Kademe seçim sisteminin gelişmişlik derecesi, kademelerin değiştirilmesi için gereken sıklığa, transformatörün büyüklüğüne ve önemine bağlıdır. Şimdi aşağıdaki gerilim düzenleme yöntemlerini tartışalım. İlk ikisi trafo üzerinde, üçüncü yöntem ise elektrik trafo merkezindeki röle sistemi üzerinde gerçekleştirilir.
Yüksüz Çalışan Kademe Değiştirici:
Yüksüz çalışan kademe değiştirici, sarımda seçilen bir kademeye bağlantı sağlayan basit bir tasarıma sahiptir. Sadece trafo enerjisi kesildiğinde çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır. Alternatif olarak, bazı sistemlerde, kademe değiştirme işlemine bir döner veya sürgülü anahtar vasıtasıyla yardım edilebilir. Bu tip kademe değiştiriciler düşük çıkışlı ve düşük gerilimli transformatörlerde kullanılır. Hep aynı kademe konumunda çalıştırılan bu tip kademe değiştiricilerde temas direnci, temas noktasında malzemenin yerel olarak bozulması ve oksidasyonu nedeniyle yavaşça artabilir. Isıl bozunumlu karbon birikimiyle, temas direnci daha da artarak ısınmaya neden olur.
Nihayetinde bu bozunum ve ısınma trafoda bir kaçağa neden olabilir. Eğer açma ve koruma cihazlarında bir sıkıntı olursa trafoda bir kısa devre meydana gelebilir. Bundan kaçınmak için, rutin bakım sırasında kademe değiştiricinin tüm devresi boyunca temas yüzeylerinin silinerek temizlenmesi önemlidir. Yük altında kademe değiştiricisinin uzun süre çalıştırılmaması durumu için de geçerlidir.
Otomatik Gerilim Düzenleme (AVR):
Güç kaynaklarının çıkış gerilimlerini sabit tutma işlemine regülasyon denir. Gerilim regülatörü elektrik gerilimindeki aşağı ve yukarı yönlü dalgalanmaları algılayan ve sabitlemeye yarayan cihazlardır. Teknolojinin gelişmesi ile birlikte regülasyonu otomatik olarak kendisi yapan ve AVR olarak adlandırılan regülatör çeşitleri kullanılmaya başlanmıştır. Bu cihazlar, şebeke gerilimindeki yükselme, düşme ve tüm dengesizlikleri önleyerek gerilim regülasyonu yaparlar. Bunun yanında, elektronik olarak sağlanan koruma sayesinde, ayar sahası dışındaki gerilim düşme ve yükselmelerinde çıkış gerilimini elektro-mekanik olarak keser ve buna bağlı oluşabilecek muhtemel hasarları önler.
Bu sistemlerin mikroişlemcili ve statik tipleri bulunmaktadır. Bu iki tip AVR eskiye göre voltaj regülasyon hızı arttırılmış sistemlerdir. Mikroişlemci ve statik regülatörler gelişmiş izleme ve kontrol özelliklerine sahiptir. Statik regülatörde adından da anlaşılacağı üzere hareketli parça bulunmaz. Böylece bakıma ihtiyacı olan hiçbir parçası yoktur. Kademe değiştirici, transformatöre bağlı sistemlerdeki gerilim değişimini karşılamak için monte edilir. Kademe değiştiricinin amacı her zaman sabit bir çıkış gerilimi elde etmek olmayabilir. Şebekede gerilim düşüşü olabilir ve bunun da telafi edilmesi gerekebilir.
Kademe değiştiricinin kontrolü için bulunan donanım bir AVR sistemi gibi gerilim regülasyonu sağlamaz. Prensipte kademe değiştirici sadece kontrolcüden gelen komutlara göre kademeyi arttırıp azaltma görevini yapar. Bundan dolayıdır ki gerilimdeki aşağı ve yukarı yönlü dalgalanmaları önlemek için kademe değiştiricilerin yanında AVR sistemini de kullanmak gerekir.
Yük Altında Kademe Değiştiricisi (OLTC):
Yük altında kademe değiştiriciler(OLTC) adından da anlaşılacağı gibi kademe değiştirerek yüklü transformatördeki gerilim düzenlemesini gerilim kararlılığını bozmadan, kesintisiz ve güvenli bir şekilde yapmaya olanak verir. Yük kademe değiştiricisinin bir kademeden diğerine geçiş işlemi sırasında kesintisiz akım akışı sağlaması gerekir. Mevcut akış, kademe sarımında kısmi kısa devreye izin verilmeden kesintisiz tutulmalıdır. Yük altında kademe değiştiricisi, kademe değişimi sırasındaki enerji kesintisinin kabul edilemez olduğu uygulamalarda kullanılır. Transformatör genellikle daha pahalı ve karmaşık bir yapıya sahiptir.
Yük altında kademe değiştiriciler genellikle mekanik, elektronik destekli veya tamamen elektronik olarak sınıflandırılabilir. Yük altında kademe değiştiricinin çalışması iki fonksiyonla anlaşılabilir. OLTC, çıkış gücünü transformatörün bir kademesinden bitişik olan diğer kademesine aktaran bir anahtarlama aygıtıdır. Bu işlem sırasında iki kademe geçiş empedansı ile bağlanır ve iki kademe yük akımını paylaşır. Daha sonra, eski kademe ile bağlantı kesilir ve yük yeni kademeye aktarılır. Bu geçişi yapan aygıta yön değiştirme anahtarı(diverter switch) denir.
Jantzen prensibi olarak adlandırılan hızlı hareket eden flip-flop değiştirme anahtarının icadından sonra, kademe değiştiricilerde önemli gelişmeler sağlanmıştır. Jantzen prensibi, anahtar kontaklarının yaylı olduğunu söyler. Bu kontakların, iki kademe arasında ve geçiş direnci boyunca çok kısa bir bağlantı aralığından konum değiştirdiklerini anlatır.
OLTC’de dirençli kademe değiştirme prensibine alternatif olarak reaktör kullanılabilir. Reaktör tipi kademe değiştiricide reaktif sirkülasyon akımını engellemek daha zordur ve bu durum adım gerilimlerini sınırlar. Ancak nispeten yüksek akımlarda reaktör iyi çalışır. Burada yüksek akım ve yüksek gerilim kıyası dirençli kademe değiştiricilerine göre yapılan bir karşılaştırmadır. Dirençli kademe değiştiriciler yüksek gerilimle başa çıkabilir ancak yüksek akımı tutamazlar. Bu durum, reaktör kademe değiştiricisinin genellikle transformatörün düşük gerilimine yerleştirilmesine neden olur ve direnç kademe değiştiricisi yüksek gerilim tarafına bağlanır.
Bir reaktör tipi kademe değiştiricide, ortadaki reaktörde yük akımı ve iki kademe arasındaki üst üste gelen dolaşım akımı nedeniyle kayıplar küçüktür. Direnç tipi kademe değiştiricilerde, yön değiştirici anahtar(diverter switch), transformatördeki yağdan ayrılmış bir tankın içinde bulunur. Bu tanktaki yağ, gereğinden fazla kirleneceği için trafonun yağ sisteminden ayrı tutulmalıdır. Ayrıca kendi havalandırmasıyla birlikte tam bir tank hacmine sahip olmalıdır.
1970'lerden itibaren vakum kesicili kademe değiştiriciler mevcuttu. Bunlar, düşük temas erozyonuna sahiptir ve böylece kademe değiştiricinin operasyon ömrü ve sayısı yüksektir. Ancak tasarımları genellikle daha karmaşıktır. Ayrıca, kademe değiştirme fonksiyonunun yarı iletken elemanlar tarafından gerçekleştirildiği kademe değiştiricilerin deneysel tasarımları da yine piyasada yer almıştır. Bu tasarımların ana amacı servis aralıklarını azaltmaktı.
Kademe seçici, ayar sarımından kademelerin bağlandığı bir dizi kontaklı bir yalıtkan silindirdir. Kafesin içinde iki kontak kolu, ayar sarımı boyunca adım adım adım ilerler. Her iki kol, yön değiştirme anahtarının gelen terminallerine elektriksel olarak bağlanır. Bir kol gerçek kademe konumunda bulunurken, diğer kol boşaltılan yük akımını taşıyacak ve sıradaki kademe konumuna geçmek için serbest kalacaktır.
Seçici kontaklar hiçbir zaman akımı akışını kesmez ve transformatör yağının içine yerleştirilebilirler. Sistemde 33 kademe olduğu varsayarsak; Kademelerden bir tanesi ortada bulunur ve bu ayar ucuna göre, gerilimi arttırıp azaltmak için geriye kalan kademelerin 16 tanesi aşağıda, 16 tanesi yukarıda konumlanır. Yükleyicinin çalışma döngüleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Bu tür kademe değiştiricilerde hem seçim hem de anahtarlama aynı kontakta gerçekleştirilir. Ara kontaklar ve geçiş direnci bir hareketli kolun üzerine monte edilmiştir. Kol, hızlı bir şekilde hareket eder ve kademe kontağından diğerine geçerken dairesel bir yay boyunca bulunan bir dizi kontaktan geçer. Bunların, ark ve temas erozyonunu engellemek için bir tankta transformatör yağı içinde bulunması gerekir. Bu tür tasarımdaki kademe değiştiriciler, seçici anahtar tipi olarak adlandırılır. Ayrıca, bu türlerin yerine sadece bir direnç kullanarak daha basit bir geçiş moduyla kademe değiştirme yapan türler de mevcuttur.
