Przekładniki fazowe i ich zastosowanie
W sieciach prądu przemiennego przepływy mocy czynnej w liniach są proporcjonalne do sinusa kąta przesunięcia fazowego między wektorami napięcia źródła energii elektrycznej znajdującego się na początku linii a ujściem energii elektrycznej znajdującym się na końcu linii linia.
Jeśli więc weźmiemy pod uwagę sieć linii różniących się przesyłaną mocą, to możliwa jest redystrybucja przepływów mocy pomiędzy liniami tej sieci, w szczególności zmiana wartości kąta przesunięcia fazowego między wektorami napięcia źródłowego a odbiornikiem w jedną lub więcej linii rozpatrywanej sieci trójfazowej.
Odbywa się to w celu załadowania linii w najkorzystniejszy sposób, co często nie ma miejsca w normalnych przypadkach. Naturalny rozkład przepływów energii jest taki, że prowadzi do przeciążenia linii małej mocy, przy jednoczesnym wzroście strat energii i ograniczeniu przepustowości linii dużej mocy. Możliwe są również inne konsekwencje szkodliwe dla infrastruktury elektrycznej.
Wymuszona, celowa zmiana wartości kąta przesunięcia fazowego między wektorem napięcia źródła a wektorem napięcia odbiornika jest realizowana przez urządzenie pomocnicze — transformator przełączający fazę.
W literaturze występują nazwy: transformator przełączający fazę lub transformator zwrotnicowy... Jest to transformator o specjalnej konstrukcji, przeznaczony bezpośrednio do sterowania prądami, zarówno czynnymi, jak i reaktywna moc w trójfazowych sieciach prądu przemiennego o różnej wielkości.
Główną zaletą przesuwnika fazowego jest to, że w trybie maksymalnego obciążenia może odciążyć najbardziej obciążoną linię, redystrybuując przepływy mocy w optymalny sposób.
Transformator z przesunięciem fazowym zawiera dwa oddzielne transformatory: transformator szeregowy i transformator równoległy. Transformator równoległy ma uzwojenie pierwotne wykonane zgodnie ze schematem „trójkąt”, który jest niezbędny do zorganizowania układu napięć trójfazowych z przesunięciem względem napięć fazowych o 90 stopni, oraz uzwojenie wtórne, które można wykonać w postaci izolowanych faz z blokiem odpływowym z uziemieniem.
Fazy uzwojenia wtórnego transformatora równoległego są połączone przez wyjście przełącznika zaczepów z uzwojeniem pierwotnym transformatora szeregowego, który zwykle jest ułożony w gwiazdę z uziemionym punktem zerowym.
Z kolei uzwojenie wtórne transformatora szeregowego jest wykonane w postaci trzech izolowanych faz, z których każda jest połączona szeregowo w sekcji odpowiedniego przewodu liniowego, skorelowanych w fazie, tak że element przesunięty w fazie o 90 stopni jest dodawane do wektora napięcia źródła.
Tak więc na wyjściu linii uzyskuje się napięcie równe sumie wektorów napięcia zasilającego i dodatkowego wektora składowej kwadraturowej, którą wprowadza przesuwnik fazowy, czyli w efekcie zmiany fazy.
Amplituda i polaryzacja wprowadzonej składowej kwadraturowej, która jest tworzona przez przesuwnik fazowy, może być zmieniana; w tym celu przewidziana jest możliwość regulacji bloku zaczepów, dzięki czemu kąt przesunięcia fazowego między wektorami napięcia na wejściu linii i na jej wyjściu zmienia się o wymaganą wartość, która jest związana z trybem pracy pewna linia.
Koszty instalacji przesuwników fazowych są dość wysokie, ale koszty te zwracają się poprzez optymalizację warunków pracy sieci. Dotyczy to zwłaszcza linii przesyłowych dużej mocy.
W Wielkiej Brytanii przesuwniki fazowe zaczęto stosować już w 1969 r., we Francji instaluje się je od 1998 r., od 2002 r. w Holandii i Niemczech, w 2009 r. w Belgii i Kazachstanie.
W Rosji nie zainstalowano jeszcze transformatora jednofazowego, ale są projekty. Światowe doświadczenia z wykorzystaniem przesuwników fazowych w tych krajach wyraźnie wskazują na poprawę sprawności sieci elektrycznych dzięki zarządzaniu przepływami energii za pomocą przesuwników fazowych dla optymalnej dystrybucji.