а) Реакторное устройство РПН
На рис. 13-4 показаны схемы процесса переключения симметричного реакторного устройства РПН. Устройство (обычно применяемое для трансформаторов мощностью более 6300 кВ-А) имеет сдвоенный избиратель с подвижными контактами И1 и И2 на фазу, сдвоенный контактор с двумя парами контактов К1 и Κ2 на фазу и токоограничивающий реактор с магнитопроводом из трансформаторной стали.
Рис. 13-4. Схемы процесса переключения симметричного реакторного устройства РПН.
В дальнейшем для краткости подвижные контакты избирателя называем «контакты И1» и «контакты И2», а контактные пары контактора — «контактор Κ1» и «контактор К2».
В исходном положении, показанном на схеме рис. 13-4,а, оба контакта включены на одно и то же ответвление обмотки трансформатора, а оба контактора К1 и К2 замкнуты. Ток нагрузки распределяется поровну между обеими ветвями реактора. В положении, показанном на схеме рис. 13-4,б, размыкается контактор К2. Его контакты разрывают половину нагрузочного тока. Перерыва нагрузочного тока не происходит, так как ток нагрузки протекает через цепь: контакт Я! —контактор К1 — ветвь реактора. Схема на рис. 13-4,в показывает положение, когда контактор К2 разомкнут и обесточенный контакт И2 переходит на следующее ответвление. Схема рис. 13-4,г показывает положение, когда контактор К2 вновь замкнут. Теперь реактор включен между ответвлениями / и 2 на напряжение одной ступени Ucт. Такое положение называется «мост». Нагрузочный ток протекает в обеих ветвях реактора, делясь поровну, но теперь на него накладывается так называемый циркулирующий ток, вызванный тем, что между концами реактора приложено напряжение одной ступени.
Схема на рис. 13-4,б показывает положение, когда контактор Κ1, размыкаясь, разрывает своими контактами ток, равный геометрической сумме половины нагрузочного и циркулирующего токов. Полный нагрузочный ток протекает теперь по цепи: контакт И2— контактор К2 — ветвь реактора. Схема на рис. 13-4,е соответствует положению, когда контактор К1 разомкнут, а обесточенный переключатель перешел (не разрывая тока) на следующее ответвление 2. Схема на рис. 13-4,ж показывает конечное положение, когда контактор вновь замкнут и переключение с ответвления на ответвление 2 закончено. В этом положении, как и в схеме на рис. 13-4,а, нагрузочный ток делится пополам между ветвями реактора.
Из рассмотренных схем переключения с одного ответвления на другое видно назначение отдельных элементов переключающего устройства. Контакты И1 и И2 предназначены для переключения ответвлений регулировочной части обмотки в обесточенном состоянии. Контакты избирателя не разрывают электрического тока и поэтому могут быть установлены внутри бака трансформатора. Контакты К1 и Κ2 в промежуточных положениях, показанных на схемах рис. 13-4,в и д, должны разрывать ток, а следовательно, и электрическую дугу. Поэтому контакторы размещаются в отдельном баке, масло в котором не сообщается с маслом в основном баке трансформатора. Реактор предназначен для ограничения циркулирующего тока в положении «мост».
б) Резисторные устройства РПН
Процесс переключения для симметричной схемы с токоограничивающими резисторами. Резистор в отличие от реактора не может быть включен в цепь нагрузочного тока для длительной работы в рабочем или промежуточном положении переключающего устройства. Выполнение резистора для такой работы невозможно из-за больших потерь, которые были бы в 2—5 раз больше нагрузочных потерь самого трансформатора. Резистор используется только для весьма кратковременного включения в цепь нагрузочного тока в промежуточных положениях, а в рабочем положении он шунтируется или размыкается. Это позволяет рассчитывать резистор на нагрузку в течение долей секунды, последнее обеспечивается применением быстродействующего механизма с пружинным приводом.
Привод работает по следующему принципу. Приводной электродвигатель заводит пружину, которая может разрядиться, т. е. пр(2извести переключение только после полного завода. Поэтому случайный перерыв в питании электродвигателя или повреждения привода во время завода пружины не приводят к остановке переключающего устройства в промежуточном положении, т. е. опасности сгорания резистора. Конечно, поломка пружины или защелки ее замка в момент переключения не исключает возможности аварии, но такое совпадение маловероятно. Во избежание аварии в указанном случае современные конструкции быстродействующих переключающих устройств-снабжаются предохранительными и защитными устройствами.
На рис. 13-5 показаны схемы процесса переключения симметричного резисторного устройства РПН. Эта схема известна под названием классической схемы Янсена или схемы «флаг» (по внешнему виду векторной диаграммы на рис. 13-6).
Рис. 13-5. Схемы процесса переключения симметричного резисторного устройства РПН.
Рис. 13-6. Векторная диаграмма токов и напряжений в момент перехода из положения «мост» по схеме на рис. 13-5.
Регулирование на вторичной обмотке в сторону понижения напряжения. Устройство имеет два избирателя И1 и И2, двуплечий контактор с главными контактами К3 и Κ1 и дугогасительными контактами Κ1 и К3, включающими резисторы. В исходном нормальном положении оба избирателя включены на два соседних ответвления регулируемой обмотки, контакты одного плеча контактора (например, К1 и К3) замкнуты, а контакты другого (К3 и Κ1) разомкнуты. Устройство работает в следующей последовательности (рис. 13-5): а — нормальное положение на ответвлении 3, нагрузочный ток протекает через контакты Кз, шунтирующие резистор и контакты Κ1; б —контакты К3 разомкнуты, нагрузочный ток протекает через резистор r1 и контакты К1; в — контакты К3 и Κ1 разомкнуты и образован «мост» между ответвлениями 3 и 4; теперь нагрузочный ток протекает через резисторы и контакты Κ1 и К3, делясь поровну, так как сопротивления резисторов равны. Кроме того, в замкнутом контуре протекает циркулирующий ток$ контакты Κ1 разомкнулись и разорвали ток, равный геометрической сумме половины нагрузочного тока и циркулирующего тока весь нагрузочный ток протекает теперь через резистор и контакты К2, д — избиратель И1 перешел на ответвление 5, а контакты Κ1 замкнулись вновь и зашунтировали резистор; нагрузочный ток протекает теперь через контакты Κι; переключающее устройство находится в рабочем положении на ответвлении 4.
В рассмотренном процессе переключения с ответвления 3 на ответвление 4 дугу будут рвать контакты К3 и Κ1, а при обратном переключении (с ответвления 4 на ответвление 3) — контакты Κ1 и К3.
Основными этапами процесса переключения, определяющими нагрузку на контакты, являются положения на схемах рис. 13-5,б—г. Определим эти нагрузки. На рис. 13-6 показана векторная диаграмма токов и напряжений на контактах в момент перехода из положения «мост» при регулировании в сторону понижения и повышения вторичного напряжения; из диаграммы следует:
(13-1)
(13-2)
в) Устройства РПН с резисторами и вакуумными дугогасительными камерами
Устройство типа РНТА-35/1000В на номинальный ток переключения 1000 А применяется в трехфазных преобразовательных трансформаторах мощностью 16; 25 и 40 мВ-A на напряжения 6; 10 и 35 кВ [Л. 13-10]. Это устройство разработки ВЭИ и завода «Уралэлектротяжмаш» отличается тем. что в качестве контакторов, разрывающих электрическую дугу, применены вакуумные дугогасительные камеры (ВДК). В контакторе с ВДК трансформаторное масло не используется в качестве дугогасительной среды и контактор может находиться в общем баке с трансформатором.
Рис. 13-12. Схема работы переключающего устройства типа РНОА-220/2000. К1 и К8 — шунтирующие контакты; К2, Κ7, и Κ'2. К7' — главные контакты; К3, К6 — вспомогательные контакты; К4, К6 — дугогасительные контакты; r1-2, r'1-2— токоограничивающие резисторы; ДТ — делитель тока; Р — разрядник вентильный; И1, И2—подвижные контакты избирателя; 1—п — неподвижные контакты.
Следовательно, отпадает необходимость смены масла и чистки контактора, это является одним из преимуществ устройства.
Рис. 13-14. Принципиальная электрическая схема переключающего устройства типа PHTA-35/J000B.
На рис. 13-14 показана схема соединений одной фазы устройства РНТА-35/ 1000В для случая расположения регулировочной части на линейном конце обмотки с грубой ступенью регулирования. Как при грубой ступени, так и при реверсировании подвижные контакты избирателя И1 и И2 обходят круг неподвижных контактов 2 раза (кроме контакта 10); поэтому на схеме им присвоены двойные номера соответственно нумерации положения регулирования по указателю приводного механизма.
Быстродействующий контактор выполнен по симметричной схеме с одним токоограничивающим резистором г и вспомогательными контактами 6 и 7. Главные контакты 1 и 5 дугу не рвут. В качестве дугогасительных контактов 2—4 применены вакуумные дугогасительные камеры типа КДВ-21 [Л. 13-11].
Перед началом действия дугогасительных контактов 2—4 механизм контактора устанавливает контакты в такие положения, чтобы циркулирующий ток Iп и нагрузочный ток I трансформатора были направлены встречно в цепи размыкающегося дугогасительного контакта. Это выполняется, если не изменяется направление энергии, например когда трансформатор работает только в понижающем режиме.
В табл. 13-2 показаны нагрузки на контактах контактора при регулировании в сторону понижения и повышения напряжения. Последовательность работы контактов контактора при переключении с первого на второе положение дана в табл. 13-3.
Устройство типа РНТА-110/1250 В с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК) разработано на МЭЗ совместно с ВЭИ. Оно предназначено для работы на линейном конце обмотки класса 110 кВ трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов [Л. 13-12]. Устройство погружного типа состоит из встроенного избирателя и предызбирателя на 23 ступени регулирования, редукторной коробки и трех фаз контактора, установленных в специальных кассетах с токоограничивающими резисторами.
Рис. 13-15. Схема работы контактов одной фазы устройства типа РНТА-110/1250В с вакуумными дугогасительными камерами. a — нормальное положение на ответвлении 3; б—г— промежуточные положения; г —положение «мост» между ответвлениями 3 и 4, ж — нормальное положение на ответвлении 4, 1 и 6 — вспомогательные контакты; 2—5 — вакуумные дугогасительные камеры; r1 и r2 — токоограничивающие резисторы; С — емкостная защита; 1-6' — неподвижные контакты избирателя; И1 и И2 — подвижные контакты избирателя.
///// Контакты замкнуты
I Контакты разомкнуты
Рис. 13-16. Диаграмма последовательности действия контактов контактора одной фазы устройства типа РНТА-110/1250В.
Нагрузки на контактах контактора устройства РНТА-35/1000В (рис. 13-14)
Таблица 13-3
Последовательность работы контактов контактора устройства PH ГА-35/1000В (рис. 13-14)
Примечание. «+» — контакт замкнут: «—» — разомкнут.
Для гашения дуги применены ВДК типа КДВ-20 (по четыре камеры в контакторе каждой фазы), благодаря чему исключается порча масла в процессе работы контактора. Устройство работает по схеме Янсена (схема «флаг») без пружинного аккумулирующего механизма с инерционным приводом.
На рис. 13-15 показана схема работы контактов одной фазы устройства при переключении с ответвления 3 на ответвление 4 регулировочной обмотки, а на рис. 13-16 дана диаграмма последовательности действия контактов контактора в зависимости от угла поворота вала кулачкового механизма.
