Регулирование напряжения в силовых трансформаторах осуществляют при помощи регуляторов напряжения, которые обеспечивают ступенчатое изменение коэффициента трансформации без разрыва нагрузочного тока.
В зависимости от предъявляемых требований к регулированию напряжения и особенностей конструкции трансформаторов в настоящее время применяют различные схемы регулирования и различные типы устройств РПН, отличающиеся между собой техническими характеристиками и конструктивным исполнением.
Обозначение устройств РПН состоит из буквенных и цифровых знаков. По порядку следования эти знаки указывают на следующие основные признаки устройства:
1. Наименование аппарата: РН — регулятор напряжения.
2. Число фаз: Т — для трехфазных устройств, О — для однофазных.
3. Вид токоограничивающего сопротивления: Р — устройство с индуктивным сопротивлением; А — с активным сопротивлением. Отсутствие буквы означает, что устройство не имеет токоограничивающего сопротивления.
4. Наличие межфазной изоляции трехфазного устройства, соединенного в звезду. Цифра 0 через тире указывает на отсутствие изоляции между фазами. Отсутствие нуля указывает на наличие изоляции
5. Далее через тире следует дробь, в числителе которой указывается номинальное напряжение, в знаменателе — номинальный ток устройства.
6. Способ коммутации разрывающего тока: А — разрыв дуги в воздухе; Г — в газе; В — вакууме; П — с применением полупроводников. Отсутствие букв означает гашение дуги в масле.
7. Цифра впереди буквенного обозначения указывает на количество устройств, соединенных одним приводом. В конце всех обозначений указывается через тире год утверждения технического проекта и номер стандарта.
Например, РНОА-110/1250-74 ГОСТ 17500-72— регулятор напряжения (РН), однофазный (О), с активным токоограничивающим сопротивлением (А), на номинальное напряжение 110 кВ и ток 1250 А, с разрывом и гашением дуги в масле (без обозначений), изготовленный согласно техническому проекту, утвержденному в 1974 г. по ГОСТ 17500-72.
В устройствах РПН различают следующие основные составные части:
1) контактор, который обеспечивает переход на подготовленное избирателем рабочее положение без разрыва нагрузочной цепи и гашение возникающей при этом электрической дуги;
2) избиратель, который подготавливает необходимое рабочее положение. В некоторых конструкциях устройств РПН избиратель имеет предызбиратель;
3) приводной механизм, который обеспечивает переключение контактора и избирателя;
4) токоограничивающие сопротивления, уменьшающие коммутационный ток, возникающий в процессе переключения.
Устройства РПН, имеющие индуктивное токоограничивающее сопротивление, называются реакторными устройствами, а имеющие активное токоограничивающее сопротивление — резисторными.
Устройства РПН имеют две параллельные токоведущие цепи (или два плеча), работающие либо параллельно, либо поочередно.
Контактор и избиратель имеют подвижные и (неподвижные контакты. Неподвижные контакты избирателя соединяются с соответствующими отпайками регулировочной обмотки, а подвижные — с неподвижными контактами контактора.
При помощи подвижных контактов контактора и избирателя, которые механически через изоляционные детали соединены с приводным механизмом, осуществляется последовательное переключение отпаек регулировочной обмотки.
Ниже рассмотрены схемы соединения и принцип работы различных типов устройств РПН и отдельных их узлов. Эти сведения необходимы при монтаже и наладке устройств РПН для правильной оценки полученных характеристик устройства.
На рисунке 1 показана последовательность работы контактов реакторного устройства РПН при переключении с нечетной на четную ступень.
I—VII — положения контактов устройства при переключении; 1, 2, 3... n — ступени регулирования; K1, И1 — контакты соответственно контактора и избирателя левого плеча; К2, И2 — контакты соответственно контактора и избирателя правого плеча; R — токоограничивающий резистор
Рисунок 1 - Последовательность работы контактов реакторного устройства РПН в процессе переключения нечетной ступени на четную ступень
Положение I — рабочее. Ток нагрузки протекает по правому и левому плечу устройства.
Положение II. Контакт К2 разомкнут. Ток нагрузки протекает по левому плечу устройства РПН. Правое плечо обесточено.
Положение III. Подвижный контакт И2 избирателя перешел на следующую отпайку.
Положение IV. Контакт К2 замкнут. Ток нагрузки протекает по обоим плечам устройства. Протекает циркулирующий ток, который определяется токоограничивающим индуктивным сопротивлением и напряжением ступени. Такое положение называется «мост» и в некоторых устройствах используется как рабочее.
Положение V. Контакт К1 разомкнут. Ток нагрузки протекает по правому плечу устройства.
Положение VI. Подвижный контакт И1 избирателя перешел на следующую отпайку 2.
Положение VII — рабочее. Контакт Kl контактора замкнут. Ток нагрузки протекает по правому и левому плечам устройства РПН.
Полный цикл переключения с отпайки 1 на отпайку 2 завершен.
При работе по схеме рисунка 1 контакты левого и правого плеч устройства коммутируют последовательно все отпайки регулировочной обмотки. Такая схема соединения регулировочных обмоток с регулятором называется прямой и применяется главным образом с реакторными устройствами. Если контакты правого плеча устройства коммутируют только четные отпайки регулировочной обмотки, а контакты левого плеча — только нечетные отпайки, схема соединения называется «со сдвигом». В таких схемах контакты контактора и избирателя, коммутирующие нечетные отпайки регулировочной обмотки, называют нечетными, а коммутирующие четные отпайки — чётными. Соответствующие им токоведущие цепи называют четными и нечетными плечами.
В схемах «со сдвигом» применяются резисторные устройства РПН. На рисунке 2 показана последовательность работы контактов резисторного устройства РПН в процессе переключения с нечетной на четную ступень.
I, II, III — положение контактов устройства при переключении;. К1, И1 — контакты соответственно контактора и избирателя нечетного плеча; К2, И2 — контакты соответственно контактора и избирателя четного плеча; R — токоограничивающий резистор
Рисунок 2 - Последовательность работы контактов резисторного устройства РПН в процессе переключения с нечетной ступени на четную ступень
Положение I — рабочее. Ток нагрузки протекает по нечетному плечу устройства.
Положение II. Подвижный контакт И2 избирателя перешел на следующую отпайку 2.
Положение III — рабочее. Контактор переключен с нечетного в четное положение. Ток нагрузки протекает по четному плечу устройства.
В резисторных устройствах РПН применяются быстродействующие контакторы, обеспечивающие переключение четного и нечетного плеч устройства без разрыва электрической цепи. Такие контакторы имеют несколько типов контактов, выполняющих различные функции при переключении.
Применяемый в отечественных резисторных устройствах РПН контактор типа КНОА имеет главные, вспомогательные и дугогасительные контакты.
Главные контакты предназначены для пропускания тока нагрузки, вспомогательные — для предохранения обгара главных контактов в процессе переключения и дугогасительные — для гашения возникающей в электрической цепи дуги.
На рисунке 3 показана последовательность работы контактов контактора типа КНОА при переключении с нечетного в четное положение.
I—VII — положение контактов при переключении; К1Г, K1B, К1Д — соответственно главные, вспомогательные и дугогасительные контакты нечетного плеча; К2Г, К2В, К2Д — соответственно главные, вспомогательные и дугогасительные контакты четного плеча; R — токоограничивающий резистор
Рисунок 3 - Последовательность работы контактов контактора типа КНОА
Положение I — рабочее. Ток нагрузки протекает по главным контактам нечетного плеча К1Г.
Положение II. Контакты К1Г разомкнуты. Ток нагрузки протекает по вспомогательным контактам К1В нечетного плеча.
Положение III. Контакты К1В разомкнуты. Ток нагрузки протекает по дугогасительным контактам К1Д нечетного плеча. При размыкании контактов К1В возникает электрическая дуга.
Положение IV. Замкнуты дугогасительные контакты четного плеча К2Д. Ток нагрузки протекает по дугогасительным контактам обоих плеч. Протекает циркулирующий ток, который определяется токоограничивающими сопротивлениями и напряжением ступени (положение «Мост»).
Положение V. Контакты К1Д разомкнуты. Ток нагрузки протекает по дугогасительным контактам четного плеча. При размыкании контактов К1Д возникает электрическая дуга.
Положение VI. Замкнуты контакты К2Д и К2В. Ток нагрузки протекает по вспомогательным контактам четного плеча.
Положение VII — рабочее. Замкнуты контакты К2В, К2Г и К2Д. Ток нагрузки протекает по главным контактам четного плеча. Процесс переключения контактора происходит в течение 50—60 мс.
Возникающая при размыкании контактов электрическая дуга гасится в масле контактора в процессе быстрого переключения контактов. Для успешного гашения дуги время от срабатывания разрывающих электрическую цепь контактов до замыкания контактов ранее обесточенного плеча должно быть не менее установленных для данного контактора норм.
Время работы контактов контактора в положении «Мост» должно быть достаточным для обеспечения переключения без разрыва нагрузочной цепи с учетом износа контактов в процессе переключения
Для расширения диапазона регулирования в трансформаторах применяют схемы с реверсированием регулировочной обмотки и включением грубой ступени регулирования.
Регулирование напряжения в этих схемах осуществляют при помощи устройств РПН, имеющих предызбиратели.
В трансформаторах, имеющих схему регулирования с реверсированием, главная часть обмотки рассчитана на номинальное напряжение, а регулировочная часть обмотки РО — на половину диапазона.
На рисунке 4 показано регулирование напряжения с помощью реверсирования регулировочной части обмотки.
I—V — положение контактов устройства РПН при переключении; 1—8 — ступени регулирования; К1, И1 — контакты соответственно контактора и избирателя нечетного плеча; К2, И2 — контакты соответственно контактора и избирателя четного плеча; П — контакт предызбирателя; РО — регулировочная обмотка; ГО — главная обмотка; R1 и R2 — токоограничивающие резисторы
Рисунок 4 - Регулирование напряжения устройством РПН с реверсированием регулировочной обмотки
Положение I. Оно соответствует минимальному значению регулируемого напряжения. Напряжение РО вычитается из напряжения главной части обмотки. Далее при последовательном переключении устройства на крайнюю ступень регулировочная обмотка постепенно выводится из работы. Это приводит к увеличению регулируемого напряжения.
Положение II. Устройство РПН переключено на крайнюю ступень регулировочной обмотки. Регулировочная часть обмотки полностью выведена с работы. Регулируемое напряжение соответствует номинальному значению.
Положение III. Устройство РПН переключено на восьмую ступень. Ток нагрузки протекает по четному плечу. После этого происходит переключение контактов предызбирателя П и реверсирование обмотки РО. Регулируемое напряжение по сравнению с положением II не изменилось.
Положение IV. Устройство РПН перешло на первую ступень. Регулируемое напряжение не изменилось. Далее, при последовательном переключении устройства в крайнюю седьмую ступень регулирования, РО постепенно вводится в работу. Это приводит к дальнейшему повышению регулируемого напряжения.
Положение V. Соответствует максимальному значению регулируемого напряжения. Напряжение РО складывается с напряжением главной части обмотки. В трансформаторах, имеющих схему регулирования с грубой ступенью, РО имеет грубую и тонкие ступени. Число витков грубой ступени равно сумме витков тонких ступеней регулирования.
На рисунке 5 показан принцип регулирования напряжения РПН с включением грубой ступени.
I—V — положения контактов устройства РПН при переключении; 1—11 — ступени регулирования; К1, И1 —контакты соответственно контактора и избирателя нечетного плеча; К2, И2 — контакты соответственно контактора и избирателя четного плеча; П — контакт предызбирателя; ТС — обмотка тонкой ступени; ГС — обмотка грубой ступени; ГО главная обмотка; R1, R2 — токоограничивающие резисторы
Рисунок 5 - Регулирование напряжения устройством РПН с включением грубой ступени
Положение I. Оно соответствует максимальному значению регулируемого напряжения. Напряжение грубой и тонких ступеней регулирования складывается с напряжением главной части обмотки. При последовательном переключении устройства на крайнюю девятую ступень регулирования постепенно выводятся из работы ступени тонкой регулировки и снижается регулируемое напряжение.
Положение II. Соответствует номинальному значению регулируемого напряжения. Все ступени тонкого регулирования полностью выведены из работы.
Положение III. Устройство РПН перешло на десятую ступень регулирования. После этого переключились контакты предызбирателя П. Напряжение не изменилось.
Положение IV. Устройство РПН перешло на первую ступень. Грубая ступень выведена из работы. Напряжение не изменилось. При последовательном переключении устройства на крайнюю девятую ступень происходят постепенный вывод ступеней тонкого регулирования из работы и дальнейшее снижение регулируемого напряжения.
Положение V. Соответствует минимальному значению регулируемого напряжения. Выведены из работы грубая и тонкая ступени регулирования.
