В силовых трансформаторах и автотрансформаторах с ПБВ и РПН применяют ступенчатое регулирование напряжения, получаемое изменением числа витков в обмотках и соответственно напряжения сразу на ступень.
У трехфазных трансформаторов ранних выпусков мощностью до 5600 кВ-А — три ступени, каждая составляет 5% номинального напряжения, мощностью 5600 кВ-А и более — пять ступеней по 2,5% номинального напряжения каждая.
По действующему стандарту в трансформаторах с ПБВ мощностью от 25 кВ-А и более предусмотрено регулирование напряжения в пределах ±2,5% на пяти ступенях, с устройством РПН (в зависимости от мощности и напряжения) — в пределах 1,25— 1,78% при количестве ступеней от 13 до 33. Для этого от обмоток, как правило, ВН (в трехобмоточных трансформаторах и СН), делают пять ответвлений (отпаек) проводниками и подсоединяют их к переключающему устройству.
Рис. 1 Схема фазных обмоток с регулировочными ответвлениями трансформаторов ПБВ:
а — вблизи нейтрали, б — оборотная, в — прямая
Обмотки с переключением ответвлений без возбуждения могут иметь три схемы: с ответвлениями близ нейтрали (рис. 1,а), оборотную (рис. 1,6) и прямую (рис. 1, в). Поскольку схемы всех фазных обмоток трехфазного трансформатора одинаковы, на рисунке показана одна фаза каждой схемы.
В схеме с регулировочными ответвлениями близ нейтрали для получения того или иного напряжения нейтраль звезды получают соединением соответствующих ответвлений фазных обмоток, например: Х\—Y\—Z\\ Х2— У2—Z2; Хг— У3—Z3 и т. д. в зависимости от их количества. При пяти ответвлениях в первом соединении содержится наибольшее количество витков (+5%), в третьем — номинальное и в пятом — наименьшее (—5%). Во втором и четвертом соединении получаются промежуточные ступени, соответственно +2,5% и —2,5%. Для переключения ответвлений трехфазного трансформатора используют один трехфазный переключатель. Схему с регулированием близ нейтрали применяют в трансформаторах мощностью до 630 кВ-А включительно.
Оборотная схема отличается от предыдущей тем, что регулировочная часть обмотки геометрически расположена не на ее краю (торце), а в средней части.
Одна из особенностей работы оборотной схемы состоит в том, что при переходе с одной ступени на другую отключаются витки, расположенные в средней части обмоток, а не на их концах. Поэтому магнитное равновесие между первичной и вторичной обмотками нарушается меньше и осевые усилия между ними уменьшаются. Другой особенностью оборотной схемы является взаимно противоположное направление намотки верхней и нижней частей обмотки (одна левая, другая правая). В случае ошибочного применения однонаправленной намотки каждой из частей их эдс имели бы встречное направление и результирующая эдс обмотки была бы близка к нулю. Оборотную схему применяют в основном в трехфазных трансформаторах мощностью 1000—1600 кВ-А, напряжением до 10 кВ.
Прямая схема (рис. 15, в) имеет регулировочные ответвления в середине фазных обмоток — в «разрыве». Обе половины обмоток симметричны. Соединяя между собой зажимы тех или иных ответвлений фазных обмоток, получают желаемую ступень напряжения. Так, при соединении зажимов А2—Аз, В2—В3 и С2—С3 получают I ступень ( + 5%); А3—А4, В3—В4 и С3—С4—
II ступень ( + 2,5%); Л4—Л5, ВА—Вb и С4—С5 — номинальную
III ступень; Л5—Л6, В5—В6 и С5—С6 —IV ступень (—2,5%); Аь—Аъ В6—В7 и С6—С7 — V ступень (—5%).
При применении прямой схемы на трехфазных трансформаторах мощностью до 6300 кВ-А и напряжением 6—35 кВ устанавливают по одному трехфазному переключателю, на трансформаторах большей мощности — по одному однофазному переключателю на каждую фазу.
Обмотки с переключением ответвлений под нагрузкой отличаются от обмоток с ПБВ большим количеством регулировочных ответвлений, диапазоном регулирования и самой схемой, которая может состоять из нескольких отдельных обмоток: основной, регулировочной, грубого и тонкого регулирования. Регулировочную обмотку, изготовленную в виде отдельной единицы, обозначают буквами РО.
На рис. 2, а изображена оборотная схема обмотки с регулировочными ответвлениями; она состоит из основной 00С и регулировочной РО конструктивно связанных обмоток. С помощью привода избиратель ответвлений И переключающего устройства (на рисунке изображен условно) без разрыва цепи тока переходит с одного ответвления на другое, обеспечивая требуемое напряжение выбранной ступени между точками А и Х. В этой схеме при переключении ответвлений, особенно с многоступенчатым регулированием, в зоне с отключенными витками нарушается равновесие намагничивающих сил (ампер-витков) обмоток ВН и НН (первичных и вторичных). Для уменьшения образующихся по этой причине полей рассеяния на этом участке витки обмотки НН (СН) приходится «разгонять» (разряжать по высоте).
Для увеличения диапазона (глубины) регулирования часто применяют схемы с реверсированием регулировочной обмотки, т. е. с переключением ее направления по отношению к основной — встречно или согласно (рис. 2, б). При согласном включении обмотки РО (предызбиратель Пр в положении III—I) количество витков, находящихся в работе, суммируется (при разнонаправленных обмотках), и при переходе с 9-й на 1-ю ступень напряжение обмотки увеличивается на полный диапазон регулировочной обмотки РО.
Если необходимо уменьшить напряжение, ползунок избирателя ответвлений переводится обратно — с 1-й на 9-ю ступень. При переводе предызбирателя в положение III—II обмотка РО включается встречно («опрокидывается») по отношению к основной обмотке, одновременно ползунок предызбирателя переходит на 1-ю ступень. В процессе переключения с 1-й на 9-ю ступень число встречно включенных витков обмотки РО увеличивается, а общее напряжение обмотки ВН уменьшается. На 9-й ступени напряжение снижается на полный диапазон напряжения обмотки РО. Обратный цикл переключений позволяет увеличить напряжение. Таким образом, реверсирование обмотки РО позволяет удвоить диапазон регулирования.
Широкое распространение получила схема обмоток с двумя параллельными ветвями (рис. 2, в). Верхняя и нижняя части обмоток строго симметричны, разнонаправлены и состоят соответственно из основных обмоток 00С и регулировочных РО. Разное направление намотки каждой из половин обмоток позволяет соединить их параллельно и вывести общие регулировочные ответвления, как это показано на рисунке.
Рис. 2. Схемы фазных обмоток для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН):
а — оборотная, б — оборотная с реверсированием, в — с двумя параллельными ветвями, г — многоходовая винтовая
Более совершенной схемой обмотки с ответвлениями для РПН является многоходовая винтовая схема с числом ходов, равным количеству ступеней регулирования, и расположением витков каждой ступени равномерно по всей высоте обмотки, подобно ходам резьбы многоходового винта (рис. 2, г). В схемах, показанных на рис. 2, а, б, в, в зоне регулирования нарушается равновесие намагничиваемых сил первичной и вторичной обмоток и для его компенсации, как было указано раньше, витки обмотки, обычно НН (не имеющей регулировочных ответвлений), приходится укладывать реже — в разгон.
Многоходовая схема обмоток лишена этих недостатков, так как при отключении одной или нескольких регулировочных ступеней (ходов) распределение намагничивающих сил по всей высоте обмотки остается равномерным — намагничивающие силы обмоток уравновешены.
Изготовление многоходовых слоевых обмоток не представляет большой сложности: обмотку наматывают параллельными проводами с усиленной изоляцией, каждый из них является ступенью регулирования и имеет регулировочное ответвление, показанное на рис. 2, г.
