При данном способе регулирования переключение осуществляется не просто при отсутствии тока в коммутируемой цепи, но и при полном отсутствии напряжения на всех обмотках трансформатора, вследствие чего этот способ и именуется переключением без возбуждения (ПБВ).
Для распределительных трансформаторов, питающих заведомо «тупиковую» нагрузку, например, для электропечных трансформаторов, достаточно отключить трансформатор от питающей сети высокого напряжения. В остальных случаях трансформатор должен быть отключен внешними коммутационными аппаратами от всех подсоединенных к нему сетей.
Устройство ПБВ состоит из избирателя (переключателя ответвлений) и привода.
Устройства ПБВ трансформаторов общего назначения выполняются с ручным приводом, выполненным в виде рукоятки, выведенной, как правило, на крышку трансформатора. Этот привод снабжается приспособлением, надежно фиксирующим устройство ПБВ в каждом ею рабочем положении, соответствующем выбранному ответвлению обмотки. Число таких положений обычно не более 5. диапазон регулирования обычно не превышает ±5 %.
Для осуществления переключения необходимо полностью отключить трансформатор подстанционными выключателями и разъединителями, освободить фиксатор (например, вывернуть фиксирующий болт или оттянуть подпружиненный штифт, повернуть рукоятку в новое положение, после чего вновь установить фиксатор.
Ясно, что такое переключение не может осуществляться часто. Его применяют в следующих случаях:
а) Установка ответвления, обеспечивающею средний уровень напряжения, более высокий в тот период, когда нагрузки выше, и более низкий — при меньших нагрузках (сезонное регулирование).
б) В тех случаях, когда необходимо установить коэффициент трансформации таким образом, чтобы получить заданный средний уровень вторичного напряжения, при первичном напряжении, характерном для данного места установки трансформатора. Возможно, в частности, что трансформатор выбран с запасом по мощности в расчете на развитие сети потребителя. В этом случае напряжение может быть повышено, когда будут подключены новые нагрузки («адаптивное» регулирование).
Поскольку нагрузка, а, следовательно, и напряжение, может меняться в течение суток, а осуществлять переключения с такой частотой заведомо невозможно, ясно, что ПБВ не может обеспечить встроенное регулирование напряжения даже в простейших случаях.
ПБВ этого типа применяется в распределительных трансформаторах малой и средней мощности, в которых оно осуществляется для переключения обмоток стороны высокого напряжения (6, 10, реже 20 и 35 кВ), а также для переключения на стороне среднего напряжения мощных высоковольтных трансформаторов, у которых обмотки высшего напряжения переключаются под нагрузкой.
Совершенно иначе используется ПБВ в трансформаторах промышленных электроустановок, например, электропечных. В этих случаях устройство ПБВ снабжается электрическим приводом с дистанционным управлением. Отключение трансформатора от сети на время переключения ответвлений осуществляется быстродействующим и износостойким выключателем нагрузки (например, вакуумным выключателем). Привод и выключатель снабжаются электрическими блокировками, исключающими возможность переключения под нагрузкой и напряжением, а также возможность включения трансформатора в промежуточном положении избирателя ПБВ.
Число положений и диапазон регулирования таких устройств могут достигать, соответственно, 12 и более и ±20%.
В тех случаях, когда кратковременное прекращение питания потребителя является допустимым по условиям технологии, такое техническое решение может оказаться предпочтительнее применения более сложных и дорогих устройств переключения под нагрузкой. Возможна как настройка трансформатора на заданный технологический режим, например, для данного типа сырья (шихты), так и оперативное регулирование в пределах данного режима.
Примеры схем регулирования ПБВ для трансформаторов общего назначения приведены на рис. 1. В схемах на рис. 1, а и 1, б одиночный подвижный контакт, перемещается по неподвижным контактам, присоединенным к отводам обмотки, а в схеме на рис. 1, в подвижная контактная система выполнена в виде «мостика», соединяющего ответвления частей обмотки.
Включение и расположение регулировочных ответвлений должно быть таким, чтобы при отключении части витков обмотки, не происходило значительного возрастания поперечного магнитного поля, вызывающего снижение электродинамической прочности обмотки. Это может быть достигнуто различными способами.
Схемы переключения без возбуждения (ПБВ).
Рис. 2. Примеры выполнения устройств ПБВ:
а — барабанная конструкция с кольцевыми контактами: 1 — изоляционные диски, 2—7 — неподвижные стержневые контакты, 8 — подвижные кольцевые контакты, 9— пружинное нажимное устройство, 10 — коленчатый вал;
б — реечная конструкция: 1 — рейка с неподвижными контактами, 2— неподвижные контакты, 3 — рейка с подвижными контактами, 4— подвижные контакты, 5— изоляционный вал, 6— ручной привод, 7— стенка трансформатора.
Рис. 2 дает представление о наиболее распространенных конструкциях устройств ПБВ. При барабанной конструкции (рис. 2. а) неподвижные контакты расположены по окружной и, а при реечной (рис. б) — вдоль прямой.
В устройствах ПБВ электропечных трансформаторов часто применяются более сложные схемы и контактные системы, например, отдельные регулировочные обмотки и соответствующие контакты для трубою регулирования (переключения диапазонов) и тонкого регулирования (переключения в пределах диапазона).
Основные технические требования к устройствам ПБВ:
А. При длительном прохождении рабочею тока стороны регулирования температура контактов и прочих токоведущих деталей должна быть допустимой для изоляции и окружающей среды. При работе в трансформаторном масле допускается превышение температуры контактных деталей без серебряною покрытия над температурой этою масла не более 20 °С. Таким образом, требования к допустимому нагреву контактов этих устройств являются значительно более жесткими, чем соответствующие требования для других коммутационных аппаратов, поскольку трансформаторные переключающие устройства работают в горячем масле (при температуре до 100°С). Более значительный нагрев контактов может привести к ухудшению состояния контактных поверхностей вследствие загрязнения продуктами разложения масла.
Б. Устройства должны выдерживать воздействие тока короткою замыкания трансформаторов (обычно 10—20 кратного по отношению к номинальному току).
В. Износостойкость ПБВ трансформаторов общего назначения должна быть не менее 1—2 тыс. переключений, а для ПБВ промышленных трансформаторов с электроприводом она может достигнуть нескольких сот тысяч переключений.
Следует отметить, что ввиду малого числа переключении ПБВ трансформаторов общего назначения, их контактные системы длительное время работают в одном и том же положении, поэтому к качеству их выполнения предъявляются более высокие требования.
Г. Требования к изоляции устройств должны быть достаточными с точки зрения воздействий на его изоляционные промежутки при испытании трансформатора. Поэтому значения испытательных напряжений для каждого из этих промежутков устанавливаются на основании расчетов импульсных воздействий или на основании импульсных обмеров трансформаторов, для которых предназначено данное устройство.
