Регулируемые трансформаторы - Процесс переключения и выбор токоограничивающих сопротивлений

2. ПРОЦЕСС ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И ВЫБОР ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИИ

а) Основные требования к сопротивлениям

В схемах ступенчатого регулирования напряжения переключение с одного ответвления на другое выполняется без разрыва тока нагрузки. Это достигается за счет определенной очередности движения контактов, при которых цепь предыдущего ответвления размыкается только после замыкания цепи последующей ступени регулирования. При этом некоторый промежуток времени витки регулируемой секции будут замкнуты контактами и по ним потечет ток, ограниченный внутренним сопротивлением секции— напряжение ступени регулирования, a z0— полное сопротивление секции в омах. Величина zc обычно мала, и циркулирующий ток может достигать величины, опасной для витков регулируемой секции. 

Для ограничения величины тока в момент одновременного соединения двух смежных ответвлений в схему включают токоограничивающие сопротивления — индуктивные или активные. Индуктивные сопротивления, выполненные в виде реакторов со стальным сердечником (реже — автотрансформаторов), могут быть рассчитаны как на кратковременную, так и на длительную работу в процессе переключения. Последнее более выгодно, так как дает возможность использовать промежуточные положения при переключениях в качестве рабочих и повышает общую надежность всего устройства.
Переключающие устройства с индуктивными токоограничивающими сопротивлениями обычно применяются в соединении с электродвигательным приводом с относительно низкими (порядка нескольких секунд) скоростями срабатывания.
Активные или омические сопротивления не могут выполняться на длительное включение вследствие очень больших потерь в них. Конструкция сопротивлений при этом была бы очень громоздкой и дорогой. Если же рассчитать омическое сопротивление на кратковременную работу, то оно может быть выполнено достаточно компактным.
На практике применяют токоограничивающие омические сопротивления, рассчитанные на работу в течение весьма малого периода времени, исчисляемого десятыми и даже сотыми долями секунды. Такие сопротивления могут работать только с быстродействующими переключающими механизмами, чаще всего снабженными пружинным приводом. Таким образом, характер токоограничивающего сопротивления во многом определяет тип приводного механизма.
Основные требования, предъявляемые к процессу переключения и токоограничивающим сопротивлениям любой конструкции, сводятся к следующему: 1) переключение должно осуществляться без разрыва тока главной цепи; 2) циркулирующий в короткозамкнутой секции ток не должен превышать номинальный; 3) величина полного сопротивления цепи должна быть такой, чтобы не создавать больших колебаний напряжения в сети в момент переключения.                   
Перейдем к рассмотрению конкретных схем переключения обмоток регулируемых трансформаторов.

б)  Процесс переключения ответвлений

В принятых схемах переключения подвижные контакты переключателей соединены последовательно с токоограничивающим сопротивлением. Для одноступенчатых переключателей с контакторами выполняется глухое подсоединение омического сопротивления к одному из ответвлений обмотки.
В этом случае отвод тока производится непосредственно через контактор. Указанные способы включения сопротивлений применяются для отечественных переключателей и соответствуют схемам, приведенным на рис. 1.
Рассмотрим последовательность переключения, например, с шестого ответвления регулирования на пятое с применением обоих видов токоограничивающих сопротивлений.
На рис. 8 показаны пять основных положений для одной фазы регулирующих устройств трех типов: состоящих из переключателя (первый тип), переключателя со вспомогательными контакторами (второй тип) и только контактора (третий тип); там же даны векторные диаграммы изменения напряжений для регулирующих устройств первых двух типов. Β первом положении оба подвижных контакта переключателей установлены на одном ответвлении регулирования. По обеим частям реактора протекают токи, равные половине тока нагрузки и противоположно направленные (потери в реакторе невелики). Оба вспомогательных контактора переключателя замкнуты. В схеме 3-го типа при наличии только одного контактора последний подключает ответвление регулирования непосредственно и токоограничивающее сопротивление отключено. Такое положение регулирования для всех схем является рабочим, и напряжение трансформатора соответствует 6-й 'ступени регулирования:
 где — напряжение одной ступени.
В положении II подвижные контакты обоих переключателей П-2 сходят с ответвления Ав (у второго типа переключателей предварительно отключается контактор К2). При этом в цепь регулирования последовательно включается половина реактора и по его обмотке проходит полный ток нагрузки, создавая добавочное падение напряжения в цепи, где хр — полное индуктивное сопротивление реактора (активным сопротивлением реактора пренебрегаем). 

Рис. 8. Полный цикл переключения с 5-го на 6-е ответвление без разрыва тока нагрузки для переключателей наиболее распространенных типов.
Ав, As— ответвления регулировочной обмотки; П1, П2 — подвижные контакты переключателя; К1, К2 — вспомогательные контакторы; К — основной контактор одноступенчатого переключателя; Р — реактор; Xр — полное сопротивление реактора; ОС — токоограничивающее омическое сопротивление; I—V — основные положения переключателей при регулировании напряжения.

Напряжение для этого положения регулирования равно-.
У переключателя третьего типа в положении II омическое сопротивление зашунтировано.
В положении III подвижные контакты переключателей установлены на разных ответвлениях и регулируемая секция обмотки замкнута на реактор. Такое положение принято называть положением „моста”. В короткозамкнутом контуре протекает геометрическая сумма половины тока нагрузкии циркулирующего в секции тока Iс, причем по одной половине реактора протекает сумма этих двух составляющих тока, а по другой — их разность. Как будет показано ниже, направление циркулирующего в секции тока должно быть учтено при выборе основных и вспомогательных контактов в случае несимметричного включения токоограничивающего сопротивления. В этом положении напряжение будет(см. векторную диаграмму рис. 8).
Для переключателя с контактором это положение соответствует предыдущему положению переключателей первых двух типов, т. е. последовательному включению в цепь ограничивающего сопротивления и соответственному снижению напряжения внешней цепи за счет падения в нем.
Следующее положение IV для переключателей аналогично положению //, но в цепь регулирования вводится вторая половина реактора. В переключателе первого типа разрывы циркулирующего тока осуществляются контактом П-1, а в переключателях второго типа из положения „мост” первым начинает движение вспомогательный контактор К1; который разрывает цепь циркулирующего в контуре тока. В этой схеме подвижный контакт переключателя П-1 переключается вхолостую, т. е. после разрыва цепи циркулирующего тока. Напряжение этого положения регулирования будет— =; таким образом, напряжение внешней цепи
вторично снижается на величину падения в реакторе. Для переключателя третьего типа положение IV соответствует положению моста при движении контактора сверху вниз, как показано на рис. 8.
Последнее положение V для всех типов переключателей является рабочим, так как оба подвижных контакта П-1 и П-2 и основной контактор К установлены на одном регулировочном ответвлении. Напряжение для этого положения составляет Uv= U5, т. е. равно напряжению низшей ступени регулирования. На этом процесс переключения заканчивается.
Таким образом, переключение со ступени на ступень осуществляется без разрыва тока нагрузки за счет определенной последовательности движения контактов переключателей.
В эксплуатации могут встретиться переключатели, оборудованные быстродействующими контакторами секторного типа, поочередно закорачивающими несколько омических сопротивлений в процессе переключения. Принципиальная схема соединения обмоток с такими контакторами была приведена на рис. 1,6. В таких схемах контакторы применяются только для разрыва дуги и переброса тока нагрузки с одного ответвления регулирования на другое; само подключение необходимого ответвления обмотки производится заранее вспомогательным переключателем избирательного типа. На рис. 9 показаны пять характерных положений контактора при переключении с 3-го на 4-е ответвление с применением омических сопротивлений. В рабочем положении ток нагрузки проходит через контактор секторного типа и оба сопротивления отключены. В положении моста (3 на рис. 9) оба сопротивления подключаются контактором и ток короткозамкнутой секции проходит через них. Последовательность работы контактора ясна из рис. 9, где приведена лишь принципиальная схема устройства и вспомогательные переключатели не показаны. Переключение характеризуется поочередным введением в цепь обоих сопротивлений и одним положением моста, т. е. наличием тех же основных пяти положений регулирования. Таким образом, для нескольких токоограничивающих сопротивлений процесс перехода с одного ответвления на другое принципиально ничем не отличается от рассмотренной выше последовательности переключения для одного сопротивления или реактора.

Рис. 9. Схема поочередного включения омических сопротивлений при помощи контактора секторного типа,
TC1, ТС2 — токоограничивающие сопротивления; III—IV — ответвления регулирования; 1—5 — положения регулирования; а —г  — основные контакты; б—в —  вспомогательные контакты.
На практике для секторных контакторов применяют не два, а несколько сопротивлений — обычно две группы по три сопротивления в каждой. При этом для сопротивлений каждой группы выдерживается соотношение 1:1,5:2. Сопротивления через контактор включаются в нейтраль обмотки трансформатора.