Wprowadzenie.
Niniejszy przewodnik opisuje ogólne zasady badania przełącznika zaczepów. Niniejszy przewodnik nie zastępuje instrukcji obsługi przyrządów, gdzie opisano ogólne zasady obsługi mierników i podano schematy podłączeń dla różnych transformatorów.

Przełączniki zaczepów transformatora
Transformator mocy jest integralną i drogą częścią wszystkich sieci energetycznych, na wszystkich poziomach, od generacji i przesyłu do dystrybucji. Przełącznik zaczepów pod obciążeniem jest jedyną ruchomą częścią podłączoną do uzwojeń transformatora. Ważność jego niezawodności nie może być przeceniona. Zabranie transformatora z systemu w celu dochodzenia wewnętrznego problemu z przełącznikiem zaczepów jest kosztownym przedsięwzięciem; dlatego w interesie każdej firmy jest przeprowadzenie oceny przełącznika zaczepów w celu pomocy w wykryciu rozwijania się uszkodzenia w początkowym jego stanie.

Przełącznik zaczepów pozwala na zwiększanie lub zmniejszanie współczynnika przekładni o ułamki procenta. Każda zmiana przekładni angażuje mechaniczny ruch styku z jednej pozycji na drugą. Jest to ten styk, którego rezystancja wymaga sprawdzenia.

Styk może być zły z wielu powodów.
1. Złe ustawienie w fazie produkcji, powodujące niewystarczającą powierzchnię styku.  Prąd pełnego obciążenia przegrzewa powierzchnię styku powodując jego wypalenie.
2. Prąd przepływający przez styk przekracza jego pełne znamionowe obciążenie.
3. Działanie przełącznika zaczepów nie zapewnia „wykonania następnego styku przed rozwarciem poprzedniego” tworząc wewnętrzny łuk na powierzchni styku.
4. Przełącznik typu bez obciążenia jest przełączany pod obciążeniem. Na powierzchni styku tworzą się wżery i staje się nierówna.

Przełączniki zaczepów dzielimy na dwa typy: pracujące pod obciążeniem (OLTC) oraz pracujące bez obciążenia (DECT). Przełączniki OLTC pozwalają na wybór przekładni w trakcie pracy transformatora. Oznacza to, że przekładnia transformatora może być zmieniana w czasie przepływu przez niego prądu. Rysunek 1 ilustruje typowy przełącznik zaczepów z wybierakiem odczepów i przerywaczem.

Rysunek 1: Typowy przełącznik zaczepów pod obciążeniem
(zasada działania wybieraka i przerywacza)

Rezystory w przerywaczu mają typowo kilka omów. Całkowity czas działania OLTC wynosi od 3 do 10 sekund w zależności od konstrukcji. Faktyczny czas przełączania wynosi 30÷70ms i rezystory są obciążone przez około połowę tego czasu, 15÷35ms.

OLCT typu reaktancyjnego wykorzystują zapobiegawcze autotransformatory zamiast tych dwóch rezystorów w standardowym przerywaczu, co oznacza, że dodatkowa rezystancja w przerywaczu jest bardzo mała.

Drugi typ przełącznika zaczepów może przełączać tylko bez obciążenia (DECT). Nie jest on tak powszechnie stosowany, jak OLTC, ponieważ w celu zmiany odczepów, transformator musi być wyłączony z pracy lub przynajmniej musi być odłączone obciążenie. W transformatorach dystrybucyjnych ten typ przełącznika zaczepów może być używany do zmiany napięcia i konfiguracji na tabliczce znamionowej. Ten typ przełącznika zaczepów jest bardziej podatny na uszkodzenia niż OLTC z powodu przypadkowych przełączeń zaczepów podczas pracy pod obciążeniem.

Pomiar rezystancji uzwojenia
Pomiary rezystancji uzwojeń są normalnie wykonywane dla każdego odczepu w ten sam sposób, jak pomiar rezystancji dla indywidualnych uzwojeń. Przyrząd pomiarowy przez cały czas wymusza przepływ prądu i rezystancja dla każdego odczepu jest mierzona sekwencyjnie, jak tylko przełącznik zaczepów przejdzie na kolejną pozycję. Wyniki są typowo prezentowane w formie wykresu lub tabeli z wartościami rezystancji dla każdego odczepu. Zmiana pomiędzy odczepami powinna być stała tylko z niewielkimi odchyleniami pomiędzy różnymi pozycjami przełącznika.

Badanie zewrzyj-przed-rozwarciem
Zostało opracowanych kilka metod do badań przełącznika zaczepów, ale wspólne dla wszystkich jest to, że prąd jest wymuszany w przełączniku zaczepów, w jednej lub wszystkich fazach i podczas przełączania przełącznika zaczepów, prąd i/lub napięcie są mierzone w funkcji czasu. Prąd pomiarowy zmienia się od około 0,1A do standardowej wartości prądu przy pomiarach rezystancji uzwojeń, typowo 1% wartości prądu znamionowego uzwojenia transformatora. Pomiar jest często wykonywany w tym samym czasie co pomiar rezystancji uzwojenia.

Standardowe metody są następujące:

• Synchronizacja styków przełącznika zaczepów
• Pomiar pulsowania prądu
• Dynamiczny pomiar rezystancji

Synchronizacja styków przełącznika zaczepów
Metoda ta powinna wykryć, czy występuje stan rozwarcie-przed-zamknięciem w przełączniku zaczepów przez monitorowanie zmiany prądu. Pomiar jest typowo wykonywany w tym samym czasie co pomiar rezystancji uzwojenia i przyrząd wykrywa, czy przełączenie styku jest ciągłe lub, czy występuje przerwa w ścieżce prądu.
Wykrycie przerwy w styku może być wykonane przez detekcję zmian prądu, wykrywając zmiany di/dt lub wykrywając zmianę napięcia z przeciwnej strony transformatora na przykład przełącznik zaczepów jest na stronie WN, detekcja jest wykonywana poprzez pomiar napięć chwilowych na odnośnym uzwojeniu NN.
Metody badania synchronizacji styków przełącznika oparte na detekcji zmiany prądu są generalnie zależne od wartości prądu. Jeżeli pomiar jest wykonywany przy poziomie prądu gdzie indukcyjność jest wysoka, indukcyjność w uzwojeniu transformatora wygładza zmiany prądu. Jeżeli pomiar jest wykonywany przy poziomie prądu nasycenia lub powyżej tego poziomu, wtedy indukcyjność jest mała i poziom zmian prądu będzie większy.
Metodą redukcji indukcyjności transformatora, gdy wykonujemy pomiary przełącznika jest zwieranie nie badanych odnośnych uzwojeń NN (lub WN). To działanie jest głównie „zastąpieniem” indukcyjności uzwojeń przez impedancję zwarcia. Indukcyjność jest znacznie redukowana i synchronizacja styków może być mierzona bardziej precyzyjnie.

Pomiar pulsowania prądu
Pomiar pulsowania prądu jest bardzo podobny do pomiaru czasu styku, ale zamiast wykrywania braku-istnienia styku, mierzony jest aktualny prąd i wynik jest prezentowany jako procent wartości pulsacji lub bardziej dokładnie w formie wykresu prądu w funkcji czasu. Intencją jest podanie wartości, która opisuje warunki podczas działania.
Pomiary pulsowania prądu są zależne od wartości prądu pomiarowego oraz od indukcyjności w ten sam sposób, jak badanie synchronizacji styków z detekcją zmiany prądu.

Dynamiczny pomiar rezystancji
Dynamiczny pomiar rezystancji (DRM) jest standardową metodą do badania wyłączników i może być również stosowana dla styków przełącznika zaczepów. Relatywnie mały prąd (0,1 do 1A) jest wstrzykiwany do przełącznika zaczepów przy zwartych uzwojeniach NN transformatora. Napięcie na obwodzie jest mierzone z wystarczającą rozdzielczością, aby móc utworzyć wykres rezystancji w funkcji czasu dla działania przełącznika. Przerywania są łatwo rozpoznawane, jak również nieregularności w rezystancji styku.

Ogólnie
Niniejszy przewodnik nie zastępuje instrukcji obsługi, gdzie opisano ogólne zasady obsługi przyrządu i podano schematy podłączeń dla różnych transformatorów.

Przyrządy przeznaczone do badań przełączników pracujących pod obciążeniem (OLTC) wykonują w sposób ciągły pomiary podczas zmiany pozycji przełącznika. Pozwala to operatorowi na bardzo szybkie wykonywanie pomiarów bez konieczności rozładowania i ponownego ładowania transformatora dla każdego odczepu. Jeżeli zmiana odczepu powoduje nadmierną zmianę prądu lub zmiana ta jest zbyt długa, wtedy przyrząd wskaże i zarejestruje taki przypadek. W zależności od parametrów anomalii przyrząd, albo wskaże i zarejestruje przypadek, ale dalej będzie kontynuował pomiar lub, jeżeli wykryta zmiana jest za długa, wtedy przerwie dalsze wykonywanie pomiaru.

Zasadą detekcji jest zmiana wartości prądu. Zmiany prądów o więcej niż 10% są zazwyczaj klasyfikowane, jako „styk rozwarty”. Jak stwierdzono wcześniej, „zmiana prądu” jest zależna od prądu pomiarowego, synchronizacji styków, wartości rezystorów w przerywaczu i indukcyjności uzwojeń. Jest to bardzo ważne w zrozumieniu analizy wyników przełącznika zaczepów.

Pomiary

• Podłączyć przewody prądowe i napięciowe do uzwojenia badanego transformatora.
• Ustawić przełącznik zaczepów na najwyższej pozycji.
• Ustawić przyrząd w tryb rejestracji.
• Rozpocząć wymuszanie przepływu prądu pomiarowego.
• Poczekać na ustabilizowanie się rezystancji i zapisać wartość. 
• Przełączyć przełącznik zaczepów. Obserwować, czy wystąpi wykrycie przypadku rozwarcie-przed-zamknięciem
• Poczekać na ustabilizowanie rezystancji i zarejestrować następną wartość
• Itd., aż zostaną zmierzone wszystkie odczepy przełącznika

Wpływ indukcyjności transformatora
Poniższy rysunek ilustruje podstawowe zależności między strumieniem magnetycznym i prądem pomiarowym.

Rysunek 2: Strumień magnetyczny w funkcji prądu dla transformatora o typowej konstrukcji

Indukcyjność uzwojenia jest wysoka dla niskich prądów, gdy rdzeń nie jest nasycony i staje się bardzo niska dla prądów powyżej poziomu nasycenia.

Detekcja rozwarcia styku przy użyciu zasady zmiany prądu zależy od poziomu prądu pomiarowego. Jeżeli pomiar jest wykonywany przy poziomie prądu, gdzie indukcyjność jest wysoka, zmiana prądu jest mniejsza porównując do badań przy prądach, gdzie rdzeń jest nasycony (mała indukcyjność).

Badanie przełącznika zaczepów jest typowo wykonywane, jako pomiar rezystancji, ale wyniki są uzyskiwane sekwencyjnie i monitorowane jest wystąpienia stanu rozwarcie-przed-zamknięciem. Prąd pomiarowy dla pomiarów rezystancji uzwojenia może dla małych/średnich transformatorów być bliski poziomu nasycenia, a nawet powyżej, gdzie indukcyjność jest niska. Przy takich ustawieniach pomiaru, „dobre” styki mogą być wykryte jako chwilowo rozwarte, ponieważ zmiana prądu pomiarowego jest >10% podczas przełączenia.

Dla badań przełączników zewrzyj-przed-rozwarciem, zalecane są pomiary przy niższych prądach/wyższej indukcyjności, ponieważ bardziej odzwierciedlają rzeczywiste warunki pracy transformatora (praca AC przy poziomie prądów poniżej nasycenia).

Pomiar rezystancji uzwojenia
Pomiar rezystancji uzwojenia dla każdego indywidualnego odczepu jest zupełnie bezpośredni. Najistotniejszą zaletą jest to, że miernik nie musi czekać przez odpowiednio długi czas na uzyskanie wyniku po zmianie odczepu. Należy jedynie monitorować wartość rezystancji przed jej zapisem w celu upewnienia się, czy wartość rezystancji została ustabilizowana.

Rysunki 3 i 4 pokazują typowe wyniki pomiarów dla dwóch różnych transformatorów. Rysunek 3 pokazuje nowy przełącznik. Rysunek 4 przedstawia starszy transformator, gdzie przełącznik zaczepów zaczyna wykazywać degradację styków.

Rysunek 3: Rezystancja uzwojenia w funkcji pozycji przełącznika zaczepów dla nowego transformatora

Rysunek 4: Rezystancja uzwojenia w funkcji pozycji przełącznika zaczepów dla starszego transformatora

Detekcja zewrzyj-przed-rozwarciem Podczas badania przełącznika zaczepów, powinien być monitorowany wskaźnik rozwarcie-przed-zamknięciem. Krótkotrwałe zmiany prądu są wskazywane (i zapamiętywane) i pomiar jest kontynuowany. Dłuższe przerwania prądu wstrzymują pomiar.

Jeżeli zostanie wykryta przerwa prądu, powinny być rozważone zastępujące pytania/procedury:

• Sprawdzenie typu badanego przełącznika. Typ rezystancyjny, czy reaktancyjny?
• Jeżeli przerywacz przełącznika jest typu rezystancyjnego, jakie są wartości rezystorów w porównaniu z rezystancją uzwojeń?
• Porównać prąd pomiarowy i prąd znamionowy transformatora. Jeżeli prąd pomiarowy jest bliski nasycenia lub większy (około 1% wartości znamionowej lub większy), wykonać ponownie test rozwarcie-przed-zamknięciem przy niższym prądzie/wyższej indukcyjności (około 0,1% lub mniej) na przykład 0,1A lub 1,0A zamiast 10A.

Konstrukcja transformatorów z relatywnie znacznymi różnicami pomiędzy wartościami rezystorów i rezystancją uzwojenia w połączeniu z relatywnie małą indukcyjnością mogą być trudne do badania rozwarcia-przed-zamknieciem przy zastosowaniu metody detekcji zmiany prądu.