Μετασχηματιστές αλλαγής φάσης και χρήση τους
Στα δίκτυα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι ροές ενεργού ισχύος στις γραμμές είναι ανάλογες με το ημίτονο της γωνίας μετατόπισης φάσης μεταξύ των διανυσμάτων τάσης της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας που βρίσκεται στην αρχή της γραμμής και της απορρόφησης ηλεκτρικής ενέργειας που βρίσκεται στο τέλος της γραμμή.
Έτσι, εάν λάβουμε υπόψη ένα δίκτυο γραμμών που διαφέρουν ως προς τη μεταδιδόμενη ισχύ, τότε είναι δυνατό να ανακατανεμηθούν οι ροές ισχύος μεταξύ των γραμμών αυτού του δικτύου, ιδίως αλλάζοντας την τιμή της γωνίας μετατόπισης φάσης μεταξύ των διανυσμάτων τάσης πηγής και του δέκτη στο μία ή περισσότερες γραμμές του εξεταζόμενου τριφασικού δικτύου.
Αυτό γίνεται για να φορτωθούν οι γραμμές με τον πιο ευνοϊκό τρόπο, κάτι που συχνά δεν συμβαίνει σε κανονικές περιπτώσεις. Η φυσική κατανομή των ροών ενέργειας είναι τέτοια που οδηγεί σε υπερφόρτωση των γραμμών χαμηλής ισχύος, ενώ οι απώλειες ενέργειας αυξάνονται και η χωρητικότητα των γραμμών υψηλής ισχύος είναι περιορισμένη. Είναι επίσης πιθανές και άλλες επιζήμιες συνέπειες για την ηλεκτρική υποδομή.
Μια αναγκαστική, σκόπιμη αλλαγή στην τιμή της γωνίας μετατόπισης φάσης μεταξύ του διανύσματος τάσης πηγής και του διανύσματος τάσης δέκτη πραγματοποιείται από μια βοηθητική συσκευή - έναν μετασχηματιστή εναλλαγής φάσης.
Στη βιβλιογραφία υπάρχουν ονόματα: μετασχηματιστής μεταγωγής φάσης ή μετασχηματιστής διασταύρωσης... Πρόκειται για μετασχηματιστή με ειδική σχεδίαση και προορίζεται απευθείας για τον έλεγχο ρευμάτων, ενεργών και δύναμη αντίδρασης σε τριφασικά δίκτυα AC διαφορετικών μεγεθών.
Το κύριο πλεονέκτημα του μετασχηματιστή αλλαγής φάσης είναι ότι, στη λειτουργία μέγιστου φορτίου, μπορεί να ξεφορτώσει τη γραμμή με τη μεγαλύτερη φόρτωση, ανακατανέμοντας τις ροές ισχύος με τον βέλτιστο τρόπο.
Ένας μετασχηματιστής μετατόπισης φάσης περιλαμβάνει δύο ξεχωριστούς μετασχηματιστές: έναν μετασχηματιστή σειράς και έναν παράλληλο μετασχηματιστή. Ο παράλληλος μετασχηματιστής έχει μια κύρια περιέλιξη κατασκευασμένη σύμφωνα με το σχήμα "δέλτα", η οποία είναι απαραίτητη για την οργάνωση ενός συστήματος τριφασικών τάσεων με μετατόπιση σε σχέση με τις τάσεις φάσης κατά 90 μοίρες και μια δευτερεύουσα περιέλιξη, η οποία μπορεί να γίνει σε τη μορφή μεμονωμένων φάσεων με μπλοκ αποστράγγισης με κέντρο γείωσης.
Οι φάσεις της δευτερεύουσας περιέλιξης του παράλληλου μετασχηματιστή συνδέονται μέσω της εξόδου του εναλλάκτη βρύσης στο πρωτεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή σειράς, το οποίο είναι συνήθως σε διάταξη αστέρι με το ουδέτερο γειωμένο.
Η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή σειράς, με τη σειρά του, γίνεται με τη μορφή τριών μεμονωμένων φάσεων, καθεμία συνδεδεμένη σε σειρά στο τμήμα του αντίστοιχου γραμμικού αγωγού, συσχετιζόμενο σε φάση, έτσι ώστε ένα εξάρτημα που μετατοπίζεται φάση κατά 90 μοίρες προστίθεται στο διάνυσμα τάσης της πηγής.
Έτσι, στην έξοδο της γραμμής, προκύπτει μια τάση ίση με το άθροισμα των διανυσμάτων τάσης τροφοδοσίας και του πρόσθετου διανύσματος της συνιστώσας τετραγωνισμού, που εισάγεται από τον μετασχηματιστή μετατόπισης φάσης, δηλαδή ως αποτέλεσμα αλλαγές φάσης.
Το πλάτος και η πολικότητα της εισαγόμενης συνιστώσας τετραγωνισμού, η οποία δημιουργείται από τον μετασχηματιστή μετατόπισης φάσης, μπορεί να αλλάξει. Έτσι, η γωνία μετατόπισης φάσης μεταξύ των διανυσμάτων τάσης στην είσοδο της γραμμής και στην έξοδο της αλλάζει κατά την απαιτούμενη τιμή, η οποία σχετίζεται με τον τρόπο λειτουργίας του μια ορισμένη γραμμή.
Το κόστος εγκατάστασης μετασχηματιστών αλλαγής φάσης είναι αρκετά υψηλό, αλλά το κόστος αποπληρώνεται με τη βελτιστοποίηση των συνθηκών λειτουργίας του δικτύου. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για γραμμές μεταφοράς υψηλής ισχύος.
Στη Μεγάλη Βρετανία, οι μετασχηματιστές αλλαγής φάσης άρχισαν να χρησιμοποιούνται ήδη από το 1969, στη Γαλλία έχουν εγκατασταθεί από το 1998, από το 2002 έχουν εισαχθεί στην Ολλανδία και τη Γερμανία, το 2009 — στο Βέλγιο και το Καζακστάν.
Δεν έχει εγκατασταθεί ακόμη ένας μετασχηματιστής φάσης στη Ρωσία, αλλά υπάρχουν έργα. Η παγκόσμια εμπειρία με τη χρήση μετασχηματιστών αλλαγής φάσης σε αυτές τις χώρες δείχνει ξεκάθαρα βελτίωση της απόδοσης των ηλεκτρικών δικτύων χάρη στη διαχείριση των ροών ενέργειας με τη βοήθεια μετασχηματιστών μετατόπισης φάσης για βέλτιστη διανομή.