Методи та засоби підвищення надійності функціонування пристроїв регулювання напруги під навантаженням

Шамієв, Шахін Вахід огли

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7113

Title:	Методи та засоби підвищення надійності функціонування пристроїв регулювання напруги під навантаженням
Authors:	Протасов, Сергій Юрійович Шамієв, Шахін Вахід огли
Keywords:	регулювання напруги під навантаженням,;технічна діагностика;перемикаючий пристрій;трансформатор
Issue Date:	Dec-2025
Abstract:	У роботі проведено порівняльний аналіз перемикачів без збудження та регулювання під навантаженням, їх конструктивних особливостей, принципів дії, переваг і недоліків. Розглянуто сучасні конструкції РПН та системи автоматизованого керування і захисту. Досліджено методи діагностики РПН — візуальний огляд, газоаналіз, вимір опору контактів, температурний та вібраційний контроль, осцилографування — і надано рекомендації щодо підвищення надійності та подовження ресурсу роботи. Проведено техніко-економічний аналіз сучасних моделей РПН, визначено критерії їх вибору за параметрами надійності, ресурсу, вартості обслуговування та енергоефективності.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7113
Appears in Collections:	141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
ВКРМ_Шамієв.pdf Restricted Access		1.37 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ ЦЕНТР ПО РОБОТІ З ІНОЗЕМНИМИ СТУДЕНТАМИ
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)

«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Валентин ТКАЧЕНКО
______________________
“_____” __________2025 р.

Кваліфікаційна робота
на здобуття ступеня вищої освіти магістра

на тему:
«Методи та засоби підвищення надійності функціонування пристроїв
регулювання напруги під навантаженням»

Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи мЗЕСЕ–44
Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Шамієв Шахін Вахід огли ____________
(прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис)

Науковий керівник к.т.н., доцент Сергій ПРОТАСОВ ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Нормоконтроль к.т.н., доцент Костянтин КЛЮЧКА ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших
авторів без відповідних посилань.
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)

Черкаси 2025 р.
3
РЕФЕРАТ

По структурі робота складається зі вступу, трьох розділів основної
частини та висновків основних результатів дослідження. Загальна кількість
сторінок – 90, рисунків –32, таблиць – 6, використаних літературних джерел
– 30.
Метою роботи є підвищення надійності функціонування пристроїв
регулювання напруги під навантаженням у силових трансформаторах
шляхом аналізу існуючих технічних рішень та методів діагностики.
На основі мети необхідно виконати такі завдання:
− виконати аналіз технічних рішень пристроїв регулювання напруги у
силових трансформаторах із врахуванням їх конструктивних
особливостей, принципів дії та сфери застосування.
− дослідити існуючі методи діагностики та технічного обслуговування
пристроїв регулювання напруги під навантаженням, обґрунтувати їх
ефективність та на основі отриманих результатів розробити комплекс
заходів щодо підвищення надійності функціонування РПН.
− здійснити техніко-економічне обґрунтування вибору пристрою
регулювання напруги під навантаженням для силових трансформаторів
із урахуванням експлуатаційних умов та показників надійності.
У першому розділі виконано порівняльний аналіз двох основних типів
пристроїв: перемикачів без збудження (ПБЗ) та регулювання під
навантаженням (РПН). Розглянуто їх конструктивні особливості, принцип дії,
переваги та недоліки. Показано, що ПБЗ (Off-Load Tap Changer) вимагає
повного відключення трансформатора від мережі для зміни коефіцієнта
трансформації, тоді як РПН (On-Load Tap Changer) дозволяє здійснювати
регулювання напруги в широких межах (±10%) без відключення
навантаження. Особлива увага приділена сучасним конструкціям РПН та
системам автоматизованого керування і захисту.
4
Методи діагностики відіграють ключову роль у забезпеченні високої
надійності функціонування пристроїв регулювання під навантаженням,
оскільки дозволяють своєчасно виявляти дефекти та деградаційні процеси,
що призводять до відмов. Систематичне застосування діагностичних
процедур сприяє переходу від реактивного обслуговування до превентивної
та предикативної технічної політики, що мінімізує аварійність та збільшує
міжремонтний ресурс РПН. Тому в другому розділі розглянуті питання
діагностики пристроїв РПН, на які припадає близько 40% усіх відмов
силових трансформаторів. Проведено аналіз основних методів діагностики –
візуального огляду, газоаналізу, вимірювання опору контактів,
температурного контролю, вібраційного аналізу та осцилографування
часових діаграм. Наведено практичні рекомендації щодо підвищення
надійності та продовження ресурсу роботи РПН.
У третьому розділі проведено порівняльний аналіз техніко-
економічних показників сучасних моделей РПН, визначено критерії їх
вибору залежно від потужності та класу напруги трансформатора. Проведено
розрахунок навантаження, струмів перемикання, обрано оптимальний тип
пристрою за параметрами надійності, ресурсу, вартості обслуговування та
енергоефективності. Розроблено рекомендації щодо підвищення надійності
функціонування РПН, серед яких – оптимізація конструкції контактної
системи, автоматизація процесу регулювання, застосування захисних
блокувань і модульних систем керування. На основі техніко-економічного
аналізу обґрунтовано вибір пристрою VACUTAP® VM III 350 Y-72,5 / C-10
19 1WR (MR) як найбільш ефективного варіанту для трансформаторів типу
ТРДЦН-80000/220.
Ключові слова: регулювання напруги під навантаженням,
трансформатор, перемикаючий пристрій, виборець, технічна діагностика.

5
ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ ................................................................................................................ 7
ВСТУП ..................................................................................................................... 8
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ПРИСТРОЇВ РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ У СИЛОВИХ
ТРАНСФОРМАТОРАХ ........................................................................................ 11
1.1 Основні вимоги для роботи РПН та ПБЗ ................................................... 11
1.2 Перемикаючий пристрій серії RS 9 ............................................................ 22
1.3 Перемикаючий пристрій Maschinenfabrik Reinhausen GmbH (MR)........ 25
1.4 Перемикаючий пристрій Huaming ............................................................. 29
1.5 Пристрій РПН типу РНТА .......................................................................... 32
1.6 Використання системи моніторингу Imperium для підвищення
надійності та контролю ..................................................................................... 36
1.7 Висновки до розділу 1 ................................................................................. 40
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ДІАГНОСТИКИ ПРИСТРОЇВ
РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ ТА ПІДВИЩЕННЯ ЇХ НАДІЙНОСТІ ............ 42
2.1 Методи діагностування та підвищення надійності функціонування РПН
.............................................................................................................................. 43
2.2 Перевірка режиму роботи РПН .................................................................. 53
2.3 Пропозиції щодо підвищення надійності пристроїв регулювання
напруги під навантаженням .............................................................................. 57
2.4 Засоби підвищення надійності функціонування пристроїв регулювання
напруги під навантаженням .............................................................................. 59
2.5 Висновки до розділу 2 ................................................................................. 71
РОЗДІЛ 3. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР РПН ДЛЯ
СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ ..................................................................... 72
6
3.1 Загальні положення ...................................................................................... 72
3.2 Розрахунок та вибір РПН для трансформатора ........................................ 73
3.3 Вибір типу РПН для трансформатора ТРДЦН-80000/220 ....................... 80
3.4. Висновки до розділу 3 ................................................................................ 83
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 85
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 88

7
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ

АРН – автоматичне регулювання напруги
АСУ ТП – автоматизована система управління технологічним процесом
ВН – висока напруга
ЕРС – електрорушійна сила
НН – низька напруга
ПБЗ – пристрій перемикання напруги без збудження
РН – регулятор напруги
РПН – пристрій регулювання напруги під навантаженням
СМіД – система моніторингу і діагностики
СТ – силовий трансформатор
ТО – технічне обслуговування

8
ВСТУП

Високовольтне електрообладнання, зокрема силові трансформатори,
високовольтні вимикачі та апарати захисту від перенапруг є ключовими
елементами розподільних електричних мереж, що забезпечують надійну та
безперебійну роботу системи електропостачання [1, 8, 14, 16]. Серед них
особливе місце займають силові трансформатори, які є найдорожчими та
найвідповідальнішими компонентами будь-якої підстанції [2, 3]. Тривала
експлуатація трансформаторів у різних кліматичних умовах супроводжується
впливом електромагнітних і механічних факторів, що може призводити до
поступової деградації їхніх вузлів і виникнення аварійних ситуацій [23].
Світова практика свідчить, що аварії силових трансформаторів
спричиняють масштабні економічні втрати, пов’язані не лише з
дороговартісним ремонтом обладнання, але й зі збитками промислових
підприємств через перерви в електропостачанні. За статистикою, імовірність
відмови масляного трансформатора становить приблизно 0,0062 аварії на рік,
що означає щонайменше одну аварію на сто шістдесят одиниць обладнання
щорічно. При цьому сучасний стан електроенергетики характеризується
значним рівнем зношеності трансформаторного парку та недостатніми
темпами його оновлення, що підвищує ризик виникнення відмов [13-15].
Одним із визначальних чинників забезпечення надійності роботи
трансформаторів є система регулювання напруги. У практиці
електроенергетики застосовуються два основних типи пристроїв – пристрій
регулювання напруги під навантаженням (РПН) та перемикач без збудження
(ПБЗ). Сучасні тенденції свідчать, що понад 80% трансформаторів, які
експлуатуються на підстанціях українських енергетичних мереж, оснащені
системами РПН. Це пов’язано з їхньою здатністю здійснювати регулювання
напруги без відключення трансформатора від мережі, що гарантує
безперервність енергопостачання відповідальних споживачів. На відміну від
них, пристрої ПБЗ мають простішу конструкцію, проте не забезпечують
9
можливості регулювання під навантаженням, що обмежує сферу їхнього
застосування [20].
Підвищення надійності функціонування РПН є актуальним завданням,
оскільки відмова цього вузла може спричинити не лише відключення
трансформатора, а й порушення стабільності роботи енергосистеми. Сучасні
методи технічного діагностування, включаючи осцилографічні та
хроматографічні методи контролю, інфрачервону діагностику, а також
автоматизовані системи моніторингу стану обладнання, відкривають нові
можливості для своєчасного виявлення пошкоджень і прогнозування
технічного ресурсу РПН [13, 14].
Таким чином, тема кваліфікаційної роботи є актуальною з погляду
підвищення надійності роботи трансформаторних підстанцій та забезпечення
стабільності електропостачання. У роботі розглядаються методи і технічні
засоби підвищення надійності пристроїв регулювання напруги під
навантаженням, аналізуються їх конструктивні особливості, принципи
роботи та сучасні підходи до діагностики та технічного обслуговування.
Метою роботи є підвищення надійності функціонування пристроїв
регулювання напруги під навантаженням у силових трансформаторах
шляхом аналізу існуючих технічних рішень та методів діагностики.
На основі мети необхідно виконати такі завдання:
− виконати аналіз технічних рішень пристроїв регулювання напруги у
силових трансформаторах із врахуванням їх конструктивних
особливостей, принципів дії та сфери застосування.
− дослідити існуючі методи діагностики та технічного обслуговування
пристроїв регулювання напруги під навантаженням, обґрунтувати їх
ефективність та на основі отриманих результатів розробити комплекс
заходів щодо підвищення надійності функціонування РПН.
− здійснити техніко-економічне обґрунтування вибору пристрою
регулювання напруги під навантаженням для силових трансформаторів
із урахуванням експлуатаційних умов та показників надійності.
10
Предметом дослідження є методи, технічні засоби, алгоритми
контролю та діагностики пристроїв регулювання напруги під навантаженням.
Об'єктом дослідження є пристрої регулювання напруги під
навантаженням.
Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань
використовувалися методи статистичної обробки інформації, методи
емпіричного дослідження.
Наукова новизна. Доведено, що поєднання термометричних і
газоаналітичних технологій забезпечує достовірність діагностики, раннє
виявлення пошкоджень та підвищує надійність функціонування РПН у
силових трансформаторах.
Апробація роботи. Основні аспекти наукового дослідження
магістерської роботи були обговорені на Міжнародній науково-практичній
конференції «Modern The Integration of Research, Innovation and Economy»,
яка відбувалася 8-10 жовтня 2025 р.

11
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ПРИСТРОЇВ РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ У СИЛОВИХ
ТРАНСФОРМАТОРАХ
1.1 Основні вимоги для роботи РПН та ПБЗ

Існує кілька варіантів перемикання відгалуження напруги. Один із
варіантів – це перемикання напруги за допомогою повного відключення
трансформатора від мережі. Оскільки величина напруги прямопропорційна
кількості витків обмотки трансформатора, то змінюється і коефіцієнт
трансформації, а отже напруга на даній обмотці. Даний пристрій є
перемикачем, що здійснює ступінчасте перемикання між положеннями
обмоткових витків. Пристрій ПБЗ можна встановити на обмотці низької
напруги (НН) або обмотці високої напруги (ВН). Головною перевагою при
монтажі пристрою ПБЗ на обмотці ВН є параметри струму та напруги, струм
на стороні ВН менший ніж на стороні НН [1, 8].
Пристрої ПБЗ в процесі перемикання не розривають ланцюг струму,
тому повинні задовольняти основну умову – витримувати без будь-яких
порушень експлуатаційний режим трансформатора. Приводний механізм
пристроїв ПБЗ є ізоляційною штангою, яка нижньою муфтою спряжена з
перемикачем-вибірцем, а верхньою муфтою з валом приводу. Фланець
головки приводу кріпиться болтами до кришки бака силового
трансформатора Фіксація вибірця здійснюється стопорним болтом, що
проходить через ковпак головки приводу та кришку бака трансформатора.
Для перемикання ПБЗ необхідно відключити напругу від обмоток
трансформатора, вигвинтити стопорний болт, повернути ковпак у потрібне
положення (номери положень вказані на кришці приводу сальника). При
цьому контакти вибірця та перемикача замикають іншу пару струмовідних
стрержнів перемикача. Після перемикання стопорний болт вгвинчують у своє
гніздо. Якщо стопорний болт не входить у гніздо, це означає, що
12
перемикання здійчнено не повністю. Таким чином, слід докрутити привод до
збігу гнізда з отвором і загорнути стопор болт.
При монтажі перемикача слід мати на увазі, що контактна труба
першого положення часто звернена у бік бака трансформатора, а решта труб
розташована по порядку проти годинникової стрілки (якщо дивитися на
перемикач зверху) [15].
Налаштування ПБЗ дуже просте і включає лише вимірювання опору
обмоток по постійному струму і коефіцієнта трансформації на всіх його
положеннях. Попередньо перевіряють роботу механізму ручного приводу на
всіх положеннях в одну та іншу сторону при вивернутих стопорних болтах.
Під час цієї перевірки переконуються у чіткості фіксації положень. Не
допускається перехід перемикача за крайні положення, обмежені стопорними
болтами, а також застосування приводних ковпаків не від перемикача.
Вважається, що перемикаючий пристрій, правильно зібрано і
встановлено, якщо у першому положенні значення електричного опору
обмотки по постійному струму найбільше. У решті положень воно має бути
менше. Відповідно до схеми на рис. 1.1, а перше положення відповідає
замиканню струмопровідних стержнів 2 та 3; у цьому положенні послідовно з
основною обмоткою включена повністю і регулювальна частина обмотки.
При цьому перемикач встановлюють положення в якому значення
опору обмотки постійному струму найбільше, і не чіпаючи механізм приводу
розбирають головку приводу та встановлюють кришку головки так, щоб
покажчик був проти першого положення. У цьому положенні закріплюють
головку та кришку приводу, після чого повторним вимірюванням опору
обмоток постійному струму на всіх положеннях переконуються у
правильності монтажу ПБЗ [26].
Зі схеми рис. 1.1 б видно, що у перемикача на п'ять положень на
третьому і шостому положеннях значення опорів обмотки рівні, так як на них
замикаються однакові частини регулювальної обмотки.
13
Перемикачі ПБЗ застосовуються і на три положення, але у цьому
випадку два стержні перемикача не використовуються, тобто не
приєднуються до жодного відгалуження обмотки.
Перемикаючі трифазні ПБЗ можуть мати пофазний та трифазний
привод. Але за трифазного вибірця для перемикання відгалужень обмоток
трансформатора використовується один привод за допомогою якого
відбувається перемикання всіх трьох фаз одночасно. У такій схемі перевірка
правильності складання ПБЗ проводиться вимірюванням опорів постійного
струму між фазами. Результати вимірювань між фазами мають бути
практично однаковими [13].

Рис. 1.1. Пристрій перемикання напруги без збудження: а) електрична
схема; б) схема вимірювання опору постійному струму
(GB - акумуляторна батарея; П - перемикач; А - амперметр; V - вольтметр;
R - реостат; 2…7 – номери відгалужень обмотки)

Якщо виявлено невідповідність заводським даним значень опору
постійному струму або положення перемикача, дефект усувається ревізією
контактної системи. ПБЗ у конструкціях яких передбачені електроприводи,
перемикаються дистанційно шляхом подачі керованих імпульсів. Крім цього,
14
керування такими перемикачами можна виконувати і в ручному режимі. У
разі потреби зміни напруги на споживачах варто звернути увагу, що ПБЗ
може змінити величину напруги в обмежених межах на обмотці, яка
знаходиться на стороні НН, а саме +/– 5%. Якщо спостерігається ситуація, у
випадку появи у мережі значних відхилень напруги, то регулювання напруги
відбувається на підстанціях вищих рівнів напруги або на об'єктах
виробництва електроенергії. Основним недоліком ПБЗ є те, що при
перемиканні відгалужень і регулюванні напруги необхідно повністю
відключати трансформатор від мережі [15]. Саме тому трансформатори з
перемикаючим пристроєм ПБЗ використовуються в мережах де потрібні не
часті регулювання напруги, а саме під час сезонних пікових навантажень
(зима, літо тощо), дотримуючись при цьому категорії надійності
електрообладнання споживачів (вона повинна дозволяти здійснити таке
перемикання). Для надійного електропостачання споживач повинен мати
наявність двох незалежних джерел живлення або резервного джерела
живлення, що працює за допомогою системи АВР. Цим недоліком можна
знехтувати, тому що в такому разі при здійсненні перемикань відгалужень
установки ПБЗ краще перевести навантаження на інше джерело живлення.
Крім цього, недоліком є окислення контактів на відгалуженнях
перемикаючого пристрою ПБЗ під час експлутації силового трансформатора.
Так як контакти окислюються, то вдбувається підвищення опору
контактуючих поверхонь, що у подальшому призводить до небажаних
позаштатних ситуацій, в ході яких може спрацювати релейний та газовий
захист. Щоб запобігти цій небажаній ситуації, доцільно не менше двох разів
на рік проводити повне відключення трансформатора від мережі та
здійснювати декілька циклів перемикання відгалуження, що необхідно для
видалення плівки яка може утворитися при окисленні контактів. Основними
виробниками ПБЗ у світі є Hyundai (Болгарія, MR – Німеччина, Huaming –
Китай) [4, 7, 9].
15
Крім перемикаючих пристроїв ПБЗ для регулювання напруги, також
застосовуються РПН, за допомогою яких можна проводити регулювання
напруги при роботі трансформатора під навантаженням (рис. 1.2). За
допомогою пристроїв РПН можна проводити регулювання на вторинній
обмотці у більш широких межах [22]. Для забезпечення найбільш ефектної
роботи в пристрої РПН слід встановлювати елементи, що обмежують струм
(блок резисторів або блок реакторів).

Рис. 1.2. Будова пристрою РПН
16
При роботі РПН у ній виникає електрична дуга. Щоб уникнути
забруднення ізолюючого масла все обладнання РПН встановлюється в
окремий герметичний бак, який не контактує з маслом трансформатора в
основному баку трансформатора. Всі струмопровідні пристрої розміщуються
в окремому баці РПН, а саме це блок резисторів або реакторів, які є
обмежувачами струму. Даний метод розглядає навантаження контактів
жорсткої пружини, що дозволяє контактам зменшити час перемикання
відгалуження на обмотках за допомогою обмежуючого елемента.
Можливість застосування спеціальних регулювальних трансформаторів
струму приєднаних послідовно можна змінювати коефіцієнт трансформації
трансформатора, завдяки властивостям спеціальних трансформаторів (зміна
рівня напруги та фази). Але їх застосування є рідкісним, через дуже високу
вартість пристрою та здійснення монтажних робіт.
При використанні РПН переходи між відгалуженнями обмоток без
переривання струму можливі при використанні системи двох паралельних
перемикань (П1 і П2), які у свою чергу повинні бути замкнуті на
струмообмежуючий елемент, підключений на середню точку обмотки
трансформатора (рис. 1.3).
Регулювальна обмотка, яка з'єднується з перемикаючим пристроєм,
буде вольтододатковою до першої обмотки, а потужність даної обмотки
дорівнюватиме діапазону регулювання. Це рішення передбачає збільшення
розмірів трансформаторного обладнання, навіть не дивлячись на низькі межі
регулювання, так як буде велика витрата матеріалів при створенні частини
активної трансформатора.
Встановлюють регулювальну обмотку в нижній частині камери, де
розташована активна частина. Регулювальна обмотка знаходиться у вузлі
додаткового регулювання, в який входять тахогенератор зі силіконовим
випрямлячем. Зазвичай регулювальна обмотка поділяється на два складових
вузла (тонке та грубе регулювання) розміщених зовні основновної обмотки
двома концентрами. Ізоляція основної частини обмотки ВН від
17
регулювальної аналогічна ізоляції між обмотками ВН та НН. Секція
регулювальної обмотки замкнута на реактор, перемикач П знеструмлений.
Напруга на регулювальній обмотці змінюється перемиканням ступенів
перемикача під навантаженням, через що вимірюється коефіцієнт
трансформації між обмотками [13].
Рис. 1.3 наочно ілюструє відносне розташування елементів РПН в баку
силового трансформатора. Таке розташування елементів електричних кіл
характерне для силових трансформаторів 110 кВ, таких як, наприклад, ТМН
16000/110/10. Слід відмітити, що для подібних СТ бак РПН та перемикачі П1
та П2 перемикаючого пристрою знаходяться в основному баку
трансформатора. У свою чергу в баку РПН розташовані контакти контактора
та струмообмежуючі резистори R1, R2. Струмообмежуючі резистори
виготовляються з провідникового матеріалу з високим омічним опором, який
намотаний на каркас із ізоляційного матеріалу. Номінали R1, R2 знаходяться
в межах 1...25 Ом, залежно від потужності силового трансформатора.
Зазначу, що рис. 1.1 ілюструє випадок розташування РПН у нейтралі обмотки
ВН силового трансформатора.
Для трансформаторів із ПБЗ розміщують п'ять виводів регулювання
напруги з перемиканням у межах п'яти відсотків від номінальної напруги.
Відводи, що знаходяться посередині рівні номінальній напрузі.
При розміщенні регулювальної обмотки на головних стержнях осердя
слід врахувати зауваження при розміщенні первинної обмотки.
РПН працюють за принципом селекторного перемикання, тобто
вибірець та перемикаючий пристрій працюють як одне ціле. Устаткування
РПН встановлюється всередині бака трансформатора. Але можливе
проведення монтажних робіт на ярмовій балці або кришці бака. РПН
поставляється готове до монтажу всередині бака, що полегшує процес
встановлення. Всі комплектуючі, пов'язані з роботою РПН поставляються в
самому корпусі пристрою. Приводиться в рух цей механізм за допомогою
18
моторного приводу, що встановленимй на стінці бака трансформатора, і
з'єднується за допомогою валів, редукторів та кабелів [12].

Рис. 1.3. Основні електричні ланцюги однієї із фаз силового
трансформатора: I - бак силового трансформатора; II - бак РПН; 1 ... 9 -
відгалуження перемикаючого пристрою; П1, П2 - перемикачі; R1, R2 -
струмообмежуючі резистори; К11, К21, К12, К22 - контакти контактора;
Lосн - індуктивність основної обмотки ВН; Lрег - індуктивність регулювальної
обмотки ВН, LНН - індуктивність обмотки НН

Регулювання відбувається на стороні високої напруги у діапазоні ±
10% від номінального значення напруги. У конструкційну основу РПН
входять складні моделі перемикаючих пристроїв марок (РНТА, RS та MR).
Конструкційно система управління РПН виконана у формі єдиного
блоку та складається:

19
1. Механізм перемикання.
2. Перемикач положень відпайок напруги.
3. Передвибірець.
4. Електродвигун як виконавчий елемент, що встановлюється
безпосередньо в механізм управління.
Механізм перемикання реалізує:
1. Перемикання.
2. Електричний сигнал блокування, якщо перемикання пристрою
проходитиме через крайні положення.
3. Здійснення електричного блокування електродвигуна під час
перемикання вручну за допомогою рукоятки моторного приводу.
4. Здійснюється механічне блокування, якщо перемикати за останні
положення.
Пружинний механізм, що встановлюється в перемикач відгалуження,
при зникненні напруги в ланцюзі живлення електродвигуна або в схемі
управління при перемиканні, дана пружина здійснює встановлення
контактної системи у фіксоване положення. Сам механізм управління
виготовлений з циліндра і вбудованих в нього нерухомих контактів. Барабан
і група контактів сконструйовані в ізоляційному циліндрі, завдяки цьому
рішенню була забезпечена достатня механічна міцність системи рухомих і
нерухомих контактів, також зменшено відхилення зусиль контактних
положень, щоб підвищити час експлуатації перемикаючого пристрою.
Ізоляційний циліндр контактного барабана є герметичною конструкцією,
через що змішування трансформаторному маслі перемикаючого пристрою і
основного бака не відбудеться [10].
У нижній частині перемикання розташований передвиборець, що має у
своєму складі рухомі та нерухомі контакти резерву та нейтралі. Нерухомі
контакти мають срібні покриття для забезпечення кращої провідності.
До складу пристрою РПН зазвичай комплектується вказівниками
положення:
20
1. Видимий через віконце на кришці перемикаючого пристрою (для
контролю).
2. Покажчик положення, що встановлюється на кожух для зручного
монтажу та візуального контролю із землі (без використання сходів).
3. Датчики стану РПН для дистанційного контролю [14].
Також РПН слід комплектувати двома контакторами та
струмообмежуючим елементом з двома регулювальними обмотками. Під час
процесу регулювання відбувається перемикання одного відгалуження
контактів на наступне відгалуження контактів, при цьому відбувається
автоматичне коротке замикання обмотки з появою додаткової індуктивності,
що і утворює перемикання без миттєвого зростання струму.
Є два види струмообмежувальних елементів, що застосовуються в РПН
– це використання резисторів або реакторів. На виводах таких
трансформаторів отримується відрегульована напруга. Під час перемикання
перемикаючий пристрій спочатку проходить через всі відгалуження виборця,
при фіксованому положенні передвиборця, отже, регулювальна обмотка
виявляється знеструмлена і перемикання здійснюється перемиканням на
половину повного діапазону. Щоб реалізувати можливість перемикання
передвиборця без розривання ланцюга, потрібно додати ще один нерухомий
контакт у вибірець. Якщо підключати ступінь грубого регулювання, то
потрібно підключити його до основної обмотки трансформатора. Після
здійснення перемикання передвиборця, виборець проходить усі свої
положення включення регулювальної обмотки або при грубому регулюванні.
Також використовуються схеми з додатковим (не комутованим) ступенем
регулювання з реверсом або збільшене число витків при застосуванні
ступеня загального регулювання. Щоб виключити вільні потенціали для
усунення (вільних потенціалів), іноді між регулювальною обмоткою і
основною обмоткою встановлюють спеціальні резистори. Крім цих способів
є ще один, – це послідовне підключення вольтододаткових трансформаторів,
21
але так як цей спосіб дороговартісний у зв'язку з придбанням обладнання та
складністю монтажу він рідко використовується.
Для того щоб вибрати найбільш зручний для використання РПН
необхідно розглянути його конструкцію, ціну та характеристики. Подальший
розгляд теми представлено у наступних розділах кваліфікаційної роботи. Як
було описано вище, ПБЗ це спосіб перемикання відгалужень без збудження
трансформатора, тому для здійснення регулювання напруги необхідно
повністю відключати трансформатор від мережі. Для того, щоб забезпечити
необхідні заходи безпеки для оперативного та ремонтного персоналу,
необхідно встановити видимий розрив ланцюга та передбачити пристрої
захисного заземлення. У комплектацію пристроїв РПН входить двигуневий
електропривод. Перемикання відгалужень РПН може здійснюватися
дистанційно за допомогою шафи керування, а також за допомогою релейних
засобів та автоматики. Крім цього, слід розглядати варіант керування
перемикань відгалужень регулювання за допомогою ручного важіля, якщо
електропривод не працює або на ньому відсутнє живлення.
Для початку розглянемо вимоги до конструкцій, форма та розміри бака
повинні забезпечувати можливість встановлення РПН у сам бак
трансформатора. Покриття РПН повинні наноситися за спеціальними
умовами за допомогою фарбопультів. Дані покриття повинні захищати від
корозії та впливу вологи та інших факторів. Також конструкція має
передбачати безпроблемне транспортування РПН у розібраному вигляді.
Механізм управління повинен бути сконструйований таким чином, щоб, при
припиненні перемикання через падіння напруги або впливів струмів
коротких замикань, була безаварійна робота [24].
Якщо РПН експлуатується в масляному середовищі при температурі
менше за нуль градус Цельсія, то він обов'язково повинен мати датчик
температури масла (термоопір), що дозволяє устоновити блокування
перемикання якщо температура буде нижчою за -25°С. Якщо бак РПН
виготовлений герметично, то його необхідно піддавати випробуванням
22
тиском 4,5 кПа протягом двох годин або 3 кПа протягом доби. Якщо є бак з
розривом дуги в маслі (дугогасні контакти), то обов'язково має бути
можливість зняття проб масла, а також можливіть заміни та промивання
бака. Крім цього, якщо бак контактора зроблений герметично, то він повинен
мати можливість вакуумування спільно з баком трансформатора але даний
параметр залежить від технології монтажу.
У пристроях РПН обов'язково повинні бути прилади захисту (струмове
реле), що спрацьовують на сигналізацію для запобігання виходу з ладу.
У РПН має бути можливість дистанційного автоматичного керування
за допомогою покажчиків положення та датчиків. У складі електоприводу
обов’язково повинно передбачине електричне та механічне блокування, яке
має працювати перед блокуванням механізму перемикання. Також захист має
бути передбачений для електродвигуна приводу.
Для проведення налагоджувальних робіт має бути передбачене ручне
керування приводом за допомогою ручок.
За погодженням між споживачем та виробником може бути зменшено
кількість видів управління. У цьому автоматичне управління обов'язково
[27].

1.2 Перемикаючий пристрій серії RS 9

Перемикаючі пристрої серії RS 9 призначені для регулювання напруги
в силових трансформаторах під навантаженням (Виробник Hyundai Heavy
Industries Co. (Болгарія)), а також для зміни коефіцієнта трансформації
силових трансформаторів (СТ) [7]. Оскільки дані перемикаючі пристрої
мають надійність вони також можуть застосовуватися в пічних установках і в
електролізних трансформаторах тощо. Загальний вигляд перемикаючого
пристрою серії RS9 представлено на рис. 1.4.

23

Рис. 1.4. Перемикаючий пристрій серії RS 9

Перемикаючі пристрої серії RS9 виготовляються за двома типами
виготовлення несучих монтажах фланців для установки в бак
трансформатора (круглий, монтажний фланець дзвонового типу).
Перемикаючі пристрої серії RS9 розроблено на принципі роздільного
комутування, тобто процес за часом і місцем від процесу перемикання під
навантаженням. Необхідна установка вибирається виборцем без струмового
вибору. Кожна фаза має по два ряди нерухомих контактів. Непарні
відгалуження приєднуються до одного ряду. На кожному ряді нерухомих
контактів працює лише один рухомий контакт. Відгалуження де розташовані
парні та непарні контакти роблять почергові кругові рухи. Непарні контакти
24
вільні і можуть безточно вибрати положення регулювання, у той час як по
парних контактах протікає струм. У момент якщо непарні контакти
знаходяться під струмом, то вибір положення може бути здійснений парними
контактами, а також безструмово. Після того, як закінчується вибір
відгалуження, контактор перекидає навантаження на наступний рівень
регулювання. Контактор сконструйований таким чином, що протікання
струму навантаження не припиняється під час перемикання, також
відгалуження між собою не підлягають шунтуванню. Реалізувати це можливо
при використанні допоміжних контактів, що вмикають на деякий час на
резистори з невеликим опором. Якщо необхідно збільшити кількість
положень, то застосовується передвиборець, який можна сконструювати як
грубий попередник або як реверсор. Якщо використовувати передвиборець
як реверсор, то електрорушійна сила у виборці підсумовується з
електрорушійною силою активної обмотки, а якщо перемикати у зворотний
бік, то дані ЕРС віднімаються. Якщо застосовувати грубий предвиборець,
використовується ступінь грубого регулювання в регулювальній обмотці.
При використанні грубого передвиборця вмикається та відмикається грубий
ступінь трансформаторної обмотки. Якщо використовувати вузький діапазон
регулювання перемикаючого пристрою, і без передвиборця, він може бути
застосований для малопотужних трансформаторів ТМН. Усі інші технічні
дані у них однакові.
Рухомий ізоляційний вал РПН серії RS9 передає момент обертання від
верхнього редуктора до контактора і виборцю, який конструктивно
розташований ззовні бака РПН, тобто в порожнині бака трансформатора. При
необхідності обслужити даний вал перемикаючого пристрою, потрібно
розгерметизувати бак трансформатора і злити масло з РПН, а потім через
оглядові люки проводити роботи із ревізії всередині бака трансформатора.
Акумулятор в RS 9 розміщений під резисторами у нижній частині контактної
системи, через це ревізію акумулятора здійснити досить проблематично. У
конструкції РПН серії RS 9 відсутня слабка точка (запобіжник), тому у разі
25
поломки або несправності зламається сам механізм РПН, що призведе до
суттєвих тимчасових та великих фінансових втрат щодо відновлення
перемикаючого пристрою [7].

1.3 Перемикаючий пристрій Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
(MR)

Перемикаючий пристрій РПН виробництва МR представлений на рис.
1.5 [12]. Виробником даного пристрою є компанія Maschinenfabrik Reinhausen
GmbH (MR), що входить до групи компаній Reinhausen, які засновані у 1868
році у м. Регенсбурзі. До складу групи входить також 38 дочірніх компаній і
6 асоційованих компаній по всьому світу.

Рис. 1.5. Перемикаючий пристрій MR
26
Приєднання трубопроводів Q закрито глухою кришкою. Приєднання
трубопроводів R і Q можна міняти місцями. Приєднання трубопроводів S
Трубне коліно на приєднанні трубопроводів S має болт для випуску повітря.
До нього приєднується трубопровід, прокладений збоку по стінці бака
трансформатора і закінчується зливним краном на висоті обслуговування.
Якщо пристрій РПН оснащений сифонною трубкою, через підключення
трубопроводів S можна повністю злити мосло із пристрою РПН. Приєднання
трубопроводів R призначене для встановлення захисного реле, а також для
приєднання розширювального бака пристрою РПН.
Далі розглянемо принципи перемикання [12].
Принцип «контактор – виборець». Перемикаючі пристрої, які
працюють за цією системою, включають контактор і виборець положення.
Виборець застосовується для попереднього вибору необхідного положення,
яке підключається через нього до знеструмленої сторони контактора Д.
Далі відбувається поворот двигуна (контактор перемикається) і
робочий струм проходить через дане положення. Моменти перемикання
виборця та контактора синхронізуються за часом [4]. Схему перемикання
зображено рис. 1.6.

Рис. 1.6. Схема перемикання за принципом «контактор – виборець»
27
Принцип роботи схеми перемикання «виборець під навантаженням»
(рис. 1.7). Перемикаючий пристрій, що працює за даною схемою, поєднує в
собі властивості контактора та виборця. Перемикання з одного положення на
інше відбувається за один цикл. Відмінності звичайного виборця під
навантаженням від виборця під навантаженням з гасінням електричної дуги у
вакуумі полягає в тому, що контакти у звичайному виборці, через які
відбувається вибір положення, також виконують роль контактора
перемикаючого пристрою.

Рис. 1.7. Схема перемикання за принципом «виборець під
навантаженням»

У цих схемах з'єднань вказуються маркування приєднувальних
контактів виборця та робочих положень для конкретного перемикаючого
пристрою, замовленого по опитуваному листу. Маркування контактів, що
використовуються в складальних та габаритних кресленнях перемикаючого
пристрою, завжди відповідають маркуванню зазначеним з внутрішніми
стандартами компанії MR.
Маркування двигуневого приводу перемикаючого пристрою та самі
контакти положень однакові. Принципові схеми представлені на рис 1.8.

28

Рис. 1.8. Принципові схеми пристрою РПН типу MR

Розглянемо принцип роботи. Пристрій РПН використовується для
регулювання коефіцієнта трансформації трансформаторів без повного
відключення трансформатора від навантаження.
Також за допомогою даного пристрою можна компенсувати коливання
напруги, які виникають в лініях електропередач. Для цього пристрої РПН
вбудовуються в трансформатори та підключаються до їх активної частини.
Двигуневий привод, який отримує керуючий імпульс (наприклад, від
регулятора напруги), змінює робоче положення пристрою РПН в результаті
чого відбувається необхідне коригування коефіцієнта трансформації
трансформатора.
Приводний вал забезпечує механічне з'єднання між приводом та
пристроєм РПН або ПБЗ. Зміна напрямку осі обертання валу з вертикального
на горизонтальне проводиться за допомогою кутового редуктора.
Виходячи з цього, вертикальний приводний вал слід поставити між
кутовим редуктором і моторним приводом, а горизонтальний між самим
29
пристроєм, що перемикає РПН і кутовим редуктором. Далі проводиться
монтаж РПН у бак трансформатора [2].

1.4 Перемикаючий пристрій Huaming

Перемикаючий пристрій РПН типу Huaming конструктивно
складається із механізму перемикання, що в свою чергу складається з
контактора і виборця, двигуневого приводу та використовується у силових
маслонаповнених трансформаторах [25].
В масляний бак трансформатора встановлюється механізм перемикання
разом з контактором, контактор розміщується в окремому герметичному
баку, а до регулювальної обмотки трансформатора приєднується виборець,
який повністю занурений у трансформаторне масло бака перемикаючого
пристрою.
У трифазних перемикаючих пристроях РПН типу Huaming найчастіше
застосовуються схеми з'єднань відгалужень зірка з нейтральною точкою або
використовуються три однофазні перемикаючі пристрої одного типу з
однаковими параметрами, які виготовлені під будь-який тип з'єднання
обмоток силового трансформатора. Пристрій РПН типу Huaming зображено
на рис. 1.9.
Контактор підлягає заміні через 800 000 перемикань.
З метою безпеки на новому пристрої РПН рекомендується провести
перше обслуговування через два роки після введення в експлуатацію або
через 20000 перемикань залежно від того, що настане раніше [25].
Для підвищення надійності технічне обслуговування повинно
здійснюватися один раз у п'ять років (або один раз на сім років, якщо
пристрій обладнаний фільтром).
На рисунку 1.10 представлені принципові схеми з'єднання контактів
РПН.

30

Рис. 1.9. Загальний вигляд пристрою РПН типу Huaming

Рис. 1.10. Принципові схеми з'єднання контактів РПН: а – без
передвиборця, б - з реверсом, в - з перемиканням грубого ступеня
31
Для перемикаючих пристроїв з номінальною напругою більше 220 кВ
(які застосовуються в потужних трансформаторах) через 2 роки або після
15000 перемикань потрібно перевіряти РПН. Потім перевірки можуть
виконуватись через кожні 3 роки.
Обслуговування контактора полягає у витягуванні виємної частини
контактора, чищення контактів та внутрішньої поверхні ізоляційного
циліндра контактора, вимірювання зносу дугогасних контактів, перевірка
механізму накопичення енергії.
Час перевірок і обслуговування частини виємного контактора не
повинен перевищувати 10 годин, щоб не пересушити перемикач. Для того
щоб витягнути виємну частину контактора, необхідно відключити
трансформатор від мережі і заземлити виводи НН і ВН.
Виємна частина контактора може бути витягнута в будь-якому
робочому положенні але краще витягувати її в положенні налаштування.
Корпус виборця РПН виготовлений зі склопластику, який отриманий
методом пултрузії, що має перевагу у меншій схильності до впливу вологи,
яка з’являється в маслі трансформатора під час експлуатації, і саме через це
його ізоляційні властивості не схильні до змін. Матеріал планок піддається
впливу вологи, яка є в маслі. Протягом часу може набухнути або
розшаруватися гетинакс, що призводить до втрати жорсткості планок та
зміни їх геометрії, зміни точок розташування нерухомих контактів щодо
точки встановлення рухомих контактів. Перегрівання контактів спричинить
нагрівання планок і до зниження конструктивної міцності, а також до
перегрівання масла трансформатора та утворення локальної точки
перегрівання.
У сучасних пристроях РПН серії RS9, який виготовляється у даний час,
матеріалом корпусу виборця є гетинакс. Виробник не виключає інформацію
про можливе розшарування гетинаксу, а отже, даний матеріал є
ненайнадійним.
32
Акумулятор енергії розташований над механізмом перемикання контактора,
саме тому робити ревізію пристрою легше і простіше. У конструкції
кінематичного механізму РПН типу Huaming є слабке місце, яке відіграє роль
запобіжник.
У місці де тонкий вал може зламатися при перевищенні зусилля 750
Н*м при заклиненні механізму, тим самим запобігатиме руйнування і виходу
з ладу більш дорогих і менш доступних до заміни вузлів РПН. Варто
зазначити, що це розрахункове зусилля на валу у 3 рази перевищує
номінальне зусилля при нормальній роботі [25].

1.5 Пристрій РПН типу РНТА

Пристрої РПН типу РНТА використовуються для ступеневої зміни
коефіцієнта трансформації на нейтралі обмотки ВН понижуючих
трансформаторів потужністю від 1 до 6,3 МВА, напругою 35 кВ. Основні
технічні дані пристрою приведені у [10]. Пристрій складається зі наступних
основних складальних вузлів: механізм перемикання, контактна частина
якого це – пристрій контактний (перемикач навантаження) та силові
елементи, які приводять його до руху (електродвигуни, передача),
забезпечують перемикання навантаження з однієї відпайки регулювання
обмотки трансформатора на іншу; – шафа керування, яка забезпечує
керування роботою механізму перемикання як у ручному так і у
автоматичному режимах. Загальний вигляд пристрою представлений на
рисунку 1.11. Електрична схема регулювання представлена на рисунку 1.12.
Пристрій РПН типу РНТА виготовлений за принципом перемикача
навантаження, тобто функції виборця та контактора (перемикач 1) суміщені в
одному вузлі і за конструкцією занурювального типу. За баком розміщений
несучий фланець 2 і приводна частина механізму перемикання, а також шафа
керування 3, яка встановлюється окремо на баці трансформатора.
33

Рис. 1.11. Загальний вигляд пристрою РПН типу РНТА

Приводна частина складається з наступних елементів:
- передачі зубчатої та пружини 4 для доведення рухомих контактів до
фіксованого положення у випадку втрати живлення електродвигуна у момент
перемикання, які розташовані у середовищі трансформаторного масла;
– механізму блокування (5), який складається з електродвигуна,
елементів приводу (шестерні, кулачок), покажчика положень та кінцевих
вимикачів. Перемикач складається з таких елементів:
34
– барабан контактний – це ізоляційний циліндр (6), внутрішня частина
якого герметизована знизу алюмінієвим фланцем (7), а зверху корпусом (2).
Герметизація необхідна для того, щоб забруднене масло контактора не
змішувалося з маслом трансформатора. На ізоляційному циліндрі (6)
закріплені нерухомі контакти (8), з якими з’єднуються відгалуження обмотки
трансформатора;

Рис. 1.12. Схема регулювання пристрою РПН типу РНТА

– рухома контактна група, яка вміщує бакелітовий циліндр (9) з
встановленими на ньому рухомими контактами (10), струмообмежуючими
резисторами (11) та мальтійської шестерні (у верхній частині). Рухомі
контакти – це три групи роликових контактів (по одній на фазі), які
розташовані по висоті циліндра та розвернені відносно один одного на 120о .
Кожна група складається з двох контактів: головного та контакта
35
дугогасіння, останній розташований нижче головного контакту по висоті та
розвернутий відносно нього на 120о. Кожен контакт складається з мідного
ролика на струмоведучій осі, яка закріплена у корпусі, останній
закріплюється болтами до циліндру (9). Контактний тиск забезпечується
пружинами (12). Кінематична схема пристрою приведена на рисунку 1.13.

Рис. 1.13. Кінематична схема пристрою РПН типу РНТА

36
Для перемикання на одну ступінь від електродвигуна (1) рух
передається через зубчату передачу (2-3) та (4-5) і мальтійську передачу (6-7)
безпосередньо на вхідний вал (8) контактної групи. При цьому рухомі
контакти (9) переміщуються з одного нерухомого контакту (10) на інший.
Одночасно шестерня (5) за допомогою пальця (11) стискує пружини (12), які
забезпечують доведення рухомих контактів до фіксованого положення у
випадку втрати живлення електродвигуна. Палець (11) за допомогою поводка
(13) та шестерні (14) переміщує покажчик положень (15). Барабан
контактний (16) нерухомий. Група контактна (17) переміщується у напрямку,
який вказується стрілкою.

1.6 Використання системи моніторингу РПН «Imperium» для
підвищення надійності та контролю

Система моніторингу РПН «Imperium» (рис. 1.13) від компанії
«Hyundai» використовується у трансформаторах середньої та великої
потужності, має спрощений та економічний дизайн завдяки
децентралізованій модульній структурі з центральними та локальними
пристроями [4].
Функціональні можливості системи моніторингу РПН Imperium.
1. Вимірювання та моніторинг:
- позиція РПН;
- температура масла у перемикачі;
- температура повітря у корпусі двигуневого приводу;
- температура навколишнього середовища;
- температура поверхні двигуна електроприводу;
- температура масла у верхній частині бака трансформатора;
- температура масла у нижній частині бака трансформатора;
- рівень масла в РПН;
- рівень масла у баку трансформатора;
37

Рис. 1.13. Модуль системи моніторингу РПН Imperium

- напруга живлення електродвигуна приводу;
- струм електродвигуна приводу;
- струм трансформатора на стороні ВН (через контактну систему РПН);
- напруга трансформатора на стороні ВН;
- інтервал до проведення інспекції РПН (задається через логічні
рівняння);
- моніторинг стану всіх цифрових входів та виходів (BIs, BOs).
2. Обчислення та статистика:
- дата/час перемикання РПН;
- кількість перемикань РПН до проведення інспекції;
- моніторинг крутного моменту РПН (на базі навантаження
електропривода);
- час роботи до проведення інспекції РПН;
- гранична точка перегрівання обмоток трансформатора;
38
- ресурс трансформатора;
- кількість перемикань РПН у функції струму;
- інтервал заміни масла в РПН.
3. Візуалізація, блокування керування та сигналізація:
- візуалізація на графічному дисплеї ЦП;
- можливість перемикання між Local (від СМТ) та Remote (від SAS);
- контроль РПН;
- локальний контроль РПН – через передню панель ЦП;
- дистанційне керування РПН – через BI або вищий рівень SAS/SCADA;
- команди підвищення/зниження до електроприводу;
- аварійне відключення електроприводу;
- блокування перемикання електроприводу;
- блокування РПН у разі наявності певних умов – завищена максимальна
температура масла в РПН, завищений максимальний струм РПН,
GOOSE повідомлення;
- попереджувальна сигналізація стану РПН;
- сигналізація про невиконану команду підвищення/зниження РПН;
- сигналізація незавершеного перемикання РПН;
- сигналізація досягнутого крайнього робочого стану РПН;
4. Запис подій:
- остання збережена подія;
- події, що зберігаються протягом останніх годин/24 годин/місця;
- фільтр пошкодження.
5. Комунікація
- RS 485;
- 100BASE FX ST/LC Optical Ethernet;
- 100BASE TX RJ45 електричний Ethernet;
- Комунікація з РПН, базована на MMI програмі через фібро-оптичний
кабель (FO);
- SNTP/PTP синхронізація часу через LAN та GPS.
39
Процес вимірювання акустичних сигналів запускається після
перемикання положення в РПН або в залежності від налаштування системи,
оскільки моніторинг може проводитись за розкладом та часом. Якщо в
отриманій вибірці даних, потрапляє недостатня кількість періодів, то модуль
обробляє дані і проводить наступне вимірювання, щоб набрати необхідну
кількість даних у пам'ять [4].
Система моніторингу РПН стандартної комплектації має цифровий
інтерфейс Ethernet. У стандартному виконанні система має шість вихідних
релейних сигналів, призначених для сигналізації стану як самого пристрою
РПН, так і системи моніторингу, блокування роботи приводу, а також
розповсюдження сигналів для контролю в інших системах.
Інформація із системи моніторингу РПН може передаватися на ПЕОМ
оператора, СМіД, системи АСУ ТП. Передбачено формування аналітичних
звітів для фахівців обслуговуючої сервісної компанії «Hyundai».
Система моніторингу РПН побудована на базі промислового
мікропроцесорного контролера з енергонезалежною пам'яттю, в якій
зберігаються програмне забезпечення та налаштування, що не потребують
повторного завантаження після зняття живлення з шафи моніторингу РПН.
Вся продукція, що випускається, проходить процедури контролю якості
в процесі виготовлення, 100% налагодження та випробування після
виготовлення, що скорочує терміни впровадження продукції на об'єктах
замовника. Відділ сервісу та технічної підтримки компанії «Hyundai»
оперативно здійснює гарантійну підтримку поставленої продукції в режимі
on-line консультацій та з виїздом на об'єкт у разі потреби. Здійснюється
післягарантійне супроводження продукції: регулярне технічне
обслуговування, перенавчання персоналу та продовження гарантійного
терміну експлуатації.
Використання розглянутої системи моніторингу РПН дає змогу знизити
ризики поломки РПН , але єдиним недоліком є її висока вартість.

40
1.7 Висновки до розділу 1

1. Під час аналізу вимог та обґрунтування застосування РПН
встановлено, що перемикаючі пристрої під навантаженням можуть
здійснювати перемикання положень регулювання автоматично за допомогою
регулятора напруги або дистанційно за допомогою шафи керування або
електроприводу. Так як навантаження споживачів постійно зростають і
змінюються, тому необхідно здійснювати регулювання напруги.
На основі аналізу втановлено, що застосування ПБЗ можливе лише при
відключеному трансформаторі, що може призвести до певних проблем з
електропостачанням споживачів. Застосування РПН дозволяє регулювати
напругу при навантаженні без відключення трансформатора від мережі.
Перемикання РПН передбачено за допомогою кнопок у шафі керування
(місцеве управління) або автоматично. Час перемикання положень РПН
проходить протягом 5-10 секунд.
2. В результаті аналізу найбільш поширених типів перемикаючих
пристроїв РПН різних виробників було систематизовано їх переваги та
недоліки. Встановлено, що РПН компанії Maschinenfabrik Reinhausen мають
високу якість комплектуючих та просту конструкцію.
Також доцільно, виокремити низку переваг цих РПН:
- не потребують технічного обслуговування до 300 000 перемикань;
- заміна камер здійснюється через 600000 перемикань;
- вибухозахисне виконання;
- контактор підлягає заміні через мільйон перемикань.
Але в плані коштів він є найдорожчим перемикачем, а в
обслуговування та ремонті є простим, оскільки не потрібно розгерметизувати
трансформатор. У цих перемикачах використовується подвійний контактор
«вакуум/масло», що збільшує надійность та зменшує матеріалоємніть.
41
Резервні масляні дугогасні контакти можуть здійснити до 2000
перемикань після закінчення терміну служби вакуумної камери, що дозволяє
підготуватися до ремонту без виведення трансформатора з роботи.
3. Для підвищення надійності та ймовірності відмов РПН, у першому
розділі запропоновано використання системи моніторингу та контролю РПН
«Imperium», яку доцільно використовувати для запобігання можливим
поломкам та дефектам пов’язаними з роботою механізму управління,
контактора, виборця тощо. Крім того, дана система запам'ятовує всі стани
трансформатора і РПН в режимі реального часу, що дає їй перевагу перед
іншими системами діагностики.

42
РОЗДІЛ 2
АНАЛІЗ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ДІАГНОСТИКИ ПРИСТРОЇВ
РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ ТА ПІДВИЩЕННЯ ЇХ НАДІЙНОСТІ

За статистикою близько 40% поломок або аварій силових
трансформаторів відбувається через пошкодження РПН. Оскільки у
більшості трансформаторах було реалізовано можливе регулювання напруги
під навантаженням, підстанції та експлуатуючі організації не так часто
вдавалися до даних пристроїв і зазвичай застосовували у штатних та
оперативних режимах [6, 15, 19]. Щоб виконати перемикання під час пікових
навантажень (зазвичай це кінець сезону) трансформатори виводили з роботи
енергосистем, після чого за допомогою РПН або ПБЗ виконували
перемикання, але оскільки при виведенні трансформаторів з роботи
споживач може залишитися без електроенергії від цієї ідеї відмовилися. Крім
цього, так як перемикаючі пристрої не є надійними та мають ряд недоліків у
зв’язку з неможливістю провести діагностику через відсутність необхідних
установок, а також зі складністю вимірювання параметрів, були прийняті
рішення використовувати РПН на базі перемикаючих пристроїв, що являють
собою циліндричний бак із системою нерухомих контактів, виборця стану та
системи рухомих контактів.
З появою нових вимог до показників якості електричної енергії, а саме
щодо вимог до перетвореної напруги, на трансформаторних підстанціях
постачальники електричної енергії стали значно більше використовувати
РПН. Завдяки цьому з'явився попит та пропозиції на відповідні товари та
установки (системи діагностики, покажчики положення, регулятори напруги
тощо) прилади для контролю РПН.
Проведення ремонту на трансформаторному обладнанні без належного
огляду та перевірки станів перемикаючих пристроїв, а також без
використання програм та посібників з експлуатації, може призвести до
43
великих фінансових втрат та зниження надійності трансформатора в цілому.
Прикладом може послужити раніше широко застосовуваних і вироблених
РПН типу RS-3 і RS-4 болгарського виробництва компанії Hyundai, оскільки
основні причини – це конструктивні поломки та пошкодження (наприклад,
відшарування гетинаксу стійок виборця). За типом несправностей зазвичай
найчастіше виходить із ладу контактор та механізм перемикання, найрідше
виборець стану і передвиборець.
Дуже часто спостерігаються дефекти контактора, окислення контактів,
відкручування кріпильних елементів, що призводить до значного підгоряння
контактів та регулювальних елементів кінематики; має місце вихід з ладу
струмообмежувальних резисторів [15]. Крім перерахованих найбільш частих
пошкоджень в пристроях РПН типів RS-3 і RS-4 трапляються також інші
недоліки: не герметичність між баком трансформатора та баком контактора
(при установці монтажних фланців безпосередньо в бак РПН, можливі
зазори), затримка перемикання через старіння металу, появи іржі на
тарілчастій перемикаючій пружині, пошкодження захисної мембрани,
пошкодження ізоляційного валу виборця, час регулювання кінематики
контактора. У цьому розділі розглянемо види діагностики та їх методи
контролю перемикаючих пристроїв [17].

2.1 Методи діагностування та підвищення надійності
функціонування РПН

1) Візуальний огляд – найпростіший метод діагностики та досить
простий у використанні, потребує кваліфікацію працівника з досвідом роботи
для оцінки пошкодження. Але даний метод має недоліки, який пов'язаний з
неможливістю перевірки більш доступних для огляду вузли перемикаючого
пристрою електроприводу. Зазвичай час оглядів визначається кількістю
здійснених перемикань РПН або виходячи із проведення планової ревізії
згідно з посібниками з експлуатації. Оскільки не всі частини можна оглянути,
44
такі як стан контактів виборця (для цього необхідно виконати повний
демонтаж РПН, злити масло та зачистити систему контактів, що є досить
трудомістким процесом) даний метод не можна застосовувати при повній
діагностиці РПН.
2) Метод аналізу газовмісту – оскільки, газоаналізори та хроматографи
в цілому чутливі до пошкоджень при роботі контактора та його перегрівання,
цей метод досить поширений при діагностиці. Цей метод набув поширення
при визначенні наявності електричної дуги під час роботи РПН. Найбільш
поширеними газами для вимірювань є водень, метан, етан, чадний газ,
вуглекислий газ, метан [14, 17].
Для вимірювання складу газів та концентрації газу в цілому
застосовуються газоаналізатори (Hydran, Hydrocal тощо). Дані аналізатори
встановлюються на бак трансформатора або виносні стійки, після чого йде
підключення їх до шафи управління. Визначення несправностей у РПН,
згідно МЕК 60599 виконується за вимірюванням величин відношення етану
до водню: якщо в основному баку концентрація газів перевищує більш ніж в
2-3 рази, то масло можливо забруднене відходами роботи контактора РПН.
Потім проводиться порівняння концентрації газів переважно баку
трансформатора та у баці РПН [14]. Концентрація вмісту етану залежить від
кількості перемикань РПН, оскільки цей газ потрапляє в основний бак
трансформатора. Однією з головних процедур при прийманні, ремонті або
ревізії РПН є зняття кругової діаграми. Осцилографування процесу
перемикання дає можливість дізнатися чи є затягування спрацьовування
перемикання на щаблі, збіг по фазах і кратність спрацьовування контактора.
3) Метод вимірювання вібрації – оскільки, трансформатор зазвичай
працює у вібраційних умовах, ці вібрації можна використовувати як основу
для методу вібровимірювань. Даний метод може допомогти знайти
пошкодження та несправності не виводячи трансформатор з роботи у ремонт,
за даним методом можна виявити дефекти, пов'язані з ослабленням
кріпильних з'єднань металоконструкцій, що дозволяє виправити та запобігти
45
недолікам до аварії. Основними недоліками методу є вимоги до знань та
відповідальності персоналу, знання великої бази з РПН в цілому, а також про
конкретний тип перемикаючого пристрою. Найпростішим методом
вимірювання вібрації є СКЗ на поверхні стінок і кришки бака. Після
проведення даних випробувань будуються графіки вібрації по всьому баку
трансформатора за якими визначають найбільш схильні до поломок вузли
[14].
Найчастішими причинами виникнення вібрацій у трансформаторах є:
1. Вібрації магнітної системи трансформатора або вібрації в обмотці.
2. Вібрації під час роботи системи охолодження трансформатора
(маслонасоси та вентилятори).
3. Однакові частоти коливань електродинамічних сил.
Складність діагностування трансформатора залежить від двох
складових. Перша складова – неможливість точного визначення джерел
вібрацій трансформатора. Друга – немає нормативної бази знань про баки
трансформатора, тому важко сказати, чи є дана вібрація пошкодженням, чи
це звичайна робота трансформатора. Слід відмітити, що за таким методом
діагностування можна визначити, чи дані вимірювання потрібно здійснювати
для виявлення зон підвищеної вібрації з поверхні стінок або кришки бака
трансформатора. Отримати інформацію про повний технічний стан
трансформатора за рівнями вібрації на поверхнях кришки та стінок досить
проблематично, тому що немає гарантій точності вимірювань. Вібраційні
процеси в магнітопроводі у зоні кривої намагнічування, що нас цікавить,
можна вважати однозначно пов'язаними з величиною магнітного потоку
намагнічуючої обмотки. Цей висновок можна застосовувати лише до режиму
неробочого ходу. Зі зростанням струму намагнічування збільшуватиметься
магнітний потік, зростатимуть втрати в сталі осердя, збільшуватимуться
загальні вібрації магнітопроводу, і отже, поверхні бака трансформатора [11].
Вібрації в магнітопроводі, якщо він розпресований, поділяються на дві
постійні. Перша постійна – це вібраційні процеси пов'язані зі збільшенням
46
величини магнітного поля трансформатора. Цей параметр завжди діє, навіть
якщо деталі були сконструйовані якісно та без браку. Якщо необхідно
виміряти вібрацію поверхневими деталями, потрібно проводити дані
вимірювання в два етапи. Трансформатор необхідно перевести в режим
неробочого ходу, тоді як по обмотці протікають струми намагнічування. Для
створення таких режимів, зміни струму намагнічування, необхідно
змінювати напругу на обмотці, а саме використовувати перемикаючий
пристрій. Під час проведення таких досліджень необхідно контролювати
рівень вібрації та споживану трансформатором із мережі потужність.
Основну увагу слід приділяти активній складовій потужності втрат
неробочого ходу, оскільки вона витрачається на покриття втрат у матеріалах
магнітопроводу [13, 14].
4) Метод температурних вимірювань – підвищення температури в
різних частинах трансформатора найчастіше є першою ознакою збільшеного
опору контактів. Дані вимірювання виконуються у робочому режимі роботи
трансформатора. Основним недоліком є неможливість визначити стан
контактів, у яких немає навантаження. Для контролю температури зазвичай
застосовується термоопір Pt100. Платиновий термоопір Pt100 є досить
розповсюдженим приладом, тому що у нього дуже добрі співвідношення
якості та ціни. Його можна використовувати як окремий прилад для
вимірювання, але найчастіше цей прилад встановлюється для контролю
температури РПН, даний прилад встановлюється на монтажному фланці
перемикаючого пристрою. Головне при монтажі – правильно врахувати
приєднувальні розміри датчика, щоб уникнути зазорів та негерметичності,
тим самим вдається забезпечити найкращу умову для того, щоб аналізувати
температуру середовища. В основі будови приладу лежать елементи з
платини у яких опір при 0 0С градусів дорівнює 100 Ом. Варто зазначити, що
платина має позитивний коефіцієнт, а це означає, що опір зростає зі
збільшенням температури. У деяких приладів в одному корпусі може бути
укладено відразу три термоелементи. Залежно від різновиду вимірювального
47
ланцюга, можна використовувати певний спосіб підключення – двох, трьох,
чотирипровідний. Від того, де і для чого використовується пристрій, можна
підібрати найприйнятнішу характеристику [14, 17].
5) Метод вимірювання електричного опору контактів. За цим методом
діагностують стан контактів виборців, передвиборців та контактора.
Вимірювання повинні проводитися для всіх ступенів регулювання РПН.
Вимірювання виконуються без демонтажу РПН і в штатному режимі.
Зазвичай для цього методу застосовують омметр, завдяки якому вимірюють
опір кожного контакта (рухомого або нерухомого), у разі відхилень контакти
необхідно прочистити від окиснення тощо.
Вимірювання опору струмообмежуючого резистора проводити при
складанні резистора та контактної групи методом одинарного моста. Далі
після складання групи проводять вимірювання між корпусами головного та
дугогасного контактів кожної фази. Виміряне значення має відрізнятися від
паспортних даних [14, 15].
Щоб виміряти опір струмоведучого контуру на всіх положеннях,
необхідно перед цією процедурою провести не менше двох циклів
перемикань. Вимірювання проводиться при струмі не менше 50А та не
більше номінального, контакти повинні бути змащені маслом або занурені в
нього.
6) Зняття кругової діаграми – кругова діаграма визначає стан
контактів виборця і передвиборця.
Зняття кутової діаграми слід проводити для кожної фази при
перемиканні пристрою РПН з 1-го до 10-го положення і назад вручну за
допомогою технологічного ручного приводу [15]. Установка початкового
положення (зазвичай це 0 градусів) проводиться суміщенням рисок, що є на
валу та кришці, кутова діаграма повинна відповідати діаграмі, яку можна
зняти за схемою на рисунку 2.1 і вказаною в посібнику з експлуатації на
перемикаючий пристрій [14].
48

Рис. 2.1. Електрична схема зняття кругової діаграми

49
Несправності у контактній системі виборця можуть виникати від
неправильного регулювання контактів (неправильне встановлення РПН, зсув
кута, положення кутового редуктора). Даний метод дозволяє без розбирання
перевірити правильність роботи виборця і передвиборця. Потрібно зняти
кришку РПН трансформатора.
7) Часова діаграма перемикача навантаження. За отриманими
осцилограмами перевіряють:
1. Відсутність розривів електричного кола.
2. Тривалість роботи дугогасних контактів у положенні «міст».
3. Тривалість перемикання між моментами розмикання та замикання
допоміжних та дугогасних контактів різних плечей.
4. Відсутність неприпустимих вібрацій рухомих дугогасних контактів
контактора у момент гасіння електричної дуги [19].
Зняття часової діаграми слід проводити на всіх положеннях
перемикача. Часова діаграма повинна відрізнятися від знятої на заводі-
виробнику. Перевірку спрацьовування перемикаючого пристрою та тиску
контактів слід проводити відповідно до заводських інструкцій.
Схема зняття часової діаграми представлена на рис. 2.2.
Перевірка залежності моменту дії контактів перемикача від часу
перемикання здійснюється шляхом зняття часової діаграми після проведення
випробувань трансформатора. Зняття даної діаграми слід проводити методом
осцилографування на всіх фіксованих положеннях пристрою РПН в обох
напрямках при температурі масла від 10 до 40 градусів за Цельсієм. Вібрація
контактів при перемиканні на одне положення не повинна перевищувати 2 мс
на кожній ділянці фаз. Але допускаються розриви контактів при перемиканні
тривалістю більше 0,5 мс. Неоднорідність замикання та розмикання
контактів різних фаз не контролюється.

50

Рис. 2.2. Електрична схема зняття часової діаграми

51
8) Прогонка механізмів пристрою РПН. Для прогонки РПН пристрій
повинен бути на четвертому положенні, контакти замкнуті на 4-му
положенні (замкнений стан контактів визначається перевіркою наявності
електричного ланцюга між контактами та нейтраллю), у вікні покажчика
положень знаходиться положення «4» (середнє). Далі потрібно подати
живлення 220 В при підключенні двигунів при схемі трикутник. Також
необхідно перевірити правильність фазування електродвигуна, для чого
провести перемикання за допомогою вимикачів місцевого управління на одне
положення у бік положення. Пройти весь діапазон регулювання у
покроковому режимі за допомогою кнопок регулювання у покроковому
режимі. Зробити 4000 перемикань пристрою РПН без електричного
навантаження за температури від плюс 10 до 40 градусів. Після прогону
провести випробування трансформатора [11, 16].
9) Вимірювання обертового моменту проводять на валу приводу або на
рукоятці після вимірювання контактного натискання, при цьому деталі тертя
повинні бути змащені відповідно до вимог технічних умов. Обертовий
момент визначається як добуток зусилля, що прикладається до ручки
приводу або до важеля, закріпленого на валу приводу на довжину плеча
важеля щодо осі обертання. Зусилля вимірюється динамометром при
перемиканні перемикаючого пристрою з одного фіксованого положення в
інше і назад. Можна використовувати для вимірювань спеціальні пристрої,
що безпосередньо визначають значення обертового моменту. Застосовувані
вимірювальні прилади повинні забезпечувати при вимірюванні обертового
моменту або зусиль похибку, що не перевищує 5%. Напрям зусилля, що
прикладається, повинно бути перпендикулярно осі валу або рукоятки.
Зусилля на ручці при ручному керуванні не повинно бути більше 200 Н (20
кгс). Воно також має виходити межі значень, зазначених у заводському
паспорті чи протоколі на конкретний тип РПН [11].
10) Вимірювання коефіцієнта трансформації [17, 18]. Коефіцієнт
трансформації вимірюється на всіх трьох фазах одночасно, тим самим, окрім
52
правильності приєднання відгалужень, перевіряється і робота всіх трьох
перемикаючих пристроїв силового трансформатора. Схема вимірювання
коефіцієнта трансформації трифазного трансформатора наведена на рис. 2.3.
Для однофазних силових трансформаторів вимірювання коефіцієнта
трансформації з використанням двох і більше вольтметрів проводиться
наступним чином: до обмотки ВН підводиться напруга мережі, а значення
напруги, що підводиться вимірюється першим вольтметром. Другим
вольтметром вимірюється напруга іншої обмотки. Відлік по вольтметрах
провадиться одночасно. У трифазного трансформатора вимірювання
коефіцієнта трансформації найкраще проводити при трифазному збудженні
за допомогою чотирьох вольтметрів одного класу точності.

Рис. 2.3. Схема вимірювання коефіцієнта трансформації
1 - силовий трансформатор; V1, V2, V3, V4 - вольтметри;
U - напруга мережі; А, В, З – фази

53
2.2 Перевірка режиму роботи РПН

На початку перевірки необхідно зняти діаграму кінцевих вимикачів.
Зняття діаграми роботи кінцевих вимикачів за схемою, на відповідність до
заводських діаграм. Контроль рівня електричної ізоляції здійснюється згідно
вимогам [18]. Основні елементи (виводи) струмоведучого контуру розміщені
на панелі транспортного баку.
Перевірка проводиться перемиканням РПН від рукоятки з першого до
третього положення і назад, також можна розпочати перевірку з положення
18 в 22, і назад. Моменти замикання або розмикання визначаються завдяки
сигнальним лампам, включених послідовно з контактами колійних
вимикачів, і відраховуються по технологічному лімбу, шкала якого
прикріплюється до валу, а стрілка до корпусу механізму перемикання.
Далі йде перевірка роботи електричної схеми з'єднань РПН. Для цього
потрібно здійснити необхідні підключення, згідно зі схемою представленою
на рис. 2.4.
Для цього необхідно подати живлення від мережі 380 В з нейтраллю,
попередньо встановивши перемички на блоці затискачів ХТ6 між клемами
6,7,8 згідно з рис 2.5, при включених автоматах QF1 і QF2. При подачі
напруги, повинна спалахнути лампа HL1 команди управління подавати на
затискачі 31 і 33. Здійснити перемикання від одного кінцевого положення до
іншого при напрузі живлення 0,85; 1,0; 1,1. При перемиканнях повинна
засвітитися лампа HL2. При натисканні на дверний вимикач SA1, повинна
відключатися лампа HL1.
Далі слід подати живлення від мережі 220 В попередньо встановивши
перемички на блоці затискачів ХТ6 між клемами 1 і 2, 3 і 4, 5 і 6. На блоці
затискачів ХТ3 між клемами 3 і 4 при включених автоматах QF1, QF2. Після
цього варто також провести перемикання положень при напрузі живлення
220В.
54

Рис. 2.4. Діаграма роботи кінцевих вимикачів

Перемикання повинні охоплювати весь діапазон фіксованих положень
пристрою у двох напрямках. Частота включення повинна бути такою, щоб
час перемикання положення був не більше 3 с.

Рис. 2.5. Блоки затискачів РПН
55
При прогонці перемикання повинні проходити без відмов у роботі, без
вібрації пускачів тощо. При цьому перемикання з положення 10 в 14 повинно
відбуватися безперервно. Якщо вимкнені автомати QF1 і QF2 потрібно
переконатися у відсутності «горіння» випробувальної лампи по черзі
підключивши послідовно лампу і подавши живлення 12-24 на затискачі 10 і
12; 13 і 15 блоку затискачів ХТ2 та «горінні» випробувальної лампи
підключивши послідовно лампу і подавши напругу живлення 12-24 В на
затискачах 11-12; 14 та 15 блоку затискачів ХТ2.
При включених автоматах QF1 і QF2 переконатися в не горінні
випробувальної лампи по черзі підключивши живлення 12-24 В на затискачі
11 і 12; 14 та 15 блоку затискачів ХТ2. Схема керування електродвигуном
представлена на рис. 2.6 [19].

Рис. 2.6. Схема керування електродвигуном

Перевірка роботи лічильника перемикань. Перевірку доцільно
проводити при працюючому РПН від електродвигуна не менше ніж одного
циклу перемикань. Лічильник перемикань РС повинен фіксувати кожне
56
перемикання, незалежно від напрямку перемикання. Далі здійснюємо кінцеві
перемикання приводу в останні положення.
Перевірка блокування перемикання за крайні положення, що
здійснюється шляхом вимикачів SQ1 і SQ2, виконується при роботі пристрою
від електродвигуна. Кінцевий вимикач SQ1 повинен спрацьовувати при
перемиканні з 2 положення до 1. SQ2 при перемиканні з 21 до 22 положення.
У першому та останніх положеннях РПН необхідно подати команду на
затискач під час руху у бік 22 положення, а на затискач – під час руху у бік
першого положення слід переключити положення. При цьому якщо подати
керуючу команду, то блокування має відпрацювати і електродвигун не
запуститися. Після закінчення перевірки випробувань перемички
залишаються між затискачами 3-4 та 5-6. При випробуваннях повинні бути
ознаки надмірного навантаження електродвигуна, час спрацьовування трохи
більше 30 с. Випробування слід проводити для вимикача на номінальний
струм теплового розчіплювача 1А для мережі 380 і 1,73 А для 220 В.
Далі перевіряється робота РПН під час подачі тривалого сигналу
управління. Така перевірка проводиться під час роботи РПН від
електродвигуна у всіх можливих фіксованих положеннях та двох напрямах
перемикання. При тривалому сигналі команди керування пристрій РПН
повинен перейти на одне положення. Для наступного перемикання необхідно
перервати сигнал команди управління, а потім повторно його подати. Далі
проводиться перевірка регулятора напруги та покажчика положення на
працездатність, для цього необхідно провести установку приладів згідно з
експлуатаційною документацією та зробити пробне перемикання положення.
Останніми перевірками працездатності є перевірки пристрою під час
ручного перемикання та перевірка при місцевому управлінні. При перевірці
ручного перемикання необхідно демонтувати кришку механізму керування,
після чого встановити рукоятку приводу, при цьому повинна загорітися
спеціальна лампа. При здійсненні перемикання не повинно бути заїдань. Далі
здійснюється перевірка перемикань положень при ручному налагодженні та
57
порівняння її з автоматичним режимом, по-суті вони повинні збігатися. Після
цього здійснити перевірку електроприводу на працездатність, перевірити
термостат, гідростат та розетки встановлені в ньому.
Для того, щоб правильно зняти кругову діаграму, необхідно по черзі
здійснити перемикання спочатку у прямому напрямку положень, потім у
протилежному. РПН встановлюється в одне із середніх положень. Щоб
виключити люфт, механізм перемикання слід встановити механізм керування
приводом у положення перемикання ступеней регулювання. У цьому
положенні фіксується стрілка за шкалою лімба, який використовується як
початкова точка для кута повороту механізму валу управління [29].

2.3 Пропозиції щодо підвищення надійності пристроїв регулювання
напруги під навантаженням

Оскільки основні поломки відбуваються в контактах, необхідно
перевіряти їх як до введення в експлуатацію трансформатора, так і під час
експлуатації. Досить часто достовірна інформація щодо вимірювання опору
не відома, таким чином, рішенням для підвищення надійності буде оцінка
критеріїв справності контактів для перевірки. Також потрібно враховувати
опір проводів та кабелів, що входять у вимірювальний ланцюг, який з'єднує
контактор трансформаторної обмотки та виборець [27, 28]. Отже, з цієї
причини порівняти опір між фазами проблематично і неправильно. Але
виходячи із практики, одночасно відмовити відразу два рухомі контакти
(парний і непарний) не можуть, тому щоб запобігти даній поломці, необхідно
окремо порівнювати опір парних і непарних контактів пристрою.
Зазвичай вимірюють опір струмоведучого контуру передвиборця на 10
і 13 положеннях перемикаючого пристрою між виводами основної обмотки і
першим десятим нерухомим контактом реверсу передвиборця (норма опору
не більше 1000 мкОм).
58
Також використовують вимірювання опору струмоведучого контуру
передвиборця на 13 і 12 положеннях пристрою перемикання між вводом
нейтралі (при перемиканні в протилежний бік). Норма опору при такому
вимірюванні трохи більше 2000 мкОм.
Крім цього, потрібно виміряти опір на всіх фазах перемикаючого
пристрою на 10 і 13 положеннях (норма опору також не повинна
перевищувати значення 2000 мкОм).
Даний спосіб вимірювання опору називається способом амперметр-
вольтметр, що є трудомістким і найдорожчим. При даному методі
використовують омметр (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Міліомметр МІКО 8М

Перевірка контактів забезпечує більш детальною інформацією про
РПН, а також зменшує ймовірність відмов трансформаторів. Перевагами є
точна інформація про опір контактів, що дозволяє оцінити працездатність
59
РПН. Недоліками даного рішення є відключення трансформатора від мережі
під час експлуатації, але слід проводити дані вимірювання після закінчення
заявленого терміну перемикання, також потрібно буде проводити ревізію
РПН. Після того, як будуть проведені дані дії, надійність РПН підвищиться і
зменшиться ймовірність відмов.

2.4 Засоби підвищення надійності функціонування пристроїв
регулювання напруги під навантаженням

Регулятор напруги. У кожному перемикаючому пристрої
встановлюється регулятор напруги на РНТА і RS встановлюється TAPCON
РН, який використовується для автоматичного регулювання коефіцієнта
трансформації трансформатора, при керуванні електроприводом
перемикаючого пристрою. Для експлуатації цього автономного приладу не
потрібно кваліфікованого оперативного персоналу. Для того, щоб прилад
експлуатувався коректно, необхідно задати програму та режим роботи
регулятора, використовуючи посібники з експлуатації та зчитувати дані з
інших пристроїв контролю. Щоб правильно налаштувати прилад, необхідно
використовувати один з двох методів за допомогою персонального
комп'ютера дистанційно за протоколами зв'язку або безпосередньо на місці за
допомогою панелі управління електроприводу. У пристрої застосовуються
модульна мікропроцесорна техніка, що дає додаткову надійність, тому що не
використовуються плавкі вставки, також вона швидкодіюча, точна в плані
вимірювань ніж попередні аналоги, що застосовуються в перемикаючих
пристроях. Алгоритми, які використовуються у регуляторі напруги
відповідають сучасним вимогам до систем релейного захисту, що дає
можливість поєднувати його з апаратурою, що використовується в сучасних
пристроях [6].
На перемикаючих пристроях марки MR встановлюється регулятор
напруги TAPCON. Цей регулятор використовується для підтримки постійної
60
вихідної напруги трансформатора із пристроєм РПН. Для цього регулятор
напруги TAPCON порівнює фактичну напругу із заданими значеннями
(Uфакт.) та (Uзадан.). Відхилення напруги dU це збільшення і різниця між Uфакт.
та Uзадан. Характеристики регулятора можна підлаштувати до параметрів
напруги, що дає можливість балансувати регулювання напруги при
мінімальній кількості перемикань положень регулювання РПН.
Регулятор напруги зазвичай працює у наступних режимах. Якщо
пристрій використовується в автоматичному режимі напруга регулюється
автоматично відповідно до встановлених налаштувань, які не можна змінити
під час експлуатації та перемикання перемикаючого пристрою, також не слід
проводити керування зі сторони ВН. У цьому режимі активне управління зі
сторони системи ВН не здійснюється. Якщо експлуатується регулятор
напруги у ручному режимі, то автоматичне регулювання не застосовується.
Електроприводом можна керувати РН через панель управління регулятора
напруги. Налаштування РН можна змінювати. У режимі активного місцевого
управління зі сторони системи вищого порядку не здійснюється.
У дистанційному режимі можна подавати команди із зовнішнього рівня
керування. Загальний вигляд РН зображено рис. 2.8 [9].

Рис. 2.8. Регулятор напруги TAPCON
61
Датчики положення ДП-2 та ДП-3. Датчик положення призначений
визначення положення РПН. За конструкцією він є циліндром з металу з
фасками для монтажу. Монтується даний датчик замість сельсин датчика і є
датчиком кута повороту приводу побудований на основі резисторів.
Постачання датчика здійснюється у спеціальній транспортній упаковці,
маркованій за стандартами та містить маніпуляційні знаки.
Датчик положення ДП-3 використовується для визначення поточного
положення регулювання під навантаженням. Встановлюється даний датчик
замість сельсин датчика і являє собою електронний датчик, що фіксує кут
повороту електроприводу схеми перетворення сигналу, що входять до нього.
Також датчик положення має спеціальні інтерфейси, на які виводяться
сигнали про положення електроприводу [23].
Вбудований інтерфейс RS-485 служить для передачі інформації про
поточний стан РПН у систему АСУ ТП за допомогою додаткових
перетворювачів. Також є аналоговий інтерфейс з параметрами сигналу 4…20
мА, який застосовується для передачі інформації про регулювання
відгалуження у покажчик положення. Другий аналоговий інтерфейс
використовує сигнал 0…5 або 0…24 і передає інформацію безпосередньо в
АСУ ТП [28].
Якщо використовувати цей датчик, він може замінити попередні
резистивні датчики, що робить його універсальним і застосовним до всіх
типів перемикаючих пристроїв. Комплектація даного датчика визначається
при його замовленні та узгодженні з постачальником.
Упаковка приладу здійснюється за категорією КУ-1 згідно з ДСТУ,
транспортування на невеликі відстані або постачання маленьких партій
датчиків за погодженням зі споживачем допускається без спеціальної
упаковки та ящиків. Загальний вигляд датчик представлено на рис. 2.9.

62

Рис. 2.9. Загальний вигляд датчика положення ДП-2

Електропривод РПН. Електропривод використовується для приведення
в дію підключеного перемикаючого пристрою, а також для правильного
здійснення перемикання положень на всьому діапазоні регулювання.
Основними частинами електроприводу є:
1. Корпус шафи керування.
2. Електродвигун.
3. Електричні ланцюги сигналізації.
4. Система обігріву та освітлення шафи.
Будь-який електропривод перемикаючого пристрою має всі важливі
сигнальні пристрої та датчики, пристрої захисту (запобіжники), а також
пристрої кінцевих механічних та електричних блокувань та блокування
електродвигуна при переході на ручне перемикання за допомогою рукоятки
електроприводу. Крім цього, додатково встановлюється режими керування –
послідовне перемикання положень та перемикання на одну ступінь.
Крім цього, в електроприводі передбачається відключення напруги
живлення при неправильній послідовності фаз якщо вал здійснює
перемикання у неправильне положення. Встановлюється привод РПН
63
вертикально на стінку бака, де його зручно експлуатувати та обслуговувати
[13].
Управління зазвичай передбачає наявність дистанційного перемикання
(через диспетчерський пункт) або через кнопки управління (місцеве
управління). Якщо перемикання розпочалося і напруга зникла, то при
повторній подачі живлення привод завершує перемикання автоматично.
Загальний вигляд електроприводу представлений на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Загальний вигляд електроприводу РПН Hyundai

Струменеве реле (реле Бухгольця). Струменеві реле використовуються
для того, щоб захистити контактори перемикаючих пристроїв від
пошкоджень та деформації, так як у конструкції таких реле немає поплавців,
які спрацьовують на швидкість потоку масла [13]. Для трансформаторів
потужністю до 40 МВА використовують уставку 0,65 м/с, для
трансформаторів потужністю понад 40 МВА використовують уставку 1 м/с.
У таких реле використовують підвищену електротехнічну міцність геркони,
яка розміщена у корпусі реле з контактною платою. Зазвичай дані контакти
виготовляються нерухомими та повністю ізольовані від трансформаторного
масла, а також супроводжуються додатковим захистом від атмосферних і
64
механічних впливів. Крім цього, реле виготовляють таким чином, що при
необхідній ревізії та ремонті не розбирати РПН та не відключати
трансформатор від мережі [4].
Габаритні розміри даних реле універсальні, придатні всім стандартним
патрубкам РПН. При виготовлені різні типи реле можуть мати різний
матеріал, покриття та установчі розміри для підключення кабелів, чи
броньовані або під металорукава.
Так як контактор РПН розташований в окремому баку, то при
перемиканні відбувається спалах дуги у маслі, яке починає розкладатися і
виділяє газ для роботи реле. Крім цього, бак РПН з'єднується з
розширювачем через патрубки, які встановлюються у струменеве реле, що
спрацьовує на швидкість потоку масла. Оскільки це реле не спрацьовує на
газ, то воно має спеціальну заслонку і два відключаючі контакти [13]. У
момент спрацьовування струменевого реле замикаються контакти, і в
оглядовому вікні з'явиться спеціальний сигнал. Після спрацьовування
струменеве реле залишається у спрацьованому положенні і повертається у
вихідне положення натисканням кнопки на реле. Реле забезпечується також
кнопкою випробування, натиснувши яку можна відключити трансформатор.
Загальний вигляд струменевого реле представлено на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Загальний вигляд струменевого реле
65
Покажчик стану РПН. Функціонально покажчик складається з двох
блоків: покажчик положення та регулятор. Можливі наступні варіанти
роботи УП 200: 1) вказівник та регулятор включені; 2) покажчик вимкнено,
3) регулятор працює. При цьому будь-які вхідні сигнали можуть бути
позначені користувачем як неактивні та не враховуватись при роботі
приладу. Сигнали із вторинних обмоток вимірювальних трансформаторів
струмів та напруг надходять на узгоджувальні трансформатори. Покажчик
перетворює їх на сигнал значення, яке отримується з датчика, після чого
розраховується номер ступеня, і далі показує його на табло. Також покажчик
виробляє дискретні сигнали:
1. Положення РПН на верхній або нижній ступені регулювання.
2. Положення РПН на першому або останньому ступені регулювання.
Крім цього, датчик можна налаштовувати на калібрування під
конкретне положення регулювання. У покажчику положення є можливість
задавання кута початку установки датчика під час роботи з сельсин-
датчиком. Таблиця калібрування регулюється за наступним принципом,
поточний кут установлюється у положення із номером, який встановлений на
індикаторі, після чого інші положення коригується автоматично. Заводські
налаштування під час замовлення встановлюються на 19 положень РПН.
Налаштування приладу можна здійснити, використовуючи інтерфейс RS-485
за допомогою комп'ютера та програмного забезпечення [13].
Для того щоб налаштувати покажчик положення необхідно зняти
перемичку між клемами в блоці затискачів ХТ2 в шафі управління, що
призводить до вимкнення автоматичного проходження номінального
положення. Далі необхідно вибрати установки, які зазначено в посібнику з
експлуатації, потім проводиться калібрування положень РПН шляхом вибору
часу за положеннями. Після цього потрібно вибрати «Імпульсний режим»
перемикання. Мертві положення відповідають положенням 10, 11, 12, 13.
Після закінчення налаштування покажчика положення слід підключити
ЛАТР до затискачів Х4.1 та Х4.2 покажчика УП 200. По закінченні двох
66
хвилин пристрій РПН має розпочати перемикання зі збільшенням числа
ступенів (потрібно перевірити, щоб покажчик положення під час
перемикання пристрою РПН показував значення положень, що співпадає зі
значеннями на покажчику положення механізму управління РПН. При
досягненні 115 В (кінцева напруга). При виконанні даних умов, якщо
дотримуватися рекомендацій, покажчик положення налаштований коректно.
Загальний вигляд покажчика положення представлено на рис. 2.12 [13].

Рис. 2.12. Загальний вигляд покажчика положення УП-200

Масловказівник РПН. Контроль рівня масла у розширювачі
здійснюється за допомогою спеціального пристрою, який має шкалу зі
стрілкою з відмітками мінімуму і максимуму.
Стрілка масловказівника прикріплена до поплавця за допомогою
магнітного з'єднання, який і передає обертальні рухи (вгору або вниз) на
корпус масловказівника. Вбудовані в корпус два магнітокеровані контакти
(називаються геркони) замикаються, один при мінімальному, інший при
максимальному рівні масла в розширювачі; призначені для комутації
електричного ланцюга сигналізації.
67
Встановлені поруч із герконом нерухомі магніти виключають
спрацьовування герконів у зоні допустимих змін вимірювань рівня масла.
Виводи герконів приєднані до клемної колодки, встановленої в коробці
затискачів [13]. У процесі монтажу для МС-2 опустити важіль донизу до
упору штифта в обмежену втулку, стрілка повинна стати на положення
«MIN».
МС-2 – масловказівник для трансформаторів, що має розширювач для
перемикаючого пристрою. а стрілка МС-2 зв'язана з поплавком, що
знаходяться на поверхні масла, за допомогою важільного приводу та системи
магнітів, яка передає рух на корпус масловказівника.
Загальний вигляд масловказівника РПН показано на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Загальний вигляд масловказівника РПН

Терморезистор. Терморезистор – це датчик для контролю та
вимірювання температури. Принцип дії даних датчиків визначає залежність
електричного опору матеріалів від температури. Також перетворювачі
виготовляються у формі котушки з проводу, виготовленого з платини або
тонкої міді на каркасі ізольованого матеріалу, укладеному в спеціальній
захисній гільзі.
Терморезистор характеризується двома основними параметрами:
1. Опір датчика за температури нуль градусів.
68
2. Відношення опору датчика при температурі сто градусів до
попереднього параметра.
Підключення здійснюється наступним чином: два проводи
приєднується до одного з виводів терморезистора, у той час як третій провід
приєднується до наступного виводу. Крім цього, потрібно дотримуватися
умови, щоб усі проводи мали однаковий опір. Також терморезистор можна
підключити за двохпровідною схемою, але при такому з'єднанні буде
відсутня компенсація опору самих проводів і буде присутня залежність
приладу від коливань температури в проводах (градуювання) [27].
Найбільш точними є терморезистори побудовані на основі платини або
платинового напилення на котушку. Тому стали помітні термометри Pt-100
(опір між контактами 100 Ом). Принцип роботи ґрунтується на вимірюванні
опору матеріалів при впливі температури.
У матеріалів при збільшеному температурному впливі збільшується
опір (позистор) у напівпровідників навпаки. Працює виходячи із залежності
чутливості елемента від температури. При збільшенні або зменшенні
температури датчик подає сигнал на шафу управління РПН (електропривод)
про несправність, зазвичай це стандартний сигнал 4…20 мА за протоколами,
розібравши який можна припинити дефект пристрою [28].
При цьому різні матеріали мають різний температурний коефіцієнт. Це
означає, що одні реагують на зміни більше, інші – менше.
Загальний вигляд терморезистора показано на рисунку 2.14.

Рис. 2.14. Терморезистор
69
Система моніторингу РПН – це мікропроцесорний пристрій, який
використовується для реєстрації та діагностики стану перемикаючого
пристрою в режимі реального часу під час експлуатації трансформатора.
Основні переваги:
1. Універсальність – система може використовуватися з пристроями
РПН будь-яких виробників.
2. Економічність – можливе використання системи для контролю
трифазної групи в одній шафі (контроль трьох приводів).
3. Функціональність – завдяки застосуванню промислового контролера,
система є проектно-компонованою, що дозволяє реалізувати додаткові
функції (наприклад, контроль температури масла або навколишнього повітря,
здійснювати розрахунок температури РНТ обмотки, контроль роботи
системи охолодження (СО), управління СО тощо).
4. Гнучкість – варіанти виконання: окрема шафа без корпусного
варіанта, для встановлення в інші системи (СМіД, шафи управління СО,
шафи з'єднань).
5. Спостережуваність та планування – у системі реалізовані алгоритми
контролю часу наступного технічного обслуговування, що дозволяє
оптимізувати профілактичне обслуговування та утримувати трансформатор у
справному стані.
Система моніторингу РПН побудована на базі промислового
мікропроцесорного контролера з енергонезалежною пам'яттю, в якій
зберігаються програмне забезпечення та налаштування, що не потребують
повторного завантаження після зняття живлення з шафи моніторингу РПН
[14]. Система моніторингу РПН безперервно здійснює контроль технічних
характеристик РПН на основі: струму (приводу та пристрою РПН), напруги
живлення приводу РПН, температури масла в контакторі РПН та
трансформаторі, номери положення РПН; дискретних сигналів від РПН.
Основні функції: безперервний контроль технічних характеристик РПН
(механічного та комутаційного ресурсу контактора РПН, ресурсу заміни
70
масла, механічного моменту на валу приводу РПН, часу та максимального
моменту на валу РПН при останньому перемиканні тощо) в процесі
експлуатації із записом у енергонезалежну пам'ять, можливість блокування
електроприводу при перевищенні граничних значень контрольованих
параметрів - захист від пошкодження пристрою РПН та трансформатора [1].
Загальний вигляд системи моніторингу представлено на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Система моніторингу РПН

Контроль часу наступного технічного обслуговування (для своєчасного
планування сигналізація про наближення терміну чергового ТО). Після
кожного перемикання система моніторингу записує в енергонезалежну
пам'ять дані про перемикання (час, початкове/кінцеве положення, значення
параметрів, моменти на валу приводу по зонах перемикання тощо).
Передача даних до суміжних систем або мережа замовника за
стандартними цифровими протоколами, світлова індикація поточного стану
РПН, формування релейної попереджувальної сигналізації про стан РПН,
налаштування та відображення інформації на графічній панелі, а також
віддалено на ПЕОМ (смартфоні, планшеті) за допомогою web-інтерфейсу;
самодіагностика обладнання системи [1].
71
2.5 Висновки до розділу 2

Другий розділ присвячений аналізу та дослідженню методів та засобів
підвищення надійності функціонування пристроїв регулювання напруги під
навантаженням. В результаті проведеного дослідження встановлено, що з
економічної точки зору доцільно обирати заходи на закупівлю обладнання
виходячи з можливостей споживача, об'єкта або виробництва, де
застосовується трансформатор. Найбільш поширеними методами діагностики
є: візуальний огляд, зняття кругової діаграми та вібровимірювань. Слід
відмітити, що проведення діагностики за допомогою цих методів вигідніше з
фінансової точки, тому що діагностичне обладнання має нижчу ціну у
порівнянні з іншими приладами, також до обслуговуючого персоналу
пред’являються мінімальні кваліфікаційні вимоги.
Якщо брати інші методи, наприклад, метод вимірювання температур із
застосуванням можливих індикаторів – це вже більш надійно з технічної
точки зору, але в той же час є складності налаштування термометрів або
терморезисторів. У той же час з економічної точки зору, індикатори від
закордонних виробників дорожчі і при поломці їхня заміна буде
трудомісткою.
1. Найдоцільніше використовувати розглянутий метод діагностики
схеми роботи та перевірки контактора за допомогою пробного перемикання.
В цілому при експлуатації трансформаторів, щоб уникнути поломок і аварій
необхідно діагностувати РПН, так як більшість випадків відмови
відбувається саме у перемикаючих пристроях.
2. Для підвищення надійності РПН та збільшення його терміну
експлуатації встановлено, доцільність вимірювання опору струмоведучого
контуру передвиборця. При знаходженні РПН на 13 і 12 положення між
вводом нейтралі (при перемиканні в протилежний бік). Вимірювання опору
проводиться за допомогою омметра. Норма опору при такому вимірюванні
більше 2000 мкОм.
72
РОЗДІЛ 3
ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР РПН ДЛЯ
СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ

3.1 Загальні положення

Оскільки трансформатор є досить дорогим устаткуванням, тому вибір
комплектуючих має відбуватися з особливою відповідальністю. Основним із
завдань є правильний вибір перемикаючого пристрою для трансформатора.
Перемикаючі пристрої (ПП) виготовляються у двох типах виконання
несучих монтажних фланців для установки у бак трансформатора (круглий та
дзвонового типу монтажні фланці) [1, 6].
ПП розроблено на принципі роздільного комутування, тобто процесу
який проходить в часі та залежить від місця та процесу перемикання під
навантаженням. Бажаний стан обирається виборцем без струмового вибору.
Кожна фаза має по два ряди нерухомих контактів.
Непарні відгалуження приєднуються до одного ряду. На кожному ряді
нерухомих контактів працює лише один рухомий контакт. Відгалуження де
розташовані парні та непарні контакти роблять почергові кругові рухи, а
непарні контакти вільні і можуть неточно обрати положення регулювання у
той час як по парних контактах протікає струм.
У момент якщо по непарних контактах протікають струми, то вибір
положення може бути зроблений на парні контакти, а також безструмово.
Діаграма відмов складових частин трансформаторів представлено на рис 3.1
[16].
Виходячи із аналізу діаграми відмов складових частин
трансформаторів, можна сказати, що 28,8 % припадає саме на перемикаючі
пристрої, таким чином виконання розрахунку та вибір РПН для силового
трансформатора є актуальним.
73

Рис. 3.1. Діаграма відмов складових частин трансформаторів

3.2 Розрахунок та вибір РПН для трансформатора

Паспортні дані трансформатора наведено у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1
Паспортні дані трансформатора ТРДЦН-80000/220
Тип Номінальна Номінальна Спосіб
потужність напруга з’єднання Втрати
трансформатора кВт Напруга КЗ Струм

кВ∙А обмоток обмоток НХ

ВН ВН СН 0,2
ТРДЦН- ВН СН НН НХ КЗ - - - -
80000/220 80000 Y11/Y11/D

-0-11 СН НН НН 3
220 115 35 40 31 10,5 18 7

Знаходимо коефіцієнти завантаження обмотки трансформатора [2, 3].

k S
= псmax 68800
з.в = = 0,86,
SномТ 80000
k S S 2 34400
з.с =
зав = псmax = = 0,43,
SномТ SномТ 80000
k S
= зав S
= псmax 2 34400
з.н = = 0,43.
SномТ SномТ 80000
74
Знайдемо втрати активних потужностей

Ркв = Ркс = Ркн = 0,5 ⋅ ∆РВН−НН = 0,5 ⋅34,4 =17,2 кВт.

Знаходимо напруги обмоток трансформатора у %

Uкв = 0,5 ⋅ (UkВН−НН + UkВН−CН − UkCН−НН ) = 0,5 ⋅ (10 +10,5− 7) = 21,5 %,
Uкс = 0,5 ⋅ (UkВН−CН + UkCН−НН − UkВН−НН ) = 0,5 ⋅ (10,5+ 7 −18) ≈ 0 %,
Uкн = 0,5 ⋅ (UkВН−НН + UkСН−НН − UkCН−НН ) = 0,5 ⋅ (18+ 7 −10,5) = 7,25 %.

Втрати на реактивну потужність:

Q 80 ⋅Uкв 80 ⋅21,5
кв = = =17,2 кВАр,
100 100
Q 80 ⋅Uкс 80 ⋅0
кс = = = 0 кВАр,
100 100
Q 80 ⋅Uкн 80 ⋅7,25
кн = = = 5,8 кВАр.
100 100

Приведені втрати при неробочому ході

Р′0 = ∆Р + Кu ⋅Qз = 45+ 0,05 ⋅20 = 46 кВт.

Знаходимо приведені втрати на КЗ відповідних обмоток
триобмоткового трансформатора [2, 3].

Р′кв = Ркв + Кu ⋅Qкв =17,2 + 0,05 ⋅17,2 =18,06 кВт,
Р′кс = Ркс + Кu ⋅Qкс =17,2 + 0,05 ⋅0 =17,2 кВт,
Р′кн = Ркн + Кu ⋅Qкн =17,2 + 0,05 ⋅5,8 =17,49 кВт.

75
Приведені втрати трансформатора

Р′т = Р′0 + k2
з.в ⋅Р′
2 2
кв + kз.с ⋅Р′кс + kз.н ⋅Р′кн =
= 46 + 0,862 ⋅18,06 + 0,432 ⋅17,2 + 0,432 ⋅17,49 = 65,61кВт.

Знаходимо вартість річних витрат на експлуатацію трансформаторів

Ве = ∆Wпс ⋅Се = 332550 ⋅4 =1330200 грн.

де ∆Wпс – річні втрати електричної енергії в трансформаторах, кВт∙год.
Се = 4 грн/кВт∙год – вартість електричної енергії [22].
Економічна доцільність вибору трансформаторів визначається методом
приведених витрат

Впр = Ен ⋅К + Ве + В0 = 2074200 грн.

де річні відрахування

В0 = рсум ⋅К = 0,094 ⋅600000 = 564000 грн.

Подальші розрахунки за ступенями потужностей для споживачів
зроблено табличним методом та представлено у таблиці 3.2.
Далі виконаємо розрахунок та вибір РПН для трансформатора ТРДЦН-
80000/220 [2, 3].
Вихідні дані:
1) кількість фаз - 3-хфазний.
2) з'єднання обмоток трансформатора:
• зірка у середині обмотки;
• зірка на початку обмотки.
76
• 3,4 з'єднані у трикутник.
3) номінальна потужність трансформатора Sном=80 MB∙A.
4) потужність, що знижується з положення 20 (даний параметр
визначається виходячи із розрахунку контролю витків обмотки).
5) Регульована напруга U=230 кB.
6) рівень регулювання +/- 12 %.
7) кількість ступенів +/- 12.

Таблиця 3.2
Результати розрахунків для трансформатора ТРДЦН-80000/220
SB, SC, SH , n T 103 ∆Wхі ,⋅ К2 К2 2 ∆WхВі , ∆WхCі , ∆WхHі ,
І MB A MB A і і кВт г зпі зпі1 Кзпі2
⋅ ⋅ MB ⋅A ⋅ кВт ⋅г кВт ⋅г кВт ⋅г

1 68,8 34,4 34,4 2 1 110 0,73 0,43 0,43 14,36 84,13 84,12
2 59,76 33,32 27,82 2 2 220 0,74 0,41 0,34 29,29 157,85 110,04
3 52,92 29,6 23,32 2 2 220 0,66 0,37 0,29 22,97 124,57 77,32
4 43,98 25,92 18,6 2 3 330 0,55 0,32 0,23 23,8 143,29 73,78
5 29,34 14,8 7,27 2 0,76 83,6 0,37 0,18 0,09 2,7 11,84 2,86
∑ 963,6 93 521,7 348,14

∑∆Wпс = 963,6+ 93+ 512,7 + 348,14 = 2217,07 кВт ⋅г

Коефіцієнт трансформації при встановленні РПН у нейтралі обмотки
ВН

К Uст 35000
т = = = 0,43.
Uном 80000

Напруга ступені регулювання

U ∆U (%) 12
∆ ст
т = ⋅Uв.ном = ⋅220 = 26,4 кВ.
100 100
Напруга прийнятого стандартного відгалуження
77
Uвідг = Uв.ном + nвідг.ст ⋅ ∆Uт = 220 + 4 ⋅26,4 = 325,6 кВ.

Виконаємо перевірку, виходячи з умови

Uвідг − Uв.ном ⋅100% ≥ ∆Uт,
Uвідг
325,6 − 220
⋅100% ≥ 26,4,
325,6
32,4 ≥ 26,4,

Максимальна напруга регулювання

Umax = 257,6 кВ.

Мінімальна напруга регулювання

Umin = 202,4 кВ.

Табличним методом визначаємо напругу відгалуження (табл. 3.3).
Визначаємо максимальний струм

I Sном 80000 ⋅1,05
max = ⋅1,05 = = 211,1 А.
3 ⋅Uном 3 ⋅220

78
Таблиця 3.3
Таблиця відгалужень
Номер Напруга
відгалуження Добавка напруги,% відгалуження, кВ
1 (Umax.ВН) +12 257,6
2 +11,5 253,3
3 +11 250,5
4 +10,68 242,9
5 +8,9 237,8
6 +7,12 230,1
7 +5,34 226,4
8 +3,56 223,2
9 +1,78 219,5
10 (Uс.ВН) 0 217,8
11 -1,78 216
12 -3,56 215,2
13 -5,34 213,4
14 -7,12 218,9
15 -8,9 214,2
16 -10,68 210,4
17 -12,46 208,3
18 -14,24 205
19 (Umin.ВН) -12 202,4

Далі згідно з отриманими даними вибираємо один із типів РПН (VV III
400/600, MS III 300, VRx III 400/550/700) [7, 10, 18].
Визначаємо напругу на ступені регулювання

U ∆U 26,4
ст =
ст = =1328 В.
3 ⋅12 3 ⋅12

Напруга в кінці ступені при крайньому положенні РПН

Uкрай = Uст ⋅12 =1328 ⋅12 =15936 В.

79
Згідно таблиці 3.4 обираємо рівень ізоляції.
Таблиця 3.4
Номінальний рівень ізоляції
Номінальний рівень ізоляції Для усіх варіантів пристроїв РПН
Максимальна напруга для
обладнання U (кВ) 72,5 123 170 245 300
м
Розрахункова напруга, що
витримується (кВ, 1,2/50 мкс) 350 550 750 1050 1050
Розрахункова імпульсна
комутаційна напруга, що – – – 850 850
витримується, кВ
Випробувальна напруга, кВ (ПЧ
50 Гц, 1 хв) 140 230 325 460 460

Визначаємо напругу між початком та кінцем регулювальної обмотки

а Uст 1328
= = = 31,87 кВ.
41 41

Розрахункові напруги, що витримуються, представлені у таблиці 2.5.

Таблиця 3.5
Розрахункові напруги, що витримуються, внутрішньою ізоляцією РПН
Ізоляційні інтервали Для всіх варіантів пристроїв РПН
А0 Випробування напруги 20 кВ
А1 150 30
А 265 50
B 265 50
C1 485 143
C2 495 150

У табл. 3.5: А1 – напруга між контактами виборця регулювальної
обмотки одної ступені; A – напруга між початком та кінцем обмотки
80
регулювання; B – напруга між контактами виборця різних фаз та між
контактами виборця [9].
Знаходимо напругу між контактами виборця різних фаз та між
контактами передвиборця для нашого випадку

b = а 3 = 31,87 ⋅ 3 = 55,2 кВ.

Згідно таблиці 3.6 визначаємо тип виборця.

Таблиця 3.6
Вибір типу виборця
Ізоляційні інтервали Розмірна серія виборця С
А0 Випробування напруги 20кВ
А1 150 30
А 350 82
B 350 82
C1 545 178
C2 550 182

Знаходимо випробувальну напругу для обладнання, згідно з даними
для перемикаючих пристроїв, що складає 72,5 кВ.

3.3 Вибір типу РПН для трансформатора ТРДЦН-80000/220

Оскільки компанія MR лідирує в розробках РПН, то обираємо РПН
типу VACUTAP® VM III 350 Y-72,5 / C-10 19 1W R [9].
Параметри РПН:
1. Кількість фаз – 3.
2. Максимальний розрахунковий робочий струм – 350 A.
3. Розрахунковий короткочасний струм – 4,2 кА.
4. Розрахункова тривалість КЗ – 3 с.
81
5. Розрахунковий ударний струм – 10,5 кА.
6. Потужність ступеня – 1155 кВА.
Пристрій РПН призначений для регулювання коефіцієнта
трансформації трансформаторів без переривання потоків навантаження.
Таким чином, можна компенсувати коливання напруги, що виникають
в мережах електропередачі. Для цього пристрої РПН вбудовуються в
трансформатори та підключаються до їх активної частини (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Розташування РПН в трансформаторі: 1 – бак трансформатора;
2 – електропривод; 3 – вертикальний приводний вал; 4 – кутовий редуктор; 5
– горизонтальний приводний вал; 6 – верхній редуктор; 7 – РПН; 8 –захисне
реле RS; 9 – масляний бак розширювача; 10 – активна частина
трансформатора

Електропривод, який отримує керуючий імпульс (наприклад, від
регулятора напруги) змінює робоче положення пристрою РПН, в результаті
коефіцієнт трансформації трансформатора регулюється відповідно до
експлуатаційних вимог [8, 15].
82
Пристрій РПН складається (рис. 3.3) з головки 1, масляного бака
контактора 2 з вбудованою частиною з'ємного контактора і виборця 3,
розташованого під контактором (при необхідності виборець постачається
передвиборцем 4).

Рис. 3.3. РПН типу VACUTAP® VM III 350 Y-72,5 / C-10 19 1WR

Розташування редуктора на кришці залежить від розташування
електроприводу на баку трансформатора. Варіант головки РПН залежить від
розташування активної частини [9]. Після встановлення РПН заливається
масло та встановлюються патрубки (патрубок Q використовується для
повернення масла, якщо для очищення є фільтрувальна установка, патрубок
83
R використовується для установки струменевого реле, патрубок S
застосовується для встановлення сифонної труби) рис. 3.4.

Рис. 3.4. Приєднання трубопроводів із патрубками

Також використовується у РПН датчик температури типу Pt100 з
сигналом 4…20 мА, але він поставляється за вимогами замовників. Далі
вибирається електропривод для РПН, моторний привід вибирається виходячи
з напруги ланцюгів керування та двигунів, корпус шафи, наявність системи
моніторингу тощо.

3.4. Висновки до розділу 3

На основі проведеного у третьому розділі техніко-економічного
розрахунку для трансформатора ТРДЦН-80000/220, було обрано РПН типу
VACUTAP® VM III 350 Y-72,5 / C-10 19 1WR виробництва компанії MR,
вартість якого складає 960000 грн, що входить у загальну суму
трансформатора. Слід зауважити, що для виключення небезпеки
оперативного та ремонтного персоналу, необхідно встановлювати видимий
розрив ланцюга та передбачати монтаж пристрою захисного заземлення. У
комплектацію пристроїв РПН входить електропривод, що працює за
допомогою електродвигунів. Перемикання відгалужень РПН може
здійснюватися дистанційно за допомогою шафи керування, а також можливе
84
за допомогою релейних пристроїв та автоматики. Крім цього, можна
розглядати варіант керування перемикань відгалужень регулювання за
допомогою ручного важеля, якщо електропривод має несправність або на
ньому відсутнє живлення.
Обраний пристрій РПН використовується для регулювання коефіцієнта
трансформації трансформаторів без повного відключення трансформатора
від навантаження, а також дає змогу компенсувати коливання напруги, які
виникають в лініях електропередач. Електропривод, який отримує керуючий
імпульс (наприклад, від регулятора напруги), змінює робоче положення
пристрою РПН, в результаті чого відбувається необхідне коригування
коефіцієнта трансформації трансформатора. Приводний вал забезпечує
механічне з'єднання між приводом та пристроєм РПН. Зміна напрямку вісі
обертання валу з вертикального на горизонтальне проводиться за допомогою
кутового редуктора. Виходячи з цього, вертикальний приводний вал
необхідно встановлювати між кутовим редуктором та електроприводом, а
горизонтальний між РПН та кутовим редуктором.

85
ВИСНОВКИ

У магістерській роботі проведено аналіз методів і засобів підвищення
надійності функціонування пристроїв регулювання напруги під
навантаженням (РПН) у силових трансформаторах. На основі дослідження
конструкцій, принципів роботи, експлуатаційних характеристик і методів
діагностики сформульовано такі основні висновки.
1. Встановлено, що близько 40 % аварій та пошкоджень силових
трансформаторів пов’язано з відмовами пристроїв РПН. Основними
причинами несправностей є підгоряння та окислення контактів, неякісна
ізоляція, механічний знос приводних елементів, негерметичність баків, а
також відсутність належного технічного обслуговування.
2. Проведено порівняльний аналіз конструкцій різних типів пристроїв
регулювання напруги (RS, MR, Huaming, РНТА). Визначено, що сучасні
системи типу MR і Huaming забезпечують вищу надійність завдяки
застосуванню вакуумних дугогасильних камер, модульній будові та
можливості інтеграції з системами автоматичного керування.
3. Розглянуто основні методи діагностики стану пристроїв РПН, серед
яких:
– візуальний огляд та вимірювання опору струмоведучих кіл;
– аналіз газового складу масла;
– вібраційна діагностика;
– температурний контроль контактів і масла.
Застосування комбінованого підходу дозволяє виявляти дефекти на
ранніх стадіях і запобігати розвитку аварійних ситуацій.
4. Обґрунтовано доцільність застосування сучасних систем
моніторингу, таких як Imperium (Hyundai), які забезпечують безперервний
контроль температури, положення РПН, струму електроприводу, рівня масла
та інших параметрів.
Використання «Imperium» дозволяє:
86
• знизити кількість аварійних відключень РПН на 20–25 %;
• зменшити витрати на технічне обслуговування на 15–20 %;
• підвищити загальний ресурс трансформатора до 1,2 млн перемикань
без капітального ремонту.
5. Запропоновано шляхи підвищення надійності роботи РПН, а саме:
− впровадження систем автоматизованого моніторингу та
мікропроцесорного керування, що забезпечить значне підвищення
надійності, довговічності та ефективності функціонування силових
трансформаторів.;
− періодичне технічне обслуговування з проведенням декількох циклів
перемикань без навантаження для очищення контактів;
− удосконалення конструкції контактних елементів і використання
матеріалів із високими провідними та антикорозійними
властивостями;
− контроль температурного режиму і рівня масла в баку РПН;
− застосування пристроїв із захисним блокуванням і дистанційним
управлінням.
Впровадження запропонованих рішень дозволяє зменшити аварійність
обладнання на 25–30 %, скоротити витрати на обслуговування, підвищити
стабільність електропостачання та продовжити термін служби
трансформаторів на 8–10 років.
6. Техніко-економічний аналіз показав, що для силових
трансформаторів типу ТРДЦН-80000/220 оптимальним є застосування
пристрою VACUTAP® VM III 350 Y-72,5 / C-10 19 1WR (MR), який
характеризується високою надійністю, тривалим ресурсом і можливістю
інтеграції у системи автоматизованого керування енергопідстанцією. Слід
зауважити, що для виключення небезпеки оперативного та ремонтного
персоналу, необхідно встановлювати видимий розрив ланцюга та
передбачати монтаж пристрою захисного заземлення. У комплектацію
пристроїв РПН входить електропривод, що працює за допомогою
87
електродвигунів. Перемикання відгалужень РПН може здійснюватися
дистанційно за допомогою шафи керування, а також можливе за допомогою
релейних пристроїв та автоматики. Крім цього, можна розглядати варіант
керування перемикань відгалужень регулювання за допомогою ручного
важеля, якщо електропривод має несправність або на ньому відсутнє
живлення.
Таким чином, у роботі доведено, що підвищення надійності
функціонування пристроїв регулювання напруги під навантаженням
забезпечується комплексом організаційних, технічних і діагностичних
заходів, серед яких особливо важливими є впровадження систем
моніторингу, автоматизація процесів регулювання, оптимізація конструкції
контактної системи та регулярне технічне обслуговування. Реалізація
запропонованих заходів дозволяє зменшити частоту аварій трансформаторів,
підвищити ефективність та стабільність електропостачання, а також
продовжити термін експлуатації енергетичного обладнання.

88
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Грабко В. В. Моделі та засоби регулювання напруги за допомогою
трансформаторів з пристроями РПН : монографія / В. В. Грабко. – Вінниця:
УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2005. – 109 с.
2. Дубинець, Л.В. Електричні машини. Трансформатори. Асинхронні
машини. Навчальний посібник для ВНЗ. [Текст] / Л.В. Дубинець, О.Л.
Маренич, О.І. Момот – Д. Дніпропетр.нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад.
В.Лазаряна, 2004. –208 с.
3. Електричні машини і трансформатори /підручник за заг. Ред. В. І. Мілих. –
Х.: ХПІ, 2017. – 452 с.
4. Електротехнічна продукція Hyundai https://abr-
electric.com.ua/hyundai/circuit_breakers.html (дата відвідування 04.10.25).
5. Підвищення надійності пристроїв РПН силових трансформаторів / І. В.
Хоменко, О.М. Федосеєнко, І.В. Стасюк. – Харків : УкрДУЗТ, 2017. – вип.
170.
6. Мокін Б. І. Автоматичні регулятори в електричних мережах / Б. І. Мокін,
Ю. Ф. Виговський - К.: Техніка, 1985. - 104 с.
7. Перемикаючі пристрої серії RS 9/
http://tekhar.com/Programma/HYUNDAI/pdf_pict/Transformators/Changeover
_device/RS%209.3_tech_cat.pdf (дата відвідування 16.10.25).
8. Правила улаштування електроустановок. ПУЕ 5-тє вид., перероб. та
доповнене. – Х.: , 2016. – 736 с.
9. РПН типу VACUTAP
https://www.reinhausen.com/fileadmin/downloadcenter/products/oltc/vm/techni
cal_data/bal_2332907_04_011_1_ru.pdf (дата відвідування 24.11.25).
10. РПН типу РНТА https://leg.co.ua/info/transformatory/tehnicheskie-dannye-rpn-
transformatorov.html (дата відвідування 04.11.22).
11. Сайт ПАТ «Запоріжтрансформатор». Режим доступу: http://www.ztr.ua/
(дата відвідування 06.10.22).
89
12. Сайт представництва компанії Maschinenfabrik Reinhausen GmbH в
Україніhttps://peko.com.ua/index.php?route=product/category&path=_185_933
1&letter=M (дата відвідування 04.10.22).
13. Скляров В. Ф. Диагностическое обеспечение энергетического
производства / В. Ф. Скляров, В. А. Гуляев. — К. : Техніка, 1985. — 184 с.
14. Техническая диагностика. Термины и определения : ГОСТ 20911-86 – М. :
Из-во стандартов, 1990. – 13 с.
15. Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Правила. — К. :
Об‘єднання енергетичних підприємств «Галузевий резервно-інвестиційний
фонд розвитку енергетики», 2003. — 329 с.
16. Чуєнко Р.М. Електричні машини: навчальний посібник / Р.М. Чуєнко. – К.:
ЦП «Компрінт», 2015. – 436 с.
17. Якобсон И.А. Испытание переключающих устройств силовых устройств. –
М.: Книга по требованию, 2013. – 37 с.
18. Яндульский Я. С. Вопросы регулирования напряжения в электрических
сетях/ Я. С Яндульский, Н. Ф. Головатюк , В. М. Хлыстов // Энергетика и
электрификация. – 1996. № 4. – С. 36–38.
19. Ahmed, N.H. On_Line Partial Discharge Detection in Transformer / N.H.
Ahmed, N.N. Srinivas // Conference Record of the 1998 IEEE International
Symposium on Electrical Insulation, Arlington, USA. – 1998. – Р. 39 – 42.
20. Akbari, Alireza. Software Modules for Monitoring and Diagnosis of Power
Transformers / Alireza Akbari, Asghar Akbari, A. Setayeshmehr, H. Borsi, E.
Gockenbach // 19_th International Power System Conference (PSC), Teheran,
Iran. No. 49_E_TRN_752.
21. Aljohani T. M., Beshnir M. J. Distribution System Reliability Analysis for
Smart Grid Applications URL:
https://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?PaperID=77440 (дата
відвідування 02.09.25).
90
22. Arieh L. Shernkman. Transient analysis of electric power circuits handbook/
Arieh L. Shenkman// third edition, Holon McGraw- Hill book company 2015 –
586 p.
23. Billings K., Morey Т. Switchmode Power Supply Handbook/ Billings K.,
Morey T. McGraw-Hill book company 2015 – 858 p.
24. Huaming http://www.hmoltc.com/Private/Files/3713fc8c6a7cea4ff68f.pdf (дата
відвідування 04.11.25).
25. James C. Das. Transients in Electrical Systems: Analysis, Recognition, and
Mitigationм/ James C. Das// Second Edition, New York McGraw-Hill book
company 2017 – 736 p.
26. Keith H. Billings. Switchmode Power Supply Handbook/ Keith H. Billings
second edition, Holon McGraw-Hill book company 2014 – 656 p.
27. Marty Brown. Switchmode Power Supply Handbook/ Marty Brown McGraw-
Hill book company 2016 – 278 р.
28. Protasov S. Control of the temperature of the on-load tap changer in power
transformers / Protasov S., Shamiiev Sh. // Modern The Integration of Research,
Innovation and Economy: Collection of Scientific Papers with Proceedings of
the 1st International Scientific and Practical Conference. International Scientific
Unity. October 8-10, 2025. Seville, Spain. – pp. 154-156.
29. Testa Alfredo. Regolazione della tensione in cabine MT/BT in presenza di
carichi non omotetici /Testa Alfredo, Curcio Ciuseppe, Menniti Daniele //
Energ. elett. – 1993. – 70, № 10. – P. 416−422.
30. Zhao Zhiqiang, M.M. The directionality of an optical fiber high_frequency
acoustic sensor for partial discharge detection and location / M.M. Zhao
Zhiqiang, M.S. Demokan // Journal of Lightwave Technology. – 2000. – Vol.
18. – Р. 795 – 806.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets