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
Iц=Uрег/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.
