Рис. 23-8. Схема регулирования напряжения под нагрузкой изменением числа витков обмотки трансформатора
Выше (см. § 12-2) мы уже говорили, что все силовые трансформаторы снабжаются ответвлениями для регулирования напряжения трансформатора, отключенного от первичной и вторичной сети. Но при работе мощной электроэнергетической системы возникает необходимость перераспределять как активные, так и реактивные токи между различными элементами системы посредством регулирования ее напряжения в соответствующих точках. Это достигается при помощи специальных трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения под нагрузкой путем изменения коэффициента трансформации. Обычные пределы регулирования напряжения ±10%, но в некоторых случаях они достигают ±15% и более.
Переход под нагрузкой с одной ступени напряжения на другую должен происходить без разрыва рабочей цепи. Такое ступенчатое регулирование напряжения можно осуществить двумя путями: а) посредством изменения числа витков обмоток трансформатора и б) посредством специального вольтодобавочного трансформатора, включенного в цепь главного трансформатора и имеющего переменный коэффициент трансформации.
На рис. 23-8 показана схема первого рода. Здесь А—X — обмотка однофазного или одна из обмоток трехфазного трансформатора; Р — реактор; К1 и К2 — контакторы; П1 и П2 — переключатели. В нормальных условиях контакторы К1 и К2 замкнуты, и переключатели П1 и П2 установлены на одних и тех же контактах, например 1—1 (положение 1 на таблице под рисунком). В средней точке а реактора Р ток разветвляется и идет параллельно по обеим — левой и правой — половинам схемы до точки b и дальше в обмотку. При этом н. с. обеих половин реактора направлены взаимно встречно, вследствие чего индуктивное сопротивление реактора невелико.
Чтобы изменить коэффициент трансформации, поступаем следующим образом. Размыкаем контактор К1 и направляем нагрузочный ток только по правой половине схемы через контактор К2 и переключатель П2; переводим ручку переключателя П1 с контакта 1 на контакт 2 и снова замыкаем контактор К2. Часть обмотки между контактами 1 и 2 оказывается замкнутой через реактор Р, который, таким образом, служит ограничителем тока короткого замыкания, возникающего в переключаемой части обмотки. То же проделываем и с правой частью схемы и этим завершаем регулировочную операцию. Последовательный ход операции в целом иллюстрируется таблицей под рис. 23-8. На схеме рис. 23-8 переключающая аппаратура включена в цепь обмотки последовательно и поэтому должна быть рассчитана на полные ее ток и напряжение. Однако в некоторых случаях представляется целесообразным изолировать ее от линии. Этого достигают при помощи двух добавочных трансформаторов, а именно последовательного, включаемого в рассечку линии, и регулировочного, служащего для питания первого.
Рис. 23-10. Схема автотрансформатора, защищенного от перенапряжений
Рис. 23-9. Схема регулирования напряжения под нагрузкой при помощи вольтодобавочного трансформатора
Каждый из добавочных трансформаторов рассчитывается на мощность, отвечающую пределам регулирования напряжения. Соответствующая схема для одной фазы показана на рис. 23-9. Здесь РТ — регулировочный трансформатор; ПТ — последовательный трансформатор; Р — реактор; 1, 2, 3, 4, 5 — контакторы. При работе замкнут какой-нибудь один контактор, например 1. Ток течет по цепи, показанной жирными линиями, используя верхнюю половину реактора; при этом в ней возникает некоторое индуктивное падение напряжения, с которым, однако при должном расчете реактора можно не считаться. При переключении мы замыкаем контактор 2, не размыкая контактора 1; на это время реактор Р является ограничителем тока короткого замыкания в части обмотки между контакторами 1 и 2. Затем мы размыкаем контактор 1 и этим завершаем операцию переключения.
Вместо реакторов часто применяют активные токоограничивающие сопротивления. Но в отличие от реактора активный токоограничитель используется только на период замыкания контакторами переключаемой части обмотки.
На МТЗ был разработан трехфазный трехобмоточный трансформатор мощностью 40,5 тыс. кВ*А с регулированием напряжения под нагрузкой на стороне обмотки ВН на 110 кВ. Для ограничения тока короткого замыкания в переключаемой части был применен реактор вместо ранее предполагавшегося активного сопротивления.
Трансформаторы средней и малой мощности снабжаются регулировочной аппаратурой с автоматическим или ручным управлением. В США регулирование напряжения часто производится при помощи автотрансформаторов, которые показали себя в эксплуатации достаточно удобными и надежными аппаратами. Для защиты автотрансформатора от перенапряжений его обмотка снабжается двумя защитными экранами — внешним и внутренним, причем последний располагается в месте соединения обеих частей обмоток автотрансформатора (рис. 23-10).
