Устройство и схема работы переключающего устройства

В настоящее время существует много разработанных схем переключающих устройств. Рассмотрим только две основные, наиболее распространенные схемы с токоограничивающими реакторами или активными сопротивлениями (резисторами).

На рис. 9.4 приведена наиболее распространенная симметричная схема переключающего устройства с реактором и показана последовательность работы его отдельных частей с указанием их промежуточных положений. На этом рисунке буквами П₁ и П₂ обозначены переключатели, К₁ и К₂ — контакторы, Р — реактор. Эта схема, основанная на принципе сдвоенного переключателя, обеспечивает основное требование, предъявляемое к аппаратуре РПН, т. е. отсутствие разрыва тока в главной цепи во время переключения. Назначение применяемых в реакторной схеме контакторов следующее. Переход с одной ступени напряжения на другое в каждом переключателе неизбежно должен сопровождаться разрывом тока в данной ветви и связанным с этим возникновением дуги. Так как у крупных силовых трансформаторов разрывная мощность, приходящаяся на контакт переключателя, достигает 1000 ква и более, то это вызвало бы сильное обгорание контактов. В связи с этим необходимо разделять функции разрыва цепи и переключения, хотя это приводит к удорожанию аппаратуры в

Рис 9. 4. Схема переключающего устройства с симметрично включенным реактором. Последовательные положения аппаратуры при переключении

целом. Разрыв дуги поэтому осуществляется специальными, вынесенными в отдельный масляный бак контакторами. Переключение, т. е. переход с одной ступени на другую, производится, таким образом, уже обесточенным переключателем, контакты которого в этих условиях не подвергаются обгоранию. Помещение же контакторов в отдельный бак позволяет осматривать или заменять их, не вскрывая основного бака трансформатора, и при необходимости заменять масло в случае его порчи от воздействия дуги.

При относительно небольших мощностях (до 6300 ква) иногда обходятся без контакторов, но тогда конструкция переключателей должна допускать переключение под током, и они помещаются в от-дель'юм масляном баке.

Переключение в реакторной схеме производится путем поочередного перевода подвижных контактов обоих переключателей П1, и П2, с одного ответвления обмотки на другое.

В начальном положении оба контактора К1 и К2 замкнуты и оба переключателя П1 и П2 установлены на одно и то же ответвление обмотки. Рабочий ток, разветвляясь, протекает по обоим переключателям, через оба контактора, обе половины обмотки реактора и выходит через среднюю точку последнего (рис. 9.4, а).

Переключение с одного ответвления (например, рис. 9.4, а) на другое (рис. 9.4, ж) происходит в следующем порядке. Сначала размыкается контактор К1 (рис. 9.4, б) и обесточенный переключатель П1 переводится в нижнее ответвление (рис. 9.4, в). Рабочий ток при этом течет по верхней половине цепи через переключатель П2 и контактор К2-После этого замыкается контактор К1 и получается положение моста, при котором регулировочная часть обмотки (между двумя ответвлениями) замкнута на реактор (рис. 9.4, г). Рабочий ток разветвляется по обеим параллельным цепям. Кроме того, в образовавшемся замкнутом контуре возникает циркулирующий ток, величина которого

I_ц=U_рег/X

где Uрег—напряжение регулировочной ступени обмотки;

X — индуктивное сопротивление реактора.

После положения моста размыкается контактор К2, затем обесточенный переключатель П2 переводится на нижнее ответвление и процесс переключения заканчивается замыканием контактора К2 (рис. 9.4, д, е, ж).

Последовательность работы переключающей аппаратуры приведена в табл. 9.4.

Таблица 9.4

Наименование	Положения контакторов и переключателей
В			М			Н
Контактор К1 Контактор К2 Переключатель П1 Переключатель П2	. . В В	. В В	. Н В	. . Н В	. Н В	. Н Н	. . Н Н

Примечание. Буквы В и Н означают верхнее и нижнее положение переключателей П1, и П2, М - положение моста. Точки означают, что контактор замкнут.

Рис. 9.5. Мальтийская передача: 1 — мальтийское колесо; 2 — цевка; 3 — кривошип; 4 — замок

Рис. 9.6. Кулачковый механизм:

1 — кулачок; 2 — ролик; 3 — кривошип; 4 — ведущая канавка

Рис 9.7. Схема расположения элементов переключающего устройства типа РНТ-13:

1 — переключатель; 2 — горизонтальный вал; 3 — кожух контакторов;

4 —нониусные муфты; В — вертикальный вал; 6 — бак трансформатора;

7 — коробка привода

Для переключения на следующее ответвление весь процесс повторяется в том же порядке.

В трехфазном трансформаторе переключающая аппаратура сгруппирована таким образом, что переключатели и контакторы под одним и

тем же номером, например П1 и К1, на всех трех фазах действуют одновременно.

Движение переключателей и контакторов производится механической передачей от моторного привода. Поочередное действие каждой группы одноименных переключателей достигается применением так называемой мальтийской передачи, а группы контакторов — при помощи кулачкового механизма. Один оборот приводного вала производит один полный цикл переключения, т. е. переход с одной ступени напряжения на другую.

Ведущим звеном мальтийской передачи является поводок, а ведомым — мальтийское колесо (рис.9.5). При непрерывном равномерном

вращении приводного вала, на котором укреплен поводок, мальтийское колесо, установленное на валу контактной системы переключающего устройства, совершает неравномерное (прерывистое) вращение в соответствии с очередностью работы переключателей.

Рис. 9.8. Внешний вид переключателя и контактора переключающего устройства типа РНТ-13:

а — переключатель; б —- контактор: 1 — шарнирная муфта; 2 — неподвижные контакты переключателя; 3 — сдвоенные переключатели; 4 — рама; 5—вал; 6 — кулачковый механизм; 7 — левая группа контактов контактора; 8 — неподвижные контакты контактора; 9 — правая группа контактов контактора (разомкнута); 10 — плита

Рис. 9.9. Схема переключающего устройства с симметрично включенными резисторами. Последовательные положения аппаратуры при переключении

Действие контакторов осуществляется при помощи кулачкового механизма (рис. 9.6), преобразующего равномерное вращение приводного вала в возвратно-вращательное (или возвратно-поступательное) движение. Необходимая последовательность движения контактов контакторов и переключателей достигается путем установки надлежащего положения ведущих кулачков и поводков, соединенных между собой системой валов, шестерен и муфт.

Примерная схема расположения элементов переключающего устройства (типа РНТ-13), типичная для отечественных трансформаторов с РПН, показана на рис. 9.7, а внешний вид основных элементов устройства РНТ-13 — переключателя и контактора — рис. 9.8.

Токоограничивающие реакторы обычно рассчитаны на длительное прохождение нагрузочного тока и поэтому переключающие устройства с реакторами могут длительно работать в промежуточных положениях. Приводы реакторных переключающих устройств не требуют быстродействующих механизмов и поэтому эти устройства вполне надежны в работе.

На рис. 9.9 приведена наиболее распространенная схема переключающего устройства с симметрично включенными активными токоограничивающими сопротивлениями (резисторами) и показаны промежуточные положения контактов переключателей и контакторов при переключении с одной ступени напряжения на другую.

Эта схема также обеспечивает отсутствие разрыва тока во время переключения.

Предположим, что требуется перевести рабочий ток с ответвления I обмотки (рис. 9.9, а) на ответвление III (рис. 9.9, е).

Как видно из рис. 9.9, а, в первоначальном положении рабочий ток течет через контакт переключателя П₁ и контакт контактора К₁. При переключении в отличие от реакторной схемы в первую очередь движется обесточенный контакт переключателя П₂ на нужное ответвление обмотки (рис. 9.9, б). Затем вступает в действие контакторная система, при которой осуществляется следующая очередность работы контактов: размыкается контакт K₁ (рис. 9.9, в), замыкается контакт K₃, образуя положение мост (рис. 9.9, г), размыкается контакт К₂ (рис. 9.9, д) и, наконец, замыкается контакт К₄ (рис. 9.9, е). Как видно из рис. 9.9, г, ограничение тока короткого замыкания регулировочной ступени в положении моста производится двумя последовательно соединенными резисторами r₁ и r₂, определяющими величину циркулирующего тока Iц.

Разрыв дуги при полном или половинном нагрузочных токах производится контактами К₁ и К₂ (соответственно) контактора.

Переключающие устройства с токоограничивающими резисторами находят все большее применение, так как имеют следующие преимущества перед переключающими устройствами с реакторами.

Токоограничивающие резисторы имеют значительно меньшие габаритные размеры по сравнению с реакторами и могут быть конструктивно объединены с контактором, т. е. могут составлять конструктивную часть контактора, тогда как реакторы требуют специального места в баке и их обмотки должны быть изолированы на полное рабочее напряжение регулируемой обмотки.

Устройства с резисторами не требуют для контакторов отдельного бака, так как гашение дуги происходит очень быстро (сотые доли секунды).

Вместе с тем конструкция переключающих устройстве резисторами получается, как правило, значительно сложнее, чем для переключающих устройств с реакторами. Резисторы рассчитаны лишь на кратковременную работу, а наличие мощных пружин, большие скорости подвижных частей и связанные с этим механические удары предъявляют весьма жесткие требования к надежности конструкции, качеству материалов и точности изготовления устройств.

Однако указанные выше преимущества резисторных переключающих устройств, главным образом меньшие габаритные размеры по сравнению с реакторными устройствами, явились причинами того, что они изготовляются большинством европейских фирм, а в последнее время находят все большее применение у американских фирм, а также и в отечественной промышленности. Это находится в прямой связи с развитием производства сверхмощных автотрансформаторов высокого напряжения.