С ростом мощности энергосистемы или энергопредприятия становится невозможным применение регулирующих устройств типа РНТ, в которых используются токоограничивающие реакторы. Их выполнение на большие мощности привело бы к резкому увеличению размеров силовых трансформаторов, что, несмотря на определенные преимущества применения реакторов для ограничения тока в процессе переключения, экономически нецелесообразно.
В быстродействующих регулирующих устройствах применяются для ограничения тока при переключениях ответвлений обмоток активные сопротивления. Поскольку активные сопротивления не рассчитаны на длительное прохождение номинального тока силового трансформатора, для большей надежности Бремя их работы строго ограничивается. Если это время не ограничивать, то сопротивление требовалось бы изготовить большим и громоздким, что также увеличивало бы габариты регулирующего устройства и, как следствие, силового трансформатора. Ограничение времени прохождения тока через сопротивления обеспечивается быстродействием работы переключающего устройства.
Быстродействующие переключающие устройства относятся к регулирующим устройствам типа РПН. Они применяются в трансформаторах 35—750 кВ самой различной мощности до 1000 тыс. кВ • А для регулирования напряжения у линейных выводов обмоток напряжением 35—110—220 кВ, а также в нейтрали обмоток. Эти устройства применяются для регулирования напряжения в обмотках, соединенных в звезду, и в обмотках, соединенных в треугольник.
Наиболее распространена ступенчатая система регулирования, она надежна и обеспечивает широкие пределы регулирования, что очень важно для потребителя. К ее недостаткам следует отнести относительную сложность конструкции и ступенчатое (а не плавное) регулирование величины напряжения. Но поскольку величину ступени регулирования напряжения практически возможно выполнить достаточно малой, ступенчатая система обеспечивает достаточную гибкость регулирования напряжения.
Процесс переключения в схемах регулирования напряжения осуществляется так, чтобы в цепи тока не было разрыва (появляющийся в короткозамкнутой секции обмотки циркулирующий ток не должен превышать по величине номинального тока этой обмотки) и не происходило больших колебаний напряжения в сети.
Эти требования к процессу регулирования напряжения и определяют способы практического решения схемы и конструкции быстродействующих устройств регулирования напряжения в силовых трансформаторах.
По характеру гашения дуги регулирующие устройства разделяются на устройства с масляным гашением дуги и устройства с вакуумными дугогасительными камерами.
В настоящее время наибольшее распространение имеют регулирующие устройства с гашением дуги в масле. В этих устройствах применяются контакторы рычажного и роторного типов. Принцип гашения дуги в них основан на быстром растягивании ствола дуги, вследствие чего дуга гасится при первом прохождении тока через «нуль».
Рычажный контактор проще и обладает более высокой отключающей способностью, но контакты его быстрее изнашиваются. Роторный контактор более надежен и долговечен, но сложнее по конструкции и технологии изготовления.
Гашение дуги в контакторах происходит в масле за счет большой скорости размыкания контактов, без каких-либо специальных средств гашения, при первом переходе тока через нулевое значение после размыкания контактов, т. е. длится около 0, 01 с. Дальнейшее снижение времени гашения дуги в масляных контакторах нецелесообразно, так как это вызывает опасные по величине перенапряжения. Современные масляные контакторы регулирующих устройств достигли практически своего предела по отключающей способности.
Контакторы с использованием вакуумных дугогасительных камер получают широкое применение в силовых трансформаторах. В вакуумных устройствах гашение дуги происходит в вакууме, что исключает загрязнение масла и потребность в отдельном кожухе для контактора, позволяет сделать ход подвижного контакта весьма малым (в современных аппаратах он составляет всего 3 мм) и создать быстродействующее переключающее устройство большой мощности. Эти преимущества вакуумных устройств делают их более перспективными по сравнению с обычными масляными устройствами.
Схемы ступенчатого регулирования напряжения в трансформаторах.
Применяющиеся схемы регулирования напряжения предусматривают изменение величины напряжения силового трансформатора путем изменения числа витков одной из обмоток при помощи специального регулирующего устройства.
В трансформаторах с быстродействующим регулированием напряжения под нагрузкой используется ступенчатое регулирование путем перехода с одного ответвления на другое без разрыва цепи главного тока. Схемы эти могут быть различны (рис. 1), но все они имеют переключающее устройство-избиратель И и контакторное устройство или просто контактор К.
В этих схемах избиратель предназначен для переключения ответвлений регулируемой обмотки трансформатора в обесточенном состоянии, а коммутация тока и гашение дуги происходят в контакторе. Поэтому (регулирующие устройства, работающие по этим схемам, состоят из двух отдельных узлов: избирателя И и контактора К, размещаемых отдельно друг от друга. Если избиратель размещается в баке силового трансформатора или в отдельном кожухе, то контактор всегда находится в отдельном кожухе, в котором масло изолировано от масла бака трансформатора.
Принцип действия ступенчатой схемы быстродействующего регулирования.
Допустим, что силовой трансформатор работает на первом ответвлении, обеспечивающем нужную в данное время величину напряжения на выводах его обмоток.
Рис. 1. Схемы ступенчатого регулирования напряжения, а — с 13 ответвлениями (без реверса); б — с реверсом и с тремя ответвлениями на номинальном напряжении; в — с реверсом и с одним ответвлением на номинальном напряжении; г — с тонкой и грубой ступенями; б — с тонкой и грубой ступенями и с одним ответвлением на номинальном напряжении.
По условиям режима необходимо произвести переключение на четвертое ответвление. Как при этом работает устройство, чтобы не вызвать разрыва цепи главного тока?
Конструкция избирателя предусматривает два подвижных контакта Mi и Hz, а конструкция контактора — два плеча Кг и Кп контактора (рис. 2).
Рис. 2. Принцип действия ступенчатой схемы. а — первое: б — второе; в — третье; г — четвертое положения переключающего устройства; /Сг, — контакторы; Ни Иг — избиратели; R — ограничивающее сопротивление.
В исходном положении контакты H1 и И2 избирателя замыкают неподвижные контакты соответственно первого и второго ответвлений регулировочной обмотки.
Правильность работы регулирующего устройства обеспечивается соблюдением определенной очередности работы контактов избирателя и контактора.
Рассмотрим это на примере регулирования напряжения с 1-го положения до 4-го, т. е. с ответвления 1 на ответвление 4.
При переходе на ответвление 2 избиратель не работает, контактор перебрасывает свои контакты, замыкая правое плечо Кп\ теперь в цепь тока включено ответвление 2 — 2-е положение (рис. 2, б).
Поскольку замкнуто правое плечо контактора, при последующем переключении со 2-го на 3-е положение сначала переходит подвижный контакт верхнего нечетного ряда избирателя с ответвления 1 на ответвление 3 и лишь после этого срабатывает контактор, замыкая левое плечо Ki и размыкая правое плечо Кп. Теперь ток проходит через ответвление 3 (рис. 2, в).
При дальнейшем вращении привода в том же направлении контакты нижнего четного ряда избирателя перейдут с ответвления 2 на ответвление 4 и только после этого сработает контактор, замыкая правое плечо Кп -4-е положение (рис. 2, г) и т. д.
При обратном переключении с 4-го положения на 1-е, т. е. при изменении направления вращения привода, избиратель сначала не работает, срабатывает только контактор, переключая таким образом цепь тока с ответвления 4 на ответвление 3, а при последующем — переключаются контакты избирателя с ответвления 4 на ответвление 2, замыкается правое плечо Кп контактора, а уже затем контакты избирателя переключаются с ответвления 3 на ответвление 1 и замыкается левое плечо Ki контактора.
Таким образом, при переключении ответвлений на одно положение в направлении, противоположном предшествующему направлению регулирования, срабатывает только контактор, а в дальнейшем при последовательном переключении ответвлений поочередно работают контакты нечетного и четного рядов избирателя при работе контактора. Контакты избирателя четного ряда работают всегда при разомкнутом правом плече Ки контактора, а
Контакты нечетного ряда избирателя — при разомкнутом Левом плече Ki переключателя.
Рассмотрим порядок работы контактов при переключении контактора. Допустим, что в исходном положении (рис. 3, а) замкнуто левое плечо Ki контактора, т. е. главный K1, вспомогательный K2 и дугогасительный Кз контакты замкнуты, а главный K6, вспомогательный K5 и дугогасительный K4 контакты правого плеча Кп разомкнуты. В этом положении включено одно из нечетных ответвлений, и ток проходит через контакты Ki и Ki контактора.
Рис. 3. Порядок работы контактов контактора.
Кг — левое плечо контактора; Ki. Кг и Кг — соответственно главный, вспомогательный и дугогасительный контакты левого плеча; /(г1 — правое плечо контактора; R, Лб, Ке — соответственно дугогасительный, вспомогательный и главный контакты правого плеча; R — сопротивление ограничивающее.
В начале переключения контактора размыкается главный контакт Ki и весь ток проходит через вспомогательный контакт Кг (рис. 3,6). В последующем размыкается вспомогательный контакт K2 и весь ток идет через токоограничивающее сопротивление R и дугогасительный контакт Кз (рис. 3, в).
Замыкается дугогасительный контакт K4 правого плеча, в результате оказываются замкнутыми дугогасительные контакты обоих плеч, и ток проходит по двум параллельным ветвям (рис. 3, г) —это так называемое положение «мост», при котором регулируемая секция обмотки замкнута на оба токоограничивающих сопротивления R,
В дальнейшем размыкается дугогасительный контакт К3, при этом полностью отключается левое плечо К\ контактора, и ток проходит теперь через токоограничивающее сопротивление и дугогасительный контакт Kt правого плеча Кп контактора (рис. 3,д), замыкается вспомогательный контакт Кь, шунтируя токоограничивающее сопротивление (рис. 3, е) и за ним — главный контакт Кв. Правое плечо Кп контактора оказывается полностью замкнутым, ток идет через контакты Къ и Кб (рис. 3, ж) и четное ответвление избирателя.
В ряде схем (рис. 1, б, в) применяется предызбиратель ПИ, который переключает регулировочную обмотку, т. е. изменяет направление (реверсирует) подключения ее по отношению к основной обмотке трансформатора в процессе регулирования напряжения. В зависимости от положения контактов 9—11 или 10—11 предызбирателя к основной обмотке будет подключено начало 1 или конец 7 регулировочной обмотки.
Реверсирование регулировочной обмотки позволяет без увеличения числа ответвлений расширить диапазон (предел) регулирования напряжения у силового трансформатора или уменьшить величину регулируемого напряжения ступени без изменения диапазона регулирования, т. е. сделать регулирование напряжения более тонким (гибким).
Таким образом, контакты избирателя и предызбирателя в процессе регулирования напряжения тока не разрывают, а только пересоединяют ответвления регулировочной обмотки. Контакты контактора разрывают цепь тока и через одно срабатывание повторяют свой цикл. Гашение дуги при разрыве тока происходит в контакторе.
