אמור להיות מופרע משינוי בדרגת השנאי, אז בעת מעבר בין דרגות במצב ביניים יהיו מחוברים 2 דרגות במשותף דרך סלילים שמחוברים במעגל על מנת לעלות את האימפדנס של מעגל הבורר האוטומטי ומגביל את הזרם כתוצאה מעליית האימפדנס במעבר בין הדרגות

את יחסי הכריכות ישנה בקר שיורה לעלות או להוריד דרגה באמצעות מדידה של מתח הכניסה והמוצא ומחליט על שינוי דרגה בהתאם למצב בנוסף הוא מתוכנן לא לבצע שינויים מהירים מידיי על מנת לא לפגום במערכת על מנת לשמור את המתח בגבולות רצויים.

נבצע החלפה להסבר פשוט יותר

נרצה לעבור בדרגה 3 לדרגה 4

1. מפסק של דרגה 3 מחובר בורר אוטומטי משוך לצד שמאל AB
2. נחבר את מפסק דרגה 4 לקראת החלפה
3. בורר אוטומטי נע למצב ביניים בין נקודות BC (בין B ל A יש סליל וכן בין C ל D)
4. בורר מסיים את המצב לקראת נקודות CD
5. מפסק של דרגה 3 מנותק לאחר שהגענו לדרגה 4
6. ממתינים לקראת המעבר הבא

• משנה דרגות בעומס תוצרת MR מדגם VACUTAP

כמה דרגות יש בשנאים ?

מספר הדרגות בשנאי יהיה בהתאם ליחס הכריכות הרצויים והשינויים האפשריים במתח עם משנה דרגות ללא עומס יהיו 5 עד 7 ברוב המצבים אך ישנם שנאים בעלי 33 דרגות על מנת לאפשר את הגמישות לשינויים אשר עלולים להתרחש במהלך העבודה.

דוגמה מספרית (במצב אידאלי)

ניקח שנאי של 22,000 וולט ל 400 וולט בעל 5 דרגות ויחסי ההשנאה יופיעו בטבלה הבאה

ונניח וקיבלנו מתח של 390 וולט ביציאה כאשר אנחנו בדרגה 3 כלומר ביחס השנאה של 55 נקבל כי מתח הכניסה הינו =390*5521,450 וולט כלומר על מנת לקבל מתח יציאה של 400 וולט נצטרך לשנות דרגה לדרגה מספר 4 בעלת יחס כריכות של 53.625 ואז =21,450*53.625400 וולט

מצבי דרגות השנאי

• תודה לאייל הדר על הביקור בארדן וכן על הצילום

ואיך אפשר לדבר על שנאי ללא זרם מגנוט

אז נדבר קלות על זרם מגנוט למרות שהוא לא הנושא שלנו אך אי אפשר בלעדיו

זרם המגנוט הוא זרם אשר זורם דרך הליפוף הראשוני ואינו תלוי בעומס השנאי , זרם זה בונה את השטף המגנטי בליבת השנאי ונוסחתו

Im = Vp / (2*pi*f*Lp)

Im = זרם המגנוט בערך אפקטיבי (rms)

Vp= מתח ראשוני בערך אפקטיבי (rms)

f = תדר
Lp= השראות השנאי

מנוסחת זרם המגנוט אנו למדים כי זרם המגנוט שווה לזרם המקסימלי על סליל אבל הזרם על הסליל הוא רק בערך המקסימלי , ואילו בשנאי אנחנו מחשבים את זרם המגנוט בערך אפקטיבי כלומר הבדל של שורש 2 בניהם .

וכאשר נעמיס את השנאי הזרם על הסליל הראשוני יעלה אך השטף בליבה יישאר זהה , בשל העובדה כי בשל צורת הליפופים ייווצר שטף לכיוון הופכי אשר יבטל את השטף אשר נוצר על ידי זרם העמסה מהסליל הראשוני לכן בסופו של דבר אנו נישאר עם השטף שנוצר מזרם המגנוט בלבד ולא משנה כמה נעמיס את השנאי . אך כל זה מדבר על שנאי אידאלי עם אפס התנגדות.

בחיים האמיתיים אנו יודעים כי לשנאי יש התנגדות ממשית ולכן יהיה מפל מתח על הסלילים הראשיים , מפל המתח הזה יגרום להשראות השנאי לרדת במעט וזה יפחית במעט את זרם המגנוט ובאופן ישר את השטף בליבת השנאי

לכן לשנאי מציאותי יהיה התנגדות ולא רק השראות טהורה וכמובן זרם המגנוט והשטף בליבה יפחת כאשר השנאי יהיה מועמס יותר דבר זה נגרם בשל התנגדות הליפופים ולא התנגדות הליבה .

למה נדרש מכשיר לבדיקת ליפופים?

לאחר הליפוף אנו נצטרך לאמת את תוצאת החישוב על ידי מדידה כי יש השגנו את מה שרצינו להשיג לפי היחסים אותם הגדרנו בעת הייצור

אופציה אחת היא פשוט לחבר למתח גבוה ולראות מה קיבלנו

אנו יודעים את מתח הכניסה (באמצעות מדידה) נמדוד את כל מתחי היציאה ובאמצעות חישוב נקבל את יחס הליפופים נפסיק נשנה דרגה נחבר לחשמל וככה הלאה.

בשל העובדה שפעולות אלו לוקחות זמן (חיבור כבלים סט בדיקה ועוד ) הומצא מכשיר נייד ויחסית קל לבדיקות המודד את יחס הליפופים של השנאי (transformer turn ratio-TTR) מכשיר זה מזריק מתח נמוך AC לצד המשני בשנאי ומודד את המתח בצד הראשוני בשנאי ובאמצעות המדידה וחישוב נקבל את יחסי הליפופים (מכשירים מתקדמים מציגים גם את קבוצת החיבורים ) וכמובן נצטרך לבדוק את כל הדרגות

• מכשיר לבדיקת יחסי ליפופים מתוצרת סינית

בהצלחה