Уровень нагрузки может меняться с течением времени. Изменение нагрузки влечёт за собой необходимость регулирования напряжения в сети. Для большинства потребителей поддержание уровня напряжения в определённых пределах является критически важным условием.
Регулирование напряжения производится при помощи специальных устройств, которые являются частью конструкции силовых трансформаторов. За счёт изменения количества задействованных витков обмоток эти устройства могут менять коэффициент трансформации.
Различия видов устройств
Регулирование напряжения производится за счёт изменения количества витков обмоток. В конструкции обмоток трансформатора предусмотрены специальные ответвления, и за счёт переключения ответвлений можно менять количество витков обмоток, находящихся в работе.
Таким образом, можно менять коэффициент трансформации k — отношение количества витков в первичной обмотке (wвн) к количеству витков во вторичной обмотке (wнн).
k= wвн/ wнн
Различают два вида устройств:
- ПБВ.
- РПН.
Сокращение ПБВ расшифровывается как «переключение без возбуждения». С помощью таких устройств обмотки переключаются только на выведенном в ремонт трансформаторе. Устройства типа РПН — «регулирование под нагрузкой» позволяют переключать обмотки во время работы, при этом отключений питания не требуется.
ПБВ — переключение без возбуждения
ПБВ используют при изменении сезонной нагрузки. Как было указано выше, для переключения обязательным условием является вывод всего трансформатора в ремонт, то есть переключение происходит на отключённом и заземлённом со всех сторон трансформаторе. Разумеется, делать такие переключения слишком часто не представляется возможным.
Особенностью таких устройств является то, что диапазон регулирования коэффициента трансформации от -5% до +5%.
Количество ответвлений обмоток может быть разным. Для маломощных трансформаторов число ответвлений может равняться двум. Мощные трансформаторы могут иметь четыре ответвления.
Обычно ответвления обмоток располагают на стороне высокого напряжения. Такое расположение имеет следующие преимущества:
- Подобрать количество витков можно с наибольшей точностью.
- Переключатель имеет меньшие габаритные размеры за счёт меньшего тока (чем если бы стоял на стороне низкого напряжения).
Конструкция ПБВ достаточно проста. Переключение производится с помощью соединения контактного кольца с контактами ответвлений обмоток. Для обеспечения их надлежащего контакта применяется специальное пружинное устройство. Недостатком такого переключателя является окисление контактов с течением времени.
Повышенное переходное сопротивление вызывает нагрев контакта и меняет свойства масла. С течением времени это может привести к повреждению трансформатора. Чтобы не допустить повреждения ПБВ, его периодически, один раз в полгода, выводят в ремонт и переключают во всех положениях. Такая операция должна выполняться, даже если трансформатор длительно находился на хранении.
Примечание. К ПБВ относятся устройства, отличающиеся от описанной конструкции, а также так называют способ переключения в трансформаторах, в которых переключателя как такового нет, а ответвления переключаются с помощью перемычек.
Устройства РПН — регулирование под нагрузкой
При помощи таких устройств можно оперативно поддерживать уровень напряжения, соответствующий суточной нагрузке. Регулировочный диапазон составляет от ±10% до ±16%. Устройство размещают, как правило, на стороне высокого напряжения.
Управление регулятором выполняется дистанционно, путём нажатия на кнопку или в автоматическом режиме. Имеется также возможность переключения обмоток вращением специальной рукоятки, но этот способ применяется только при ремонте устройства.
В устройстве предусмотрена блокировка, которая позволяет переключаться только на одну ступень регулировки. Во время процесса переключения обмоток на приводе горит сигнальная лампа красного цвета. После завершения цикла переключения лампа гаснет, а на механическом табло отображается номер, соответствующий ступени переключения.
Регулирование напряжения производится за счёт изменения числа витков обмоток. Из-за того, что весь процесс происходит на работающем трансформаторе, переключение имеет некоторые особенности.
Во-первых, разорвать электрическую цепь при работающем трансформаторе невозможно без возникновения дуги. Это создаёт опасность появления значительных перенапряжений, которые могут повредить трансформатор. Во-вторых, при переключениях, необходимо частично, но кратковременно замыкать обмотки трансформатора. Такие особенности процесса переключения привели к необходимости применения токоограничивающих резисторов или реакторов.
Разберём подробнее работу каждого устройства. Конструкция РПН с токоограничивающими реакторами включает один реактор, два контактора и два избирателя. Контакторы присоединены к каждой из двух обмоток реактора. При нормальной работе, два контактора и два избирателя замкнуты и через них протекает ток. (Рисунок 4-а).
Когда происходят переключения, контактор К2 размыкает электрическую цепь (Рисунок 4-б). В это время обмотка частично замкнута, а ток будет ограничен реактором Р. Затем происходит переключение контакта избирателя П со стороны разомкнутого контактора К2 (Рисунок 4-в). На рисунке 4г оба контактора К1 и К2 замкнуты. Следующим шагом при переключениях является размыкание контактора К1. Ток протекает через контактор К2 и реактор (Рисунок 4-д). На рисунке 4-е избиратель переключается на требуемое ответвление обмотки трансформатора. На рисунке 4-ж оба контактора замкнуты и ток, протекает через них. Это положение аналогично рисунку 4-а с той разницей, что избиратели находятся на других ответвлениях обмоток трансформатора. Переключение витков обмоток на этом завершается.
Альтернативным способом является использование токоограничивающих резисторов. Его применение стало возможным благодаря созданию быстродействующего контактора. Для работы такого устройства требуются подпружиненные переключатели, которые соединяются через резистор, для ограничения тока и позволяют очень быстро переключать количество витков.
Принцип работы РПН резисторного типа, похож на работу РПН с реакторами. Основное различие заключается в том, что резисторы не допускают длительную работу с нагрузкой. Поэтому при нормальном режиме они выключены или зашунтированы. Переключение производится под воздействием сильных пружин, а значит вероятность того, что контакты окажутся в промежуточном положении, очень мала. Сами резисторы, обычно, входят в состав контактора.
Последовательность работы РПН резисторного типа включает следующие этапы. На рисунке 4-з показано рабочее положение устройства. Контакторы К1, К3, и два контакта избирателей замкнуты. Резистор R1 зашунтирован и ток протекает через контактор К1. Контакторы К2 и К4 разомкнуты.
На рисунке 4-и правый избиратель переключает контакты ответвлений обмоток. Затем размыкается контактор К1. (Рисунок 4-к).
На рисунке 4-л контакторы К3 и К4 замкнуты и ток протекает через резисторы R1 и R2. Затем, как показано на рисунке 4м, размыкается контактор К3. Следующий этап — включение контактора К2, что показано на рисунке 4-н. Ток протекает через него, а резистор R2 остаётся зашунтирован. Переключения завершены.
Из рассмотренных схематичных изображений циклов работы РПН реакторного типа можно увидеть, что при переключении контактора возникает электрическая дуга, так как он разрывает электрическую цепь с определённым током. Сам избиратель переключает контакты без нагрузки, так как электрическая цепь уже разомкнута.
Механизм привода оборудован реверсивным электродвигателем и обеспечивает согласованное переключение контактов. Если при переключении контакты застрянут в промежуточных положениях, а переключатель будет находиться в положении, изображённом на рисунке 4 (г), то данное обстоятельство не будет считаться аварийным режимом. Всё же работа при таком режиме в течение долгого времени может вызвать перегрев контактов.
В отличие от конструкции РПН реакторного типа, который показал свою эффективность при переключениях токов, имеющих высокие значения, РПН с токоограничивающими резисторами, наилучшим образом подходят для переключения высоких напряжений. Из-за данных особенностей конструкции, обычно РПН реакторного типа располагают со стороны обмоток низкого напряжения. Устройства РПН с токоограничивающими резисторами располагают со стороны обмотки высокого напряжения.
Устройство размещают внутри бака трансформатора. Для исключения возможности загрязнения масла контакторы вынесены в отдельный бак, который расположен внутри трансформатора. Реактор с избирателем размещают в основном баке, так как они не вызывают разложения масла от действия дуги.
Конструкция РПН резисторного типа может допускать установку контактора отдельно в наружном баке или внутри трансформатора. Для обеспечения нормальной работы расширительный бак трансформатора имеет внутри дополнительный отсек, оснащённый указателем уровня масла.
В работе допустимая минимальная температура среды составляет -20°С. При установке контактора снаружи и подключения автоматического подогрева масла, работа возможна при температуре среды не ниже -45°С.
Заключение
Применение РПН и ПБВ позволяет обеспечить требуемое напряжение у потребителей вне зависимости от потребляемой нагрузки. Устройства РПН дают возможность регулировать напряжение в течение суток в автоматическом или дистанционном режиме.
Устройства ПБВ в силу конструктивных особенностей позволяют переключать обмотки в небольшом диапазоне только на выведенном в ремонт трансформаторе. С помощью таких устройств можно регулировать изменение напряжения, вызванного сезонными нагрузками.
