б) Переключатели избирательного типа и быстродействующие контакторы
Для переключающих устройств, встраиваемых в обмотки напряжением 110 кВ с изолированной нейтралью и выше, токоограничивающие сопротивления в виде реактора оказываются весьма громоздкими. Применение в этих случаях компактных омических сопротивлений оказывается более выгодным. Однако эти сопротивления требуют специальных контакторов, скорость работы которых значительно выше, чем та, которую может обеспечить электродвигательный привод, рассмотренный ранее. Для приведения в действие таких контакторов используется аккумулированная энергия сжатой, растянутой или закрученной пружины или энергия падающего груза. Заводка пружины или подъем груза производится электродвигателем или вручную; при этом рычажная система привода может быть освобождена только после окончания заводки. Такая система обеспечивает законченное переключение даже при остановке электродвигателя в процессе переключения, а само переключение при разрядке пружины будет происходить всегда с одинаковой скоростью (за время не выше 0,1 сек).
Имея отдельную аппаратуру для разрыва цепи тока короткозамкнутой секции, можно разделить функции переключения и выбор необходимой ступени регулирования осуществлять с помощью специального переключателя с облегченной контактной системой. Для таких переключателей избирательного типа не потребуется частой замены контактов, так как при наличии отдельного быстродействующего контактора их износ будет незначительным. Поместив такой контактор в отдельный отсек с маслом, можно предусмотреть частую замену его контактов, число которых независимо от количества ступеней регулирования будет весьма ограниченным.
Для выяснения принципа действия таких переключателей рассмотрим принципиальную схему устройства, состоящего из трех сдвоенных переключателей австрийской фирмы Элин и контактора секторного типа (рис. 26). В нормальном рабочем положении ток нагрузки фазы А через одну из пластин контактора 31 и подвижный контакт 21 переключателя П3, подсоединяющий нечетную группу ответвлений регулирования, проходит через всю регулировочную обмотку от ответвлений 1—9, что обусловлено положением реверсирующего переключателя РП3. Оба токоограничивающих сопротивления отключены.
При необходимости регулирования напряжения подвижный контакт 22 переключателя П3 соединяет соседнее ответвление четной группы, после чего срабатывает контактор, переводя цепь тока с контактов 31 на 32. В момент перехода контактора включаются сопротивления ТС, благодаря чему переключение происходит без разрыва цепи тока нагрузки. При замыкании реверсивным переключателем контактов 24—25 вся регулировочная обмотка полностью выводится из работы и реверсируется, что определяется конкретным положением избирательных переключателей. Принцип холостых переключений позволяет выполнить рассматриваемые переключатели на достаточно большие токи (до 400 а в фазе).
Особенностью работы таких устройств является строгое соблюдение определенной последовательности движения его частей: при переключении в сторону четных ступеней первым должен начинать движение переключатель именно этой группы ответвлений, а затем — контактор. Если требуется переключение с ответвления, например 2 на 1 (рис. 26), то оно может быть выполнено только контактором. Соблюдение правильной последовательности движения предохраняет от повреждений контактор, ограничительные сопротивления и витки регулировочной обмотки трансформатора.
Рис. 26. Принципиальная схема соединений переключателей и контактора для многоступенчатого регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.
П1, П2, П3 — сдвоенные избирательные переключатели для холостого переключения ответвлений обмотки, К — быстродействующий контактор секторного типа; ТС—омические токоограничивающие сопротивления; ΡΠ1, РП2, PU3 — реверсирующие переключатели; РО — регулировочная обмотка (одна фаза).
Практика использования переключателей в сочетании с быстродействующими контакторами показала достаточную надежность работы такой аппаратуры. Неполадки, имевшие все же место в эксплуатации, следует отнести главным образом за счет повреждения контакторов, которые в процессе работы подвергаются значительно большему износу, чем переключатели. Между тем
широкое внедрение автоматизации регулирования напряжения в энергосистемах предъявляет повышенные требования ко всей аппаратуре переключения. Поэтому создание более надежных устройств, в которых переключение под нагрузкой производится без контакторов в силовых цепях, следует признать своевременным. Такая схема переключения, не требующая частых ревизий, резко повысит общую надежность регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой.
В качестве примера рассмотрим переключающее устройство с дросселями насыщения вместо контакторов, выполненное германской фирмой (АЭГ) на трансформаторе средней мощности с регулируемой вторичной обмоткой. В конструкции использована способность дросселей насыщения изменять в широких пределах индуктивность обмоток за счет подмагничивания постоянным током. Дроссели, изготовленные из ленточного сердечника тороидальной формы, включаются в нулевую точку обмотки последовательно с подвижными контактами избирательного переключателя. Получение тока управления, необходимого для подмагничивания, предусматривается непосредственно от существующих регулировочных ответвлений обмотки трансформатора. Последнее оказалось возможным благодаря применению специальных кремниевых выпрямителей, выдерживающих высокую температуру окружающего масла. Величина тока управления может изменяться с помощью омических или индуктивных делителей напряжения, управляемых от общего электродвигательного привода.
Схема включения дросселей насыщения вместо быстродействующих контакторов с сопротивлениями показана на рис. 27,а. В рабочем положении оба переключателя П1 и П2 установлены на одном ответвлении регулирования, например 1. Через обмотки обоих насыщенных дросселей 4 и 5 протекает половина нагрузочного тока
. Для перехода на ответвление 2 один из переключателей, например П1; должен быть обесточен, поэтому в дросселе 4 уменьшают подмагничивание, что приводит к увеличению индуктивности и соответствующему снижению тока в цепи Π1 (ток 1а равен току холостого хода дросселя насыщения 4).
Рис. 27. Принципиальная схема включения дросселей насыщения при переключении ответвлений обмотки силового трансформатора под нагрузкой (а) и диаграмма изменения токов при переключении (б).
1, 2, 3 — регулировочные ответвления обмотки трансформатора; 4, 5 —дроссели насыщения; 6, 7 — омические делители напряжения; 8 — питание цепи подмагничивания от выпрямителя; П1, П2 — подвижные контакты переключателя; Iа, Ib токи в обмотках переменного тока дросселей насыщения; Zya, Zyb — токи подмагничивания; fпep — время переключения; tк — то же коммутации; I, II, III — положения регулирования.
После этого происходит практически безыскровое переключение контакта П2 на ответвление 2 и весь ток нагрузки проходит через обмотку полностью насыщенного дросселя 5 (Ib =Iн). Далее следует увеличение тока управления в дросселе 4 и одновременное его уменьшение в дросселе 5 (процесс коммутации). Индуктивность последнего увеличивается, и через него проходит весьма малый ток, что дает возможность переключить контакт П2 на ответвление 2. После переключения дроссель 4 вновь насыщается и ток нагрузки опять распределяется поровну, между параллельными ветвями. На рис. 27,б показано изменение тока управления и тока в обоих дросселях, а также диаграмма переключения контактов Π1 и П2 в процессе перехода с ответвления 1 на ответвление 2. Процесс коммутации, характеризующий перевод тока нагрузки с одного ответвления на другое, определяется изменением тока управления в обмотках подмагничивания от наименьшего до рабочего значения и длится время tк. Как видно из рис. 27,б, коммутация контактов переключателя происходит при весьма малых значениях тока в цепи дросселей насыщения.
После 100 тыс. переключений каждого контакта, проведенных на опытном образце, не было обнаружено никакого износа, вызванного дугой или другими причинами. Несмотря на целый ряд преимуществ (отсутствие подвижных контакторов в силовой цепи, безыскровая коммутация переключателей, возможность длительного включения дросселей, исключающая повреждения в промежуточных положениях), рассмотренная система имеет недостатки: она примерно в 2 раза дороже, чем переключатель с контактором, и более громоздка по размерам.
