Переключающие устройства РПН подразделяют на устройства с токоограничивающим реактором, токоограничивающими резисторами и без них. В соответствии с конструктивным исполнением они имеют обозначения: РНО и РНТ — однофазные и трехфазные без токоограничивающего резистора; РНОР и РНТР — то же, с токоограничивающим реактором; РНОА и РНТА — то же, с токоограничивающим резистором.
Для обозначения трехфазных устройств РПН, соединяющих фазные обмотки в звезду, после букв ставят через тире цифру 0. Буквы после дроби, указывающей напряжение и ток устройства РПН, обозначают: А — контактор с разрывом дуги в воздухе, Г — в газе, В — в вакууме, П — контактор, в котором для переключения без разрыва дуги применяют полупроводники (контактор с разрывом дуги в масле буквой после дроби не обозначается). Если несколько устройств РПН имеют один привод, то указывают через знак умножения их количество. В конце обозначения ставят год разработки. Например, трехфазное устройство РПН с токоограничивающим резистором, предназначенное для переключения ответвлений обмоток, соединенных в звезду, на номинальное напряжение 35 кВ и ток 1000 А, с разрывом дуги в масле обозначают РНТА-0-35/1000-73.
Основными частями устройств РПН являются: избиратель ответвлений, предназначенный для выбора нужного ответвления обмотки перед переключением; предызбиратель ответвлений для использования контактов избирателя и присоединенных к нему ответвлений обмотки более одного раза после прохождения всего диапазона регулирования; контактор для отключения тока в цепях переключающего устройства; токоограничивающий реактор или резистор для включения (на время переключения) между работающим и вводимым в работу ответвлениями с целью ограничения тока в переключаемой части обмотки и перевода нагрузки с одного ответвления на другое без разрыва цепи тока нагрузки трансформатора. Кроме того, устройства имеют ручной привод, электрический с кнопочным управлением и автоматический, а также счетчик количества переключений, различную аппаратуру, механизмы, элементы сигнализации и автоматики. Электрическая схема каждой фазы устройства РПН с реактором (рис. 1, а) состоит из двух параллельных симметричных цепей, включающих избиратели И с системой подвижных и неподвижных контактов, конктаторы К и реактор Р. На схеме показано рабочее положение на одном из регулировочных ответвлений обмоток РО. При необходимости перейти на другую ступень напряжения включением привода переключаются на соответствующее ответвление контакты одной параллельной цепи, а затем другой в такой последовательности: открывается контактор, спустя некоторый промежуток времени избиратель этой цепи переходит на требуемое ответвление, после этого контактор закрывается, переход на другое ответвление первой параллельной цепи на этом закончен; далее в той же последовательности открывается контактор второй параллельной цепи и ее избиратель переходит на ответвление, в которое перешел избиратель первой цепи, затем контактор закрывается. На этом цикл перехода с одного ответвления на другое без разрыва цепи рабочего тока закончен. Назначение реактора в этой схеме — ограничить силу циркулирующего тока в положении «моста», когда одна параллельная цепь перешла на следующее регулировочное ответвление, а дружная еще находится на ранее занятом. Рабочий ток реактором при этом не ограничивается, так как его индуктивное сопротивление практически равно нулю вследствие того, что в каждой половине его обмотки (верхней и нижней) рабочие токи, а следовательно, и магнитные поля имеют противоположное направление.
Рис. 1. Переключающее устройство РПН с токоограничивающим реактором:
а — электрическая схема (одной фазы), б — размещение в трансформаторе устройства РПН типа РНТ-13-625/35
Размещение частей трехфазного переключающего устройства РПН типа РНТ-13-625/35 в трансформаторе показано на рис. 1, б. Однофазные избиратели 3 ответвлений фаз А, В и С обмоток 1 и реактор 4 установлены на ярмовых балках. Избиратели сочленены между собой бумажно-бакелитовыми трубками, а с контактором — стальным валом 7. Контактная система избирателей работает без разрыва цепи тока, их контакты не обгорают при переключении, поэтому избиратели расположены в баке вместе с активной частью. Действие контакторов 2 сопровождается разрывом тока в параллельной цепи с возникновением дуги, поэтому контакторы размещены в отдельном кожухе, заполненном трансформаторным маслом, которое не сообщается с маслом бака трансформатора. Это позволяет производить осмотр и ремонт контактора с заменой масла без вскрытия бака трансформатора.
Приводной механизм размещен в коробке 5, установленной на стенке бака трансформатора. Переключение происходит так, что избиратели и контакторы всех фаз действуют одновременно.
Полный цикл переключения со ступени на ступень происходит за один оборот главного вертикального вала 6 длительность переключения около 3 с.
Рис. 2. Схема работы переключающего устройства РПН на резисторах:
а — е — последовательность переключения контактной системы со ступени ступень
Схема и последовательность переключения контактов переключающего устройства РПН на резисторах показана на рис. 2, а—е. В нормальном рабочем положении, для примера, на ступени II (рис. 2, а) контакты К1 и К2 контактора paзомкнуты, КЗ и К4 замкнуты. Таким образом, сопротивление резистора R2, зашунтировано и ток нагрузки /н проходит через избиратель П2, контакт К4 и дальше по цепи в нейтраль и линию. При этом избиратель П1 нечетных ступеней обесточен и находится в ожидании команды от приводного механизма на выбор ступени I или III. Если требуется перейти на ступень III, привод работает для вращения в сторону увеличения номера ступени, на ступень I — в обратную сторону. В первый момент работы приводного механизма избиратель 171 переходит на ступень III (рис. 2,6), затем вступает в работу контактор: размыкается контакт К4 (рис. 2, в) и ток нагрузки проходит через резистор R2. Далее замыкаются контакты К2 (рис. 2, г), образуется «мост» и ток нагрузки проходит через резисторы RI и R2. Кроме того, в контуре возникает циркулирующий ток. Затем размыкается контакт КЗ (рис. 2, д) и ток нагрузки идет через резистор RI так же, как на рис. 2, б. Далее замыкается контакт /0, шунтируется резистор RI и на этом заканчивается цикл переключения — трансформатор работает на III ступени напряжения (рис. 2, е). Порядок работы избирателя и контактов при последующих переключениях тот же. Контактор переключается мощными пружинами практически мгновенно.
Основные преимущества устройств РПН с резисторами по сравнению с устройствами с реакторами следующие: компактность — мощный громоздкий реактор заменен небольшими резисторами, совмещенными с портативным контактором; контактор, избиратель и предызбиратель образуют как бы одну сборочную единицу, что упрощает установку устройства в баке трансформатора; не требуется выносной кожух для контактора; случайный отказ в электропитании электропривода в процессе переключения не приводит к длительной нагрузке резисторов током и, как следствие, их повреждению.
Компоновка основных частей трехфазного переключающего устройства РС-4 на резисторах (болгарского производства), широко применяемого в трансформаторах отечественного производства, показана на рис. 3. К верхнему несущему фланцу 1 при креплен главный изоляционный цилиндр 5, в котором расположены контактор 4 и резисторы 5. К главному цилиндру с помощью фланца 6 прикреплены избиратель и предызбиратель. Крепление выполнено герметично, чтобы масло, в котором находится контактор, не смешивалось с маслом трансформатора.
Рис. 3. Компоновка основных частей трехфазного устройства РПН типа РС-4 на резисторах
Избиратель состоит из гетинаксовых реек 7, прикрепленных своими концами к верхнему и нижнему фланцам 14, и имеет центральную изоляционную трубу 12 с закрепленными на ней токоведущими кольцами 11 (по два на фазу). Рейки с закрепленными на них неподвижными контактами 9 поочередно несут на себе контактный ряд для четных и нечетных ответвлений; соответственно расположению колец контактные ряды смещены по высоте.
Подвижные контакты 10 закреплены на двух изоляционных валах 8. На одном из них соответственно контактным рядам на рейках расположены нечетные контакты для трех фаз, на другом — четные. С помощью колес мальтийской передачи, расположенной в верхнем фланце 6 избирателя, валы, перемещаясь по окружности вокруг центральной трубы, выбирают требуемое ответвление на рейках неподвижных контактов.
Кольца соединены изолированными проводами, проходящими через центральную трубу, с зажимами 15, а последние — с зажимами 16 контактора, расположенными с наружной стороны главного цилиндра. Предызбиратель, расположенный сбоку избирателя, состоит из верхней и нижней плит, изоляционных реек с неподвижными контактами и приводного изоляционного вала 13 с подвижными контактами (мостами).
В верхнем кожухе 6 избирателя расположен механизм передач, состоящий из зубчатых и мальтийских колес и приводящий в действие через изоляционный вал 2 валы избирателя, предызбирателя и контактора. Изоляционный вал 2 получает вращение от вертикального и горизонтального валов электрического привода, находящегося на баке трансформатора.
Последовательность действия переключающего устройства такая: включением привода дается команда на переключение; вал избирателя, контакты которого не под нагрузкой, поворачивается вокруг центральной трубы на заданный конструкцией угол и соединяет свои подвижные контакты с неподвижными на рейках, с кольцами и неподвижными контактами контактора.
Завершает цикл переключения механизм переброски подвижных контактов контактора на подготовленную ступень в последовательности, приведенной на рис. 2.
Переключающее устройство крепится к крышке трансформатора фланцем 1 на торце узкой стороны бака.
