U sve složenijem, liberaliziranom krajoliku proizvodnje električne energije i na sve konkurentnijem tržištu električne energije sposobnost upravljanja protocima opterećenja predstavlja čimbenik koji odlučuje o uspjehu. Prijenos električne energije od proizvođača do potrošača često se odvija na velikim udaljenostima i izrazito razgranatim mrežama. Struja pritom bira put najmanjeg otpora. Na paralelnim vodovima moguća su preopterećenja vodova s manjom impendancijom (fizikalna veličina za taj otpor). Najsnažnije opterećeni vod time postaje ograničen kada se radi o ukupnoj snazi koja se od proizvođača može prenijeti do određenog potrošača.
Energetska prekretnica pojačava problem preopterećenja pojedinačnih vodova. Uslijed sve većeg broja vjetroelektrana i fotovoltaik-elektrana proizvođač i potrošačka središta u većini slučajeva postaju prostorno međusobno sve više udaljeni. Takva je situacija i u Njemačkoj, gdje se sve više energije proizvodi u offshore vjetroparkovima na Sjevernom moru, dok se mnoga velika potrošačka središta nalaze na jugu zemlje, a kapacitet dalekovoda nije dovoljan za prijenos sve količine raspoložive snage.
Dodatno je opterećenje za prijenosne mreže porast razmjene električne energije između pojedinačnih europskih zemalja. U budućnosti će se tome pridružiti i izgradnja punionica za električne automobile na velikom području. I u Austriji se od početka ovog tisućljeća javilo zagušenje na 220-kilovatnoj vezi sjever-jug, uzrokovano viškovima u proizvodnji na sjeveru i istoku Austrije (prije svega uslijed izgradnje vjetroparkova) te dodatnim protocima opterećenja u okviru izvoza i uvoza električne energije.
Energetska prekretnica pojačava problem preopterećenja vodova. Instalacija zakretača faze predstavlja jednu mogućnost za ravnomjerno raspoređivanje snage.
Zaštita dalekovoda
Jednostavnu mogućnost ravnomjernije raspodjele ukupne prenesene snage pomoću paralelnih vodova predstavlja instalacija takozvanog zakretača faze u jedan od spomenutih paralelnih vodova. Transformatori s poprečnom regulacijom, pojednostavljeno gledajući, predstavljaju posebnu vrstu transformatora. Mogu se upotrebljavati za povećanje i smanjenje snage određenog voda. Zakretači faze štite vodove, doprinose većoj pouzdanosti mreža i smanjuju gubitke prilikom prijenosa. Stoga predstavljaju jedno od najekonomičnijih rješenja za regulaciju protoka snage na tržištu. Zakretači faze mogu se upotrebljavati i za bolje upravljanje razmjenom električne energije te za optimiranu prekograničnu trgovinu.
U prijenosnoj mreži transformatori služe prilagođavanju razine napona s obzirom na to da je prijenos električne energije pri visokom naponu ekonomičniji nego pri niskom naponu. Obično se naponi transformatora mogu regulirati. Međutim, to utječe samo na prijenos jalove snage, a ne na aktivnu snagu (obje vrste snage prenose se mrežom: jalova snaga nužna je za stvaranje magnetskih polja, a aktivna snage može se npr. pretvoriti u toplinsku energiju, odnosno može se upotrebljavati za grijanje).
Transformatori s poprečnom regulacijom, pak, utječu na aktivnu snagu koja se prenosi. U ovoj vrsti posebnih transformatora ulazni napon posjeduje fazni pomak u odnosu na izlazni napon. Na taj način nastaje diferencijalni napon, koji djeluje serijski u odnosu na pad napona u vodu. Diferencijalni napon može povećati pad napona voda te time smanjiti protok snage ili smanjiti pad napona i time povećati protok snage. Dakle, zakretač faze u strujnoj mreži djeluje analogno ventilu, koji regulira protok u cjevovodu.
Često operatori prijenosnih sustava (engl. TSOs – Transmission System Operators) imaju veliko iskustvo u radu sa standardnim transformatorima. Međutim, kod transformatora s poprečnom regulacijom bitno je voditi računa o nekoliko posebnosti, koje s jedne strane ovise o željenom načinu rada, a s druge strane proizlaze iz posebnih internih spojeva. Zakretač faze se može upotrebljavati za povećanje i smanjenje snage određenog voda. Interni zahtjevi u zakretaču faze razlikuju se kod ovih dvaju načina rada. Nužno je navesti hoće li se zakretač faze upotrebljavati za smanjenje ili povećanje ili za oboje.
Zakretač faze moguće je izravno priključiti ili se njime može upravljati pomoću tzv. premosnice (engl. bypass). Premosnica je strujni prekidač koji izaziva kratki spoj u hvataljkama zakretača faze. Ovisno o tome upotrebljava li se premosnica ili ne, u zakretaču faze nastaju različita naponska opterećenja. Glavni parametri: snaga, fazni kut i napon kratkog spoja određuju u kojoj se mjeri prenesena snaga mora izmijeniti. Dodatan izazov predstavljaju upravljanje i koncept zaštite.
Siemensova tvornica transformatora u štajerskom Weizu posljednjih se desetljeća suočila sa svim tim tehničkim i kvalitativnih izazovima operatora prijenosnih sustava vezano uz kritičnu sastavnicu strujnih mreža, a to su transformatori s poprečnom regulacijom. Ova tvornica postala je središtem stručnosti za transformatore s poprečnom regulacijom u cijeloj Siemensovoj mreži tvornica transformatora, koja broji 13 tvornica u svijetu. Nadalje je zauzela vodeće mjesto na tržištu transformatora s poprečnom regulacijom.
150 transformatora s poprečnom regulacijom dosad je razvijeno i proizvedeno u tvornici u Weizu
Siemensova tvornica u Weizu središte je stručnosti koncerna za transformatore s poprečnom regulacijom i vodeća na tržištu na tom području.
Kupci iz svih dijelova svijeta
U 70-im je godinama prošlog stoljeća oko 150 transformatora s poprečnom regulacijom u različitim tehničkim izvedbama u propisanom roku i najviše kvalitete napustilo tvornicu u Weizu. Popis referencija obuhvaća projekte za brojne kupce iz svih dijelova svijeta, od Amerike i Europe pa sve do Bliskog i Srednjeg istoka te Australije i Novog Zelanda.
"Zadali smo si cilj da sa svojim kupcima diljem svijeta pravovremeno razvijamo individualizirana rješenja za njihove aplikacije kako bismo zajedno oblikovali budućnost određene prijenosne mreže, zadovoljili buduće zahtjeve i time dugoročno osigurali sigurnost opskrbe", rekao je Christian Wiery, voditelj prodaje u Siemensovoj tvornici u Weizu.
Uz sad već izrazito složenu standardnu tehnologiju za transformatore s poprečnom regulacijom Siemensovu tvornicu u Weizu
odlikuje i nekoliko dodatnih inovacija na tim proizvodima. Tako su npr. transformatori s poprečnom regulacijom za operatora prijenosnog sustava u New Yorku isporučeni s biološki razgradivom i teško zapaljivom izolacijskom tekućinom. Ovi transformatori s poprečnom regulacijom upotrebljavaju se usred gradskog područja i s jedne strane osiguravaju sigurnu opskrbu cijelog grada, a s druge ih strane uz poseban izolacijski medij odlikuju kompaktnost veličine i težine te niske vrijednosti buke (tehnologija šapata).
Transformatori s poprečnom regulacijom u usporedbi s normom posjeduju snažno reduciranu razinu djelomičnog pražnjenja, što je veličina kojom se označava kvaliteta visokonaponske izolacije i njezina električnog opterećenja, te između ostalog doprinose i sigurnosti švicarske prijenosne mreže. Za jednog operatora u Francuskoj je konstruiran i isporučen transformator s poprečnom regulacijom s kotlom zaštićenim od pucanja. Pucanje kotla u transformatoru u najgorem slučaju može izazvati požar te time uzrokovati štetu za ljude i okoliš. Stoga je preventiva veoma važna.
"Nužnost rasterećenja pojedinačnih dalekovoda u isprepletenoj mreži postojala je već na početku, kada smo se počeli baviti zakretačima faze, iako je bila manja. Godišnji porasti potrošnje uzrokovali su snažnije opterećenje mreža s obzirom na to da nadogradnja mreže nije mogla držati korak s porastom potražnje. Liberalizacijom tržišta električne energije došlo je do snažnog porasta zahtjeva prema prijenosnim mrežama", navodi Günter Linortner, voditelj odjela za tehničke ponude i stručnjak za transformatore s poprečnom regulacijom u Siemensovoj tvornici u Weizu.
Već sad Siemensovi zakretači faze izrađeni u Weizu zahvaljujući energetskoj prekretnici u Njemačkoj doprinose ograničenju opterećenja strujnih mreža, sad i u budućnosti.
Siemens je sklopio ugovore o isporuci transformatora s poprečnom regulacijom sa svim četirima njemačkim operatorima prijenosnih sustava, i to u kontekstu savladavanja izazova, koji bi se u Njemačkoj, a posljedično i u čitavoj Europi mogli javiti uslijed dodatnih planiranih zatvaranja elektrana.
"Aktualni trendovi poput energetske prekretnice, koja je izvorno pokrenuta u Njemačkoj, ali se u međuvremenu proširila u brojnim zemljama svijeta, ili EU-ova inicijativa Green Deal sa sobom donose sve veće izazove za strujne mreže. Potražnja za zakretačima faze u budućnosti će i dalje rasti", predviđa Linortner.