3. МЕТОДЫ РАСШИРЕНИЯ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ И УВЕЛИЧЕНИЯ ПРЕДЕЛОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
а) Расширение областей применения переключателей
Обычно переключающие устройства рассчитываются на определенные рабочие токи и напряжения и поэтому имеют ограниченную область применения. Если для трансформаторов очень больших мощностей бывает оправдано индивидуальное изготовление переключающей аппаратуры, то для менее мощных необходимо найти такую конструкцию переключателя, чтобы ее можно было применять к возможно большему числу типоразмеров трансформаторов. Так, по данным зарубежных установок, для мощностей 5—20 тыс. кВА применяется довольно большое количество типов переключателей, в то время как для мощностей 750—5 000 кВА используется лишь несколько стандартных конструкций.
Рис. 11. Включение добавочного последовательного трансформатора для облегчения работы переключающей аппаратуры.
а — для силового трансформатора без пересоединения обмоток; б — то же для различных соединений обмоток.
При соответствующих способах включения переключающей аппаратуры она может быть применена для достаточно большого количества трансформаторов. При этом за счет правильного выбора параметров цепи переключения условия ее использования могут быть облегчены, срок службы увеличен, а стоимость снижена. Поэтому выбору способа включения переключающей аппаратуры уделяется серьезное внимание.
Если номинальный ток силового трансформатора превышает ток переключателя, то последний может быть применен при наличии вспомогательной аппаратуры в виде последовательного трансформатора, схема которого приведена на рис. 11,а. В тех случаях, когда обмотки трансформаторов выполнены на несколько соединений, последовательный трансформатор включается так, чтобы получить соответствующее изменение напряжения при любых соединениях (рис. 11,б).
Иногда для снижения напряжения на контактах переключателя и облегчения процесса коммутации последовательно с реактором включают добавочные катушки, располагая их на главном сердечнике трансформатора.
Для вольтодобавочных автотрансформаторов может применяться та же аппаратура, что и для регулируемых трансформаторов. Так как переключающие устройства вольтодобавочных автотрансформаторов должны быть рассчитаны на полный ток линии и ее напряжение, очень часто при высоких напряжениях (порядка 110 кВ) применение дополнительной аппаратуры для получения более низких напряжений также становится оправданным. При этом наиболее экономичные решения могут быть достигнуты при использовании стандартной переключающей аппаратуры, рассчитанной на средние напряжения.
В регулировочных трансформаторах расширение области применения переключателей может быть получено за счет конструкций трансформаторов с двумя сердечниками: изолированным последовательным и возбуждающим (рис. 12,а). Первичная обмотка трансформатора обычно соединяется в звезду, а вторичная, снабженная регулировочными ответвлениями, — в треугольник. При такой схеме оборудование вспомогательной цепи, состоящей из вторичной обмотки возбуждающего трансформатора и первичной обмотки последовательного, изолировано от главной цепи и поэтому может быть сконструировано на более низкие напряжения. Для подобных схем некоторая экономия активных материалов может быть получена при так называемом потенциометрическом методе включения вторичной обмотки возбуждающего и первичной обмотки последовательного трансформаторов, что показано на рис. 12,б. При таком включении изменение регулировочных ответвлений можно производить попеременно и в противоположных направлениях так, чтобы в любых крайних положениях полностью использовалась вся вторичная обмотка. Преимуществом этой схемы является отказ от токоограничивающего сопротивления, роль которого при переключениях может играть первичная обмотка последовательного трансформатора.
Рис. 12. Схемы регулировочного трансформатора с двумя сердечниками.
а — для стандартных переключателей; б — то же при потенциометрическом способе включения регулируемой обмотки; ВТ — возбуждающий трансформатор; ПТ — последовательный трансформатор; К — контакторы; ГО — регулировочные ответвления.
Дальнейшее усовершенствование схемы в направлении экономии активных материалов может быть получено при замене возбуждающего трансформатора автотрансформатором с сохранением регулировочных ответвлений в его обмотке.
Недостатком рассмотренных схем является наличие вспомогательного оборудования, увеличивающего затраты материалов на единицу мощности, однако на практике это может быть оправдано, так как дает возможность применять имеющиеся переключатели серийного изготовления.
В отдельных случаях пределы по току могут быть превзойдены вдвое, если два переключающих механизма включить параллельно. При этом рекомендуется механическое соединение обоих переключателей для обеспечения одновременности переключения и правильного распределения нагрузки между ними.
б) Увеличение пределов регулирования
В ряде случаев, например при увеличении отклонений напряжения в связи с ростом нагрузок, желательно иметь более широкие диапазоны регулирования. Иногда увеличение изменении напряжения в сетях может потребовать замены ранее установленных регуляторов или даже применения дополнительных регулирующих устройств, что связано со значительными капитальными вложениями. Естественно, что регуляторы, первоначально сконструированные на большие пределы регулирования, всегда найдут более широкое применение при любых условиях электроснабжения.
Рис. 13. Увеличение пределов регулирования. а — за счет реверсирования регулировочной части обмотки; б — за счет устройства добавочного ответвления; ВП — вспомогательный реверсирующий переключатель; П — переключатель; ДО — добавочное ответвление; ТС — токоограничивающее сопротивление.
Поэтому при изготовлении регулирующих устройств применяют различные способы включения обмоток, позволяющие увеличить пределы регулирования. Наибольшее применение ввиду своей простоты получил способ реверсирования регулировочной части обмотки, что наряду с увеличением пределов регулирования позволяет также снизить размеры сердечника и катушек с регулировочными ответвлениями.
На рис. 13,а показана схема вольтодобавочного трансформатора, позволяющая вдвое увеличить диапазон вторичной обмотки за. счет применения вспомогательного реверсирующего переключателя. Такая схема может найти применение как для обычных трансформаторов, так и для конструкций трансформаторов с двумя сердечниками. Переключающие устройства, подобные представленным на рис. 13,а, применимы для средних мощностей, они не имеют контакторов, благодаря чему вес переключателя облегчается, несмотря на наличие вспомогательной аппаратуры для реверсирования обмоток. Реверсирующие переключатели обычно работают без разрыва цепи тока нагрузки в тот момент, когда регулировочная обмотка полностью отключена.
Другим способом увеличения диапазона регулирования является устройство добавочного глухого ответвления в нерегулируемой части обмотки, как показано на рис. 13,б. При такой схеме (иногда называемой схемой «грубой ступени») общие пределы регулирования могут быть увеличены вдвое, а потери в меди будут ниже, чем только при реверсировании обмотки, когда при любых направлениях движения остаются включенными все витки регулирования. Число витков обмотки, отключаемое добавочным ответвлением, как правило, выбирается равным числу витков регулировочной части обмотки, что продиктовано требованиями облегчения процесса переключения быстродействующего контактора. Общим для таких схем является также применение вспомогательных переключателей, реверсирующих регулировочную часть обмотки.
Использование регулировочного и дополнительных ответвлений покажем на примере одного из регулируемых трансформаторов зарубежного производства. На рис. 14 схематически показаны варианты - включения обмотки такого трансформатора в процессе регулирования напряжения. В первом положении контактором К подключена нечетная группа ответвлений регулирования. Переключатель П1 установлен на первом ответвлении, а вспомогательный переключатель П2 замыкает контакты 24—23. При таком положении переключающей аппаратуры включено максимально возможное число витков обмотки трансформатора.
В положении II контактор К переключен в сторону четных ответвлений и переключателем П1 вся регулировочная обмотка выведена; включенными остаются только витки основной обмотки. В положении III контактор А занимает первоначальное положение, а вспомогательный переключатель П2 включен на глухое ответвление основной обмотки 15. В этом положении включено минимальное число витков (т. е. часть основной обмотки и одна ступень регулировочной). Кроме рассмотренных крайних, могут иметь место промежуточные положения, не показанные на рисунке. Число включенных витков при этом определяется положениями контактора К и переключателя П1.
Рис. 14. Изменение схемы обмоток трансформатора в процессе регулирования напряжения при реверсировании и включении нерегулируемой части обмотки.
I, II, III — положения регулирования.
Рассмотренная схема дает возможность получить довольно широкий диапазон регулирования напряжения, что достигается не только выполнением глухого ответвления в нерегулируемой части обмотки, но и применением контактора, поочередно включающего сдвоенный переключатель ответвлений.
Схемы, подобные рассмотренной, применяет большинство европейских фирм для регулируемых трансформаторов средних и крупных мощностей для напряжений 35—110 кВ и выше.
