Как регулировать напряжение на трансформаторе

Регулирование напряжения силовых трансформаторов

В современной энергетике регулирование напряжения в сети является одним из способов, обеспечивающих качество электроэнергии, получаемой потребителем.
Причинами, вызывающими колебания напряжения в электрической сети, являются: недостаток энергетической мощности для покрытия максимума в энергосистеме: неравномерность нагрузки, вызываемая энергоёмкими промышленными комплексами, в первую очередь металлургическими заводами и горнорудными разрабатывающими комплексами; суточная неравномерность потребления электроэнергии, связанная с продолжительностью дневной части суток и рабочих смен.
В быту колебания напряжения наиболее отчётливо наблюдаются при пользовании телевизорами, когда качество передачи меняется в течение одного вечера, т.е. относительно короткого промежутка времени, измеряемого несколькими часами. В связи с этим для обеспечения удовлетворительной работы некоторых бытовых приборов часто применяются различные регулирующие устройства, с помощью которых поддерживают необходимое напряжение.
Регулирование напряжения, какими бы средствами и где бы оно ни производилось, имеет целью обеспечить нужный для потребителя уровень напряжения. Каждая энергосистема или крупное энергопредприятие составляют график изменения напряжения в течение года, сезона, месяца, суток, часа. Эти графики, будучи ориентированными на длительный период (год, сезон, месяц), являются конкретными на короткий период (сутки, час) и передаются обычно в главный диспетчерский или оперативный пункт энергосистемы или энергопредприятия.
Согласно этому графику по указанию диспетчера системы или предприятия дежурным персоналом станции, подстанции или отдельного цеха производится регулирование напряжения в той или другой точке электрической сети. Одними из элементов, при помощи которых производится регулирование напряжения, являются регулировочные устройства у силовых трансформаторов.
Важным средством регулирования напряжения является выбор ответвлений на трансформаторах. Почти все силовые трансформаторы снабжаются регулировочными ответвлениями и специальными переключателями, позволяющими изменять число витков обмотки и тем самым осуществлять регулирование напряжения. Для осуществления операции переключения ответвлений необходимо отключение трансформатора от сети. Этот способ регулирования принято называть переключением без возбуждения (ПБВ). Частая перестановка регулировочных ответвлений во время текущей эксплуатации неудобна и непригодна для оперативного регулирования.

Одним из важнейших средств регулирования напряжения является применение трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (PПH). Наиболее часто применяются трансформаторы со ступенчатым регулированием напряжения под нагрузкой или трансформаторы с переключением под нагрузкой. Принцип регулирования такой же, как и при регулировании с ПБВ, но без отключения трансформатора от сети. Число ответвлений обмотки, т.е. число регулировочных ступеней силовых трансформаторов с РПН обычно бывает больше, чем у трансформаторов с ПБВ (число ступеней регулирования у ПБВ составляет 5), а диапазон регулирования напряжения значительно шире.
Трансформаторы с РПН применяются как для местного (у потребителей), так и для централизованного (на районных подстанциях) регулирования напряжения. Регулирование устройства РПН может осуществляться дистанционно (за несколько километров от места установки трансформатора) и автоматически (если регулирующее устройство снабжено специальным стабилизатором напряжения или программным механизмом управления). Часто при ремонте старых трансформаторов с заменой обмоток одновременно модернизируют систему регулирования напряжения трансформатора, заменяя переключатели ПБВ устройствами РПН. Кроме того, трансформаторы с РПН широко применяются для регулирования распределения мощностей в замкнутых электрических сетях, а также для сопряжения энергетических систем.
Существует множество конструкций этих устройств как отечественного, так и зарубежного производства.
Для современных электроэнергетических систем характерным является нарастание степени изношенности основного силового электрооборудования, медленные темпы его обновления, недостаточное внимание к программам технической модернизации и реконструкции стратегически важной энергетической отрасли. В этих условиях возрастают роль и значение служб диагностики предприятий энергетики, которые, должны активно внедрять новые методы, приборы и устройства для диагностики электрооборудования. повышать частоту и увеличивать объем обследований, испытаний и измерений контролируемых параметров по сравнению с рекомендуемыми и устаревшими нормами.
Современные методы и технические средства диагностики высоковольтного электрооборудования в энергосистемах позволяют своевременно выявить развивающиеся дефекты, провести соответствующий профилактический ремонт или заменить изношенные элементы (части), тем самым предотвратить возможные аварийные режимы и повысить надежность работы энергообъекта, обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей. Особенно это важно в условиях длительной эксплуатации оборудования на объектах энергосистем с повышенным износом и практически выработанным ресурсом.
Одним из перспективных направлений повышения метрологических характеристик диагностики высоковольтного оборудования является применение микропроцессорных устройств и цифровых методов обработки результатов измерений и испытаний. которые пока не нашли широкого и повсеместного использования в практической деятельности инженерных служб в электроэнергетике. Однако имеется ряд устройств, важных узлов силового высоковольтного оборудования и режимов испытаний и измерений, которые требуют новых методик и технических средств для оперативной диагностики и ускоренной обработки полученной измерительной информации. К ним относятся силовые трансформаторы, РПН, высоковольтные выключатели 110-220 кВ, а также средства защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений (разрядники и ограничители) 35-500 кВ. В данной работе приводится пример использования цифрового многоканального осциллографа для диагностики лишь одной группы оборудования, а именно переключающих устройств силовых трансформаторов.

Регулирование трансформатора

Регулирование напряжения в трансформаторе производится путем изменения количества витков обмотки, расположенной в трансформаторе. Такая регулировка позволяет поддерживать нормальный уровень напряжения в точках конечного потребления электрической энергии.

В большей части силовых трансформаторов предусмотрено наличие специальных приспособлений, которые предназначены для тонкой настройки необходимого коэффициента трансформации. Регулировка проводится при помощи отключения или добавления количества витков.

Обычно настройка выполняется посредством анцапфы – специального переключателя количества витков в трансформаторе, находящемся под электрической нагрузкой. Если трансформатор обесточен или заземлен, переключение производится методом выбора определенного положения соединения болта.

Уровень сложности системы, которая позволяет переключать количество витков, оценивается по частоте, с которой происходит переключение. Также при определении уровня учитываются размеры и ответственность трансформатора.

Электрическое напряжение в сети изменяется в соответствии со степенью ее нагрузки. Чтобы обеспечивать нормальную работу электрических приборов потребителей, необходимо поддержание напряжения на заданном уровне. Следует избегать отклонения, особенно в сторону увеличения напряжения, так как это может привести к выходу из строя электрических приборов. Поэтому применяются разные методы, позволяющие регулировать напряжение в электрической сети. Одним из эффективных способов можно назвать изменение коэффициента трансформации. Он предусматривает изменение соотношения количества витков обмотки, расположенных в первичной цепи и во вторичной цепи трансформатора.

Регулирование может проводиться в момент, когда трансформатор работает. В этом случае используется термин РПН, т.е. регулирование, осуществляемое под нагрузкой. Если настройка выполняется после выключения трансформатора из сети, то используется термин ПБВ, т.е. переключение, осуществляемое без возбуждения. В обоих случаях проводится переключение между ответвлениями обмотки, что позволяет изменять величину коэффициента трансформации.

Регулирование, осуществляемое под нагрузкой

Такой тип переключения используется, когда необходимо оперативно изменить параметры, а также в случаях, когда условия требуют выполнения регулярных изменений. Например, если дневная и ночная нагрузка на электрическую сеть различается. В зависимости от мощности трансформатора, а также от разницы напряжения, на которую необходимо изменить настройки, РПН может варьировать показатель коэффициента трансформации в границах 10-16%. При этом на одно ответвление приходится приблизительно по 1,5%. Регулирование проводится со стороны высокого напряжения, так как именно там значение силы тока меньше. Поэтому выполнять РПН обходится дешевле и проще.

Предусмотрена возможность автоматического и ручного регулирования. Во втором случае процесс осуществляется из ОПУ или посредством пульта управления. Устройства, предназначенные для регулирования напряжения находящегося под нагрузкой трансформатора, появились в 1905-1920 годах. Принцип действия таких устройств также основывается на изменении количества витков. Сложности, связанные с выполнением подобных устройств, включают в себя:

• Невозможность простого разрыва электрической цепи путем изменения количества витков, что допустимо при проведении ПБВ, например. Такая невозможность обусловлена образованием электрической дуги, обладающей большой мощностью и большим перенапряжением, которые возникают в результате действия индукции ЭДС.
• Использование кратковременных замыканий, происходящих в части витков обмотки. Замыкания возникают во время переключения ступени напряжения.

Чтобы ограничить силу тока в обмотках, в которых возникло короткое замыкание, требуется применять сопротивления, способные ограничивать силу тока. В качестве таких сопротивлений применяются резисторы, а также индуктивности или реакторы.

Выполнение регулирования напряжения в автоматическом режиме

Переключатель, при помощи которого изменяется количество витков, устанавливается, чтобы регулировать напряжение в подсоединенных к трансформатору линиях сети. Не всегда главной целью является поддержание одного значения вторичного напряжения в трансформаторе. Обычно перепады напряжения возникают во внешней электрической сети. Часто это актуально для мощных и дальних нагрузок. Чтобы поддерживать оптимальное напряжение для дальних потребителей, возможно использование метода увеличения напряжения, возникающего на вторичной обмотке прибора.

Система, позволяющая осуществлять ПБВ, принадлежит к релейной защите и относится к автоматике станции. В этом случае переключатель, регулирующий количество витков, лишь получает команды, согласно которым увеличивает или уменьшает это число. Обычно функция, которая предназначена согласовывать коэффициенты трансформации между отдельными трансформаторами в пределах одной станции, выполняется при помощи системы ПБВ. Если образуется параллель при соединении трансформаторов, необходимо поддерживать синхронизацию движения их переключателей количества витков. В этом случае выбирается ведущий трансформатор, а все остальные являются ведомыми.

Системы управления ПБВ ведомых трансформаторов отслеживают изменения коэффициента, устанавливаемого ведущим трансформатором. Синхронное переключение количества витков позволяет исключать циркулирующие токи, которые могут возникать благодаря разнице вторичных напряжений между обмотками соединенных параллельно трансформаторов. Хотя как показывает практика, полностью исключить циркулирующие токи практически невозможно вследствие рассогласования в момент переключения. Однако в определенных пределах – это допустимая норма.

Последовательно подсоединенные регулировочные трансформаторы

Чтобы регулировать коэффициент трансформации в мощных трансформаторах или автотрансформаторах, целесообразно использовать регулировочные трансформаторы, которые еще называют вольтодобавочные. Такие трансформаторы последовательно подсоединяются к основным трансформаторам, позволяя изменять и напряжение, и его фазу. Такой способ регулирования применяется достаточно редко, так как схема отличается сложностью, а стоимость регулировочного прибора относительно высока.

Новости Республики Коми | Комиинформ

Оборудование, потребляющее энергию и подключенное к трансформатору, нуждается в настройке индивидуальных показателей напряжения. Для выполнения этой задачи используется устройство РПН. Рассмотрим, как оно работает, каковы его конструкции и особенности.

РПН – что это

Блок регулировки напряжения под нагрузкой меняет параметры напряжения для его подачи потребляющим агрегатам без выключения трансформатора. В соответствии с напряжением и характеристиками мощности трансформатора, регулятор способен менять коэффициент трансформации на 10-16%.

Устройство РПН CZ

Несмотря на принцип действия и выполняемые задачи, РПН нельзя отнести к реле. Переключение происходит по следующей схеме. На каждой фазе трансформатора установлены два мобильных контакта – один прижимается к витку катушки, отвечающей за нужный показатель напряжения. Когда происходит перевод, второй контакт примыкает к витку, меняющему указанные параметры. Включение выполняется вручную либо с применением привода.

Конструкция РПН зависит от его разновидности. Однако в основе любой модели лежит принцип изменения числа рабочих витков на изначальной катушке трансформатора.

Классификация

Есть несколько видов РПН, которые различаются по своим характеристикам:

• по типу токоограничивающего элемента – бывает с реакторами либо резисторами;
• по наличию/отсутствию контактора;
• по числу фаз (одна или три);
• по способу коммутации (в свою очередь здесь может быть четыре варианта – дуга разрывается в трансформаторном масле, в разряженном пространстве, бездуговый вариант и комбинированный).

Для обеспечения работоспособности РПН эти устройства оснащаются автоматическими элементами контроля и регуляторами напряжения.

Помимо перечисленных устройств, для смены параметров напряжения в агрегатах повышенной мощности используются специальные вольтодобавочные трансформаторы. Подобное оборудование подключается последовательно и применяется совместно с основным агрегатом в качестве дополнения. По причине повышенной сложности такая схема не получила широкого распространения.

Защита

С целью обеспечения штатной работы РПН используется газовая защита. Устанавливается дополнительная емкость, которая с помощью специального канала соединяется с масляной средой трансформатора. В этом канале находится реле и небольшой сигнальный элемент.

Устройство РПН SHZV

Если количество образованных газов незначительно, этот элемент указывает на низкий уровень масла. Если случается выброс, увеличившееся в объеме масло по законам физики поступает в расширитель. Когда интенсивность выброса достигает определенного значения, реле срабатывает, выключая трансформатор. Таким способом контакты РПН предохраняются от разрушения.

Плюсы и минусы регулирования РПН

Главный плюс в том, что регулирование напряжения происходит без отключения трансформатора. При этом параметры устройства поддерживаются на заданном уровне, даже если характеристики подаваемого напряжения меняются. Кроме того, благодаря этому устройству регулируются параметры с учетом нужной величины.

Минусы связаны с необходимостью конструктивного усложнения трансформатора и использования дополнительных элементов. При этом надежность работы оборудования снижается – чем сложнее конструкция, тем выше вероятность поломки. Масса и размеры агрегата также увеличиваются, что тоже представляет определенные неудобства.

Как выполняется регулирование

Схема работы устройства следующая:

1. В первичном положении оба задействованных контакта подключены к одному витку катушки.
2. Если требуется перейти на другой уровень, происходит размыкание контакта без выключения напряжения с замыканием дополнительного коннектора.
3. Контакты переводятся на другой виток.
4. Рабочий ток разделяется между ветвями реактора.
5. Контакт переводится на другую ветвь с дальнейшим замыканием.

Дальнейшие переключения выполняются аналогичным образом. Использование РПН значительно расширяет рабочие показатели трансформаторов и меняет параметры напряжения, передаваемого на потребляющее оборудование без выключения тока.

Регулирование напряжения трансформатора

Любой современный потребитель электрической энергии (промышленное предприятие, жилой дом) требует получения электроэнергии в достаточном количестве и хорошего качества. Под качеством электрической энергии понимается ее частота, симметрия и величина подводимого к потребителю трехфазного напряжения.

Для экономичной и безаварийной работы любого потребителя необходимо, чтобы отклонения фактической величины подводимого к нему напряжения были минимальными. Во всяком случае, эти отклонения не должны превышать установленной для данного приемника нормы. Такие нормы определяются, например, ГОСТ 13109—67 и «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) и не должны нарушаться. Так, для электродвигателей напряжение на зажимах не должно отличаться от номинального более чем в пределах от —5 до +10%. При снижении напряжения, например, на 10% уменьшится скорость вращения двигателя и возрастут токи ротора и статора, что приведет к перегреву обмоток двигателя и сокращению срока службы его изоляции.

Весьма чувствительны к отклонениям напряжения осветительные установки, для которых допустимое отклонение напряжения составляет ±5% для жилых помещений и от —2,5 до + 5% для общественных зданий и производственных помещений. При понижении напряжения резко ухудшается освещаемость, а при повышении, например, на 10% срок службы ламп сокращается примерно втрое.

Для некоторых дуговых электропечей снижение напряжения на 8% заставляет прекращать плавку стали, т. е. является аварийным.

Таким образом, колебания напряжения приводят к значительному ущербу и нужно стремиться сделать их минимальными. Однако выполнить это очень непросто, так как причинами колебаний напряжения являются неизбежные изменения (включения и отклонения) нагрузки и переменные режимы работы потребителей электроэнергии. Колебания напряжения являются в принципе неизбежными, поэтому для поддержания уровня напряжения постоянным требуется постоянное его регулирование.

Способы регулирования напряжения

Различают два способа регулирования напряжения: местное и централизованное.

Под местным регулированием понимают регулирование напряжения непосредственно на месте потребления, т. е. его стабилизацию на заданном уровне у каждого отдельного потребителя (например, стабилизаторы для телевизоров) или сразу для группы потребителей (например, для одного или нескольких домов). В последнем случае в какой-то точке сети устанавливают трансформатор с устройством для регулирования напряжения. Это устройство включают, когда у всех потребителей, питаемых от этого трансформатора, надо поддержать напряжение на определенном уровне (например, 220 В).

Регулирование напряжения может быть автоматическим, без отключения трансформатора от сети. При этом потребитель даже не чувствует, что в трансформаторе происходят какие-то изменения. Такое регулирование напряжения называют регулированием под нагрузкой (РПН). Однако РПН требует применения сложных и дорогих переключающих устройств. Поэтому для трансформаторов небольшой мощности часто применяют регулирование напряжения без возбуждения, т. е. после отключения всех их обмоток от сети. Этот способ регулирования сокращенно называют ПБВ (переключение без возбуждения). После переключения трансформатор вновь включается в работу. При этом способе потребителя на какое-то время вообще отключают от сети. Особенно неудобно это там, где нагрузка меняется часто. Зато устройства ПБВ просты по конструкции и относительно дешевы.

Под централизованным регулированием понимают регулирование напряжения непосредственно на шинах генераторов электростанций при помощи изменения их возбуждения. Централизованное регулирование осуществляют обычно как «встречное», т. е. таким образом, чтобы оно заранее «встречало» колебания напряжения, вызванные нагрузкой. Так, в период наибольших нагрузок у генераторов поднимают напряжение выше номинального, чтобы компенсировать повышенные потери напряжения в сети и поддержать его у потребителя близким к поминальному. И наоборот, когда нагрузка снижается, уменьшают возбуждение у генераторов и соответственно напряжение в сети.

Регулирование напряжения без возбуждения

Допустим, что к сети с напряжением 6,3 кВ нормально подключены несколько трансформаторов с вторичными напряжениями 220 В. На практике редко случается, чтобы все эти трансформаторы непрерывно работали с полной нагрузкой. В ночные часы, когда не работает большинство заводов и потребляемая ими мощность обычно невелика, в сети 6,3 кВ проходит небольшой ток, не вызывающий заметного падения напряжения.

Когда на заводах включаются в работу станки, резко увеличивается нагрузка на каждый трансформатор. Вторичные токи в трансформаторах возрастают, растет соответственно и первичный ток, потребляемый каждым трансформатором. Складываясь, эти токи образуют в сети 6,3 кВ ток, во много раз больший, чем в ночные часы суток. Действительное напряжение сети равно уже не 6,3 кВ, а какой-то другой, меньшей величине. На столько же уменьшается и вторичное напряжение, питающее приемники энергии.

Однако потребители электроэнергии заинтересованы в получении постоянного напряжения 220 В вне зависимости от колебаний первичного напряжения. Чтобы удовлетворить эти требования, в трансформаторах предусматривают возможность регулирования напряжения.

Наибольшее распространение на практике получило регулирование напряжения при помощи изменения ступенями числа витков одной из обмоток. Подавляющее большинство трансформаторов строят с регулированием числа витков в обмотке ВН. Дело в том, что по обмотке НН протекает большой ток и, следовательно, переключающее устройство должно быть рассчитано на этот ток, т. е. оно неизбежно будет громоздким. В обмотке ВН ток в десятки раз меньше (6300/220=28,6) и, следовательно, переключающее устройство может быть сравнительно небольшим и легким, хотя его и придется изолировать от заземленных частей трансформатора на 6,3 кВ.

При изменении числа витков, например, первичной обмотки меняется величина магнитного потока, вследствие чего увеличивается (или уменьшается) напряжение во вторичной обмотке трансформатора. Так, если напряжение питающей сети (первичное) постоянно, а вторичное упало, то для его восстановления надо увеличить магнитный поток. Это достигается уменьшением числа витков ω₁ первичной обмотки.

Действительно, при постоянном U₁ эдс Е₁ также неизменна. Из выражения Е₁ = 4,44f ω₁Ф_0макс следует, что увеличить магнитный поток при неизменной Е₁ можно, только уменьшив число витков первичной обмотки. Если же первичное напряжение упало, то соответственно упадет и величина Ф₀. Для сохранения постоянной величины вторичного напряжения надо восстановить прежнее значение магнитного потока. Этого можно достигнуть также уменьшением числа витков первичной обмотки.

Принцип регулирования как раз и заключается в изменении определенными ступенями числа витков в обмотке трансформатоpa, что обеспечивает необходимые величины магнитного потока и напряжения. На практике в обмотке ВН трансформатора делают ряд ответвлений, каждое из которых соответствует заданному числу последовательно включенных витков обмотки (рисунок 1).

а — пять ответвлений в конце; б — шесть ответвлений в середине; в — оборотная схема с тремя ответвлениями в конце; г — магнитно-симметричная схема; д — магнитно-симметричная схема с пятью ответвлениями

Рисунок 1 — Вывод регулировочных ответвлений в обмотке ВН

Стандартные трансформаторы малой и средней мощности (до 630 кВА) имеют на обмотке, как правило, пять ответвлений (рисунок 1, а), из которых среднее (Х₃) соответствует нормальному напряжению сети (в нашем примере 6,3 кВ), а другие — напряжениям, отличающимся от него на ±5% (±2×2,5%). Так, если напряжению 6,3 кВ соответствует 1000 витков в обмотке ВН (ответвление Х₃), то напряжению 6,615 кВ (ответвление Х₁), большему на 5%, соответствует 1050 витков, а напряжению 5,985 кВ (ответвление Х₅), меньшему на 5%, — 950 витков. Напряжение регулируется ступенями по 157,5 В. В обмотке ему соответствует 25 последовательно включенных витков.

Отключать витки можно как на конце обмотки, так и в ее середине. Однако при отключении витков с края обмотки возможно такое положение, когда обмотка становится как бы короче. Это случается особенно при работе на ответвлении Х₅ (рисунок 1, а). Различие в высотах обмоток, как известно, приводит к увеличению осевых усилий. Поэтому обычно ответвления выполняют в середине обмотки (рисунок 1, б). При небольших мощностях применяют оборотную схему (рисунок 1, в).

Ответвления в конце обмотки ВН встречаются редко — главным образом у трансформаторов малой мощности, где механические усилия незначительны, а выполнение ответвлений в середине обмотки конструктивно затруднено.

Замыкая ответвления А₂—А₃, А₃—А₄, А₄—А₅ и т. д. (рисунок 1,б), включают в работу одновременно все или часть витков обмотки ВН. По схеме, показанной на рисунке, напряжение регулируют в пределах ±5% двумя ступенями по 2,5% в каждой. По схеме, показанной на рисунке 1, в, г, напряжение регулируют также в пределах ±5%, но тремя ступенями (0, +5%, —5%).

Схемы, показанные на рисунке 1, г, д, являются магнитно-симметричными, они резко снижают механические усилия. Витки регулировочных ступеней в таких обмотках отключаются не с одного конца, а симметрично относительно середины обмоток (рисунок 1, г), что благоприятно сказывается на электродинамической прочности трансформатора, или по всей высоте обмотки (рисунок 1, д). Ответвления замыкаются специальным устройством — переключателем, который соединяет их в определенном порядке, включая в работу то или иное число витков.

Напряжение регулируют по схемам, показанным на рисунке 1, только при отключенном от сети трансформаторе. Переключать ответвления при работающем трансформаторе нельзя, так как при размыкании ответвлений между контактами переключателя возникнет электрическая дуга, которая быстро его разрушит. Следовательно, чтобы переключить обмотку трансформатора на другое напряжение, надо отключить его от сети, переключить его ответвления и вновь включить в работу. На это время все приемники остаются без питания. Это экономически невыгодно.

Регулирование напряжения под нагрузкой

Регулирование напряжения трансформаторов способом РПН производится в принципе так же, как и способом ПБВ, но число ответвлений обмотки, т. е. число регулировочных ступеней, обычно бывает больше, а диапазон регулирования — шире. Так, ГОСТ 12022—76 для трансформаторов мощностью 63—630 кВА установил диапазон регулирования напряжения относительно номинального ±10% ступенями по 1,67% (±6X1,67%). ГОСТ 11920—73 разрешил для трансформаторов мощностью 1000—80000 кВА иметь различные диапазоны регулирования: ±9, ±10, ±12%. Существуют серии трансформаторов с еще большим диапазоном: ±16, ±22, ±36. Еще более «глубокое» регулирование требуется для некоторых специальных трансформаторов, например электропечных, где отношение пределов регулирования напряжения обмотки НН нередко составляет 1 : 2, 1 : 3 и даже 1 : 5.

Рассмотрим наиболее распространенную схему работы переключающего устройства с токоограничивающим реактором (рисунок 2). Переключающее устройство имеет следующие основные части: избиратель ответвлений, контактор, токоограничивающий реактор, привод устройства. В схеме имеется два отводящих (токосъемных) контакта избирателя П1 и П2, два контактора К1 и К2, токоограничивающий реактор Р (I_н — номинальный ток трансформатора).

а — положение «два вместе»; б — разомкнут контакт ФК2; в — положение «мост»; г — разомкнут контакт К1

Рисунок 2 — Схемы работы переключающего устройства с токоограничивающим реактором

На рисунке 2, а оба отводящих контакта установлены на одном ответвлении обмотки. Такое положение контактов называют «два вместе». Номинальный ток нагрузки делится поровну между двумя половинами переключающего устройства. При необходимости перейти на другое ответвление (ступень) обмотки привод в первую очередь размыкает контакты контактора К2 (рисунок 2, б). Эти контакты разрывают ток, равный половине номинального, и между ними возникает электрическая дуга. После гашения дуги весь ток проходит только через вторую (верхнюю) половину переключающего устройства. Отводящий контакт избирателя (П2) при отсутствии тока (цепь разорвана) переходит на другое ответвление обмотки, после чего контакты К2 вновь замыкаются (рисунок 2, в).

Такое положение переключающего устройства обычно называют положением «мост». Как и в положении «два вместе», номинальный ток нагрузки делится пополам между каждой половиной переключающего устройства. Однако в положении «мост» кроме нагрузочного тока возникает циркулирующий ток, замыкающийся внутри контура, образованного частью обмотки трансформатора и реактором (рисунок 2, в). Величина циркулирующего тока ограничивается сопротивлением контура — в основном сопротивлением реактора. Обычно сопротивление реактора подбирают так, чтобы величина циркулирующего тока была равна половине номинального. В этом случае ток, проходящий через отводящие контакты П1 и П2, не будет больше номинального и нет опасности их чрезмерного нагрева.

Далее размыкаются контакты К1, разрывающие номинальный ток (рисунок 2, г). После гашения дуги весь ток проходит уже через другую половину переключающего устройства. Отводящий контакт П1 избирателя при отсутствии тока переходит на ответвление, где уже стоит контакт П2, контакт К2 вновь замыкается и переключение заканчивается.

Из рассмотрения работы переключающего устройства РПН можно сделать следующие выводы:

— контакты контактора К1 и К2 замыкают и размыкают ток, т.е. подвергаются воздействию электрической дуги;

— контакты избирателя П1 и П2 замыкаются и размыкаются без разрыва тока, т. е. при отсутствии дуги;

— привод должен обеспечить описанную последовательность работы контактов;

— реактор служит для ограничения циркулирующего тока до необходимой величины (например, до половины номинального тока нагрузки);

— в положениях контактов избирателя «два вместе» и «мост» ток нагрузки распределяется поровну между двумя обмотками реактора, установленными на одном сердечнике. Эти токи направлены навстречу друг другу и в положение «два вместе» не создают возбуждающего поля в сердечнике и падения напряжения.

Достоинство переключающих устройств с токоограничивающий реактором заключается в возможности длительно работать в промежуточном положении «мост», поэтому для привода этих устройств не требуется специальных быстродействующих механизмов, значит, они могут быть относительно простыми и дешевыми.

В последние годы широкое распространение получили и другие переключающие устройства — с активными токоограничивающими сопротивлениями. Не рассматривая подробно эти устройства, отметим, что их конструкция получается более сложной и дорогой, чем у переключающих устройств с реакторами. Однако они обладают рядом весьма существенных достоинств: громоздкий и тяжелый реактор заменен сравнительно легкими активными сопротивлениями; конструктивно эти устройства более компактны; условия гашения дуги более благоприятны.

Существует много схем регулируемых обмоток трансформаторов. На рисунке 3 показана в качестве примера схема обмотки ВН однофазного трансформатора, регулируемой переключающим устройством с реактором.

Рисунок 3 — Схема обмотки ВН однофазного трансформатора, регулируемой переключающим устройством с реактором