Меню

Реактор для ограничения тока

Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств — Выбор токоограничивающих реакторов

Содержание материала

  • Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств
  • Расчетные условия для проверки
  • Выбор выключателей
  • Выбор трансформаторов тока
  • Выбор трансформаторов напряжения
  • Выбор шин закрытых распределительных устройств
  • Примеры выбора шин ЗРУ
  • Выбор жестких шин ОРУ
  • Выбор кабелей
  • Выбор кабелей по допустимому току
  • Выбор токоограничивающих реакторов
  • ПРИЛОЖЕНИЕ А

6 ВЫБОР ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ

6.1 Расчетные условия для выбора и проверки токоограничивающих реакторов

Реакторы служат для ограничения токов К3 в электроустановках напряжением 6-10 кВ, а также позволяют поддерживать на шинах подстанции или электростанции определённый уровень напряжения при повреждениях за реакторами [14]. В электроустановках применяются как линейные, так и секционные реакторы. В качестве линейных реакторов могут применяться как одинарные, так и сдвоенные реакторы, схемы включения реакторов приведены на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Схемы включения линейных реакторов

Линейные реакторы широко применяются на электростанциях как для питания потребителей собственных нужд на ТЭЦ, так и питания потребителей промышленных предприятий. На подстанциях линейные реакторы применяются для питания потребителей.
Секционные реакторы применяются на ТЭЦ для ограничения тока К3 на шинах генераторного распределительного устройства напряжением 6-10 кВ.
Токоограничивающие реакторы выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, номинальному индуктивному сопротивлению. Номинальное напряжение реактора выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие
. (6.1)
Номинальный ток одинарного реактора или одной ветви сдвоенного реактора, используемого в качестве линейного, должен быть таким, чтобы выполнялось условие
. (6.2)
Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать наибольшей мощности, передаваемой от секции к секции в следующих режимах: нормальном или аварийном, при отключении одного трансформатора связи или самого мощного генератора, подключенного к шинам ГРУ. Обычно принимают .
Индуктивное сопротивление линейного реактора определяется исходя из следующих двух условий: ограничения тока К3 до величины номинального тока отключения выключателя или тока термической стойкости кабеля , присоединенного к сборным шинам ГРУ электростанции или подстанции. Сопротивление реактора должно быть таким, чтобы выполнялись условия
(6.3)
или
, (6.4)
где — сечение кабеля, присоединенного к шинам ГРУ электростанции или подстанции.
Из двух значений определяемых выражениями (6.3) и (6.4) следует выбрать меньшее значение.
Требуемое сопротивление цепи для ограничения тока К3 до величины равно
. (6.5)
Требуемое сопротивление реактора равно
, (6.6)
где — результирующее сопротивление цепи К3 до установки реактора, которое определяется по выражению
.
После расчета выбирают тип реактора с большим ближайшим индуктивным сопротивлением и рассчитывают действительное значение периодической составляющей тока К3 за реактором.
Сопротивление секционного реактора выбирается из условий наиболее эффективного ограничения токов КЗ [1,5]. Обычно сопротивление секционного реактора принимается таким, чтобы падение напряжения на реакторе при протекании по нему номинального тока было не более , т.е.
. (6.7)
Выбранный реактор необходимо проверить на электродинамическую и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ.
Реактор будет электродинамически стойким, если выполняется условие
, (6.8)
где — ударный ток трехфазного КЗ за реактором;
— ток электродинамической стойкости реактора.
Проверка реактора на термическую стойкость проводится по условию
, (6.9)
где — расчетный импульс квадратичного тока при КЗ за реактором;
— допустимый импульс квадратичного тока КЗ для проверяемого реактора, который определяется по формулам (1.21) или (1.22).
Необходимо также определить потерю напряжения в реакторе в нормальном и утяжеленном режимах и остаточное напряжение на шинах ГРУ электростанции или подстанции при КЗ за реактором.
Потеря напряжения в реакторе определяется по выражениям:
для одинарного реактора
, (6.10)
для сдвоенного реактора
, (6.11)
где ток, протекающий через реактор;
коэффициент связи сдвоенного реактора;
номинальное напряжение установки, где используется реактор.
Допустимая потеря напряжения в нормальном режиме не должна превышать 1,5¸2,0%, а в утяжеленном режиме — 3¸4 %.
Остаточное напряжение на шинах генераторного распределительного устройства при КЗ за реактором определяется по формуле:
, (6.12)
где периодическая составляющая трехфазного тока КЗ за реактором.
Остаточное напряжение на шинах ГРУ при КЗ за реактором должно быть не менее 65¸70 % от номинального значения.

6.2 Примеры выбора и проверки токоограничивающих реакторов
Пример 6.1 Выбрать групповой линейный реактор для ограничения тока КЗ в распределительной сети 10 кВ, присоединенной к сборным шинам ТЭЦ. Распределительная сеть состоит из шести кабельных линий сечением 3´150 мм2 каждая. Максимальный ток продолжительного режима работы для каждой линии . Ток КЗ на шинах ГРУ составляет . На отходящих кабельных линиях установлены выключатели типа ВМП-10К с током отключения . Полное время отключения КЗ . Коэффициент мощности потребителя .
Намечаем к установке сдвоенный реактор на номинальное напряжение 10кВ. К каждой ветви реактора подключено по три линии и поэтому ток каждой ветви составляет

Выбираем реактор на номинальный ток ветви 1000 А

.
Определяем результирующее сопротивление цепи КЗ при отсутствии реактора
.
Определяем допустимое значение тока КЗ в распределительной сети. Ток термической стойкости кабеля сечением 3´150 мм2 при полном времени отключения составляет в соответствии с (6.4)
,
где в соответствии с таблицей 4.2;
для ветвей, защищенных реакторами с номинальным током 1000 A и выше, согласно таблице 1.1 .
В цепи кабельных линий установлены выключатели типа ВМП10К с номинальным током отключения . Следовательно, параметры реактора определяются требованием термической стойкости кабеля.
Требуемое результирующее сопротивление цепи КЗ, исходя из допустимого значения тока КЗ 11,4 кА, должно быть не менее
.
Требуемое сопротивление реактора для ограничения тока КЗ
.
Выбираем окончательно реактор типа РБСГ102×10000,45У3 с параметрами , , .

Результирующее сопротивление цепи КЗ с учетом реактора

.
Фактическое значение периодической составляющей тока КЗ за реактором
.
Проверим выбранный реактор на электродинамическую и термическую стойкость:
,
т.е. реактор электродинамически стойкий.
Допустимое для реактора значение термического импульса при определяем по выражению (1.22). Таким образом

т.е. выбранный реактор термически стойкий.
Определим потерю напряжения в реакторе по выражению (6.11)

что меньше допустимого значения 1,5¸2,0 % .
Остаточное напряжение на шинах ГРУ при КЗ за реактором согласно (6.12) составляет
,
что лежит в пределах нормы .
Таким образом, выбранный реактор удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.

Схема подстанции

Пример 6.2 Выбрать тип сдвоенных реакторов на вторичной стороне понижающих трансформаторов типа ТД40000/110/10,5. Трансформаторы работают раздельно. В распределительном устройстве ток КЗ не должен превышать 12 кА. Коэффициент аварийной перегрузки трансформатора при отключении второго трансформатора 1,25 .

Рисунок 6.2-Схема подстанции

Номинальное напряжение реактора . Определим расчетный ток ветви сдвоенного реактора при отключении одного трансформатора.
.
Принимаем к установке реактор с номинальным током ветви .
Сопротивление реактора определим из условия ограничения тока КЗ до величины . За базисные величины принимаем номинальный ток и номинальное напряжение реактор.
Результирующее сопротивление цепи КЗ с учетом ограничения тока КЗ до значения равно
.
Требуемое сопротивление реактора для ограничения тока К3 равно
,
где .
Принимаем к установке сдвоенный реактор типа РБСД-10-2х1600-0,25У3 с параметрами .
Результирующее сопротивление цепи К3 с учетом реактора равно
.
Фактическое значение периодической составляющей тока К3 за реактором равно
.
Таким образом, выбранный реактор удовлетворяет условию ограничению тока К3.

Читайте также:  Нами 10 измерение сопротивления постоянному току

Пример 6.3 Для схемы ТЭЦ, представленной на рисунке 6.3, выбрать секционные реакторы и определить потери напряжения в них в нормальном режиме работы. К шинам ГРУ подключено 4 генератора мощностью по 63 МВт. Графики нагрузок генераторов и потребителей ровные: . Расход электроэнергии на собственные нужды составляет 10% от мощности станции. Коэффициент мощности генераторов и потребителей равен 0,8. Нагрузка по секциям распределена равномерно.

Рисунок 6.3 – Схема ТЭЦ

Рассчитаем мощности, протекающие через реакторы в нормальном режиме, при отключении одного генератора, при отключении одного трансформатора и при разрыве кольца.
В нормальном режиме работы через каждый секционный реактор протекает мощность
.
При отключении одного генератора через каждый секционный реактор протекает мощность
.
При отключении одного трансформатора, например T1, через каждый секционный реактор протекает мощность
,
.
При разрыве кольца, например, отключен реактор LR4, через секционные реакторы протекает мощность
,
.
Расчетным режимом является режим отключения одного трансформатора:
.
Принимаем к установке реактор типа РБГ-10-2500-0,14УЗс параметрами .

Ток через реакторы в нормальном режиме равен

.
Потеря напряжения в реакторе в нормальном режиме, согласно (6.10) равна
,
что меньше допустимого значения потерь.

Источник

Как устроены и работают токоограничивающие и дугогасящие реакторы в энергетике

Как устроены и работают токоограничивающие и дугогасящие реакторы в энергетикеСовременные автоматические выключатели ликвидируют токи коротких замыканий с минимально возможной выдержкой времени. Но, они не могут противостоять действию электродинамических сил, которые развиваются в первоначальный момент аварии. Для ликвидации их ударного проявления используются другие технические решения, основанные на работе реакторов.

Термин «Реактор» используется для обозначения устройств, работающих за счет проявления сил различных реакций, когда создается ответное воздействие на протекание какого-то определенного процесса, например, биологического, химического, электрического. механического…

Если совершается какое-то действие (обозначаемое корнем слова «акция»), то техническое устройство контролирует этот процесс и осуществляет противодействие его развитию (определяется предлогом «ре»). Название «Реактор» обозначается термином, состоящим из этого корня и предлога. А его окончание завершает определение технического устройства.

Наиболее широко используются сухие реакторы в сетях 6 и 10 кВ. Они выполняются в виде обмотки из изолированного провода, закрепленной на бетонных колоннах. Монтируются с вертикальным, горизонтальным или ступенчатым расположением фаз, в отдельных камерах распределительного устройства. В сетях более высоких напряжений применяются реакторы с масляной изоляцией, с каркасом стержневой или тороидальной формы из изоляционного материала и стальным баком.

Реакторы различают: по исполнению — одинарные и сдвоенные, по месту включения — секционные и линейные, по характеристикам — с линейной или нелинейной характеристикой, управляемые и неуправляемые. Сухие бетонные реакторы относятся к неуправляемым реакторам с линейной характеристикой.

Виды реакторов в энергетике

В высоковольтных электрических системах реакторы работают на принципе контроля и ограничения аварийных токов, стихийно возникающих на оборудовании схемы.

По назначению конструкции они подразделяются на два вида:

1. уменьшающие величины токов коротких замыканий — токоограничивающие;

2. снижающих возникающую электрическую дугу — дугогасящие.

Первый вид электротехнических аппаратов создается для устранения действия ударного тока, образуемого при возникновении короткого замыкания.

Второй — дугогасящие реакторы увеличивают индуктивное сопротивление, противодействующее развитию дуги при аварийной ситуации, связанной с образованием однофазного замыкания на контур земли в сетях, использующих глухоизолированную нейтраль.

Оба вида этих электротехнических устройств при номинальном режиме работы оборудования вносят небольшую погрешность в выходные характеристики системы, но она лежит в пределах рабочих нормативов, вполне допустима.

Обмотки токоограничивающего реактора

Что такое ударный ток короткого замыкания

При номинальном режиме высоковольтная энергия питания расходуется на преодоление полного сопротивления подключенной электрической схемы, состоящего из активной и реактивной нагрузки с индуктивными и емкостными связями. При этом создается рабочий ток, сбалансированный приложенной мощностью, напряжением, полным сопротивлением цепи.

Во время короткого замыкания происходит шунтирование огромной мощности источника случайным подключением нагрузки с маленьким активным сопротивлением, характерным для металлов. В ней отсутствует реактивная составляющая.

Это КЗ устраняет созданное равновесие в рабочей схеме, формирует новые виды токов. При этом переход источника напряжения на режим короткого замыкания происходит не мгновенно, а слегка растянут по времени. Такой кратковременный период называют переходным. При его протекании токи нагрузки изменяют форму и величину от значения гармоничной синусоиды номинального режима до характеристик установившегося подключения к «металлическому замыканию».

В ходе протекания переходных процессов полный ток от КЗ представляет собой вид сложной формы, которую для упрощения расчетов и анализа разделяют минимум на две составляющие:

1. вынужденную периодическую;

2. свободную апериодическую.

Ударный ток короткого замыкания

Первая часть повторяет форму питающего напряжения, а вторая возникает скачком и постепенно убывает по величине. Она формируется за счет емкостной нагрузки номинального режима, который рассматривается как холостой ход для последующего короткого замыкания.

Создание апериодической составляющей тока КЗ

Обе составляющие, складываясь вместе, создают ток, изменяющийся во времени сложным видом. Его необходимо учитывать при создании защит для принятия действенных мер.

За основу расчета выбирается величина с максимальным мгновенным значением апериодической составляющей. Его и называют ударным током.

Как работает токоограничивающий реактор

Основу конструкции составляет обмотка катушки, обладающей индуктивным сопротивлением, включенным в разрыв основной цепи питания. Ее параметры подбирают таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации падение напряжения на ней не превышало четырех процентов от общей величины.

При возникновении аварийной ситуации в защищаемой схеме эта индуктивность гасит большую часть приложенного высоковольтного напряжения и таким образом ограничивает действие ударного тока.

Токоограничивающий реактор рассчитывают по величине максимального тока аварии Im, которому он может противостоять по выражению:

Im= (2,54 I н/Хр)х100%

В формуле Iн обозначает значение номинального тока, а Xр — величину реактивного сопротивления обмотки.

Приведенная закономерность наглядно показывает, что увеличение индуктивности катушки ведет к уменьшению ударного тока.

Реактивные свойства обмоток обычно повышают подключением магнитопровода из стальных пластин. В конструкциях подобных реакторов при протекании больших токов по виткам происходит насыщение материала сердечника, что ведет к потере его токоограничивающих свойств. Поэтому от таких конструкций в большинстве случаев отказываются.

Токоограничивающие реакторы, как правило, изготавливают без использования стальных сердечников. Из-за необходимости достижения требуемой индуктивности они обладают повышенными габаритами и весом.

Конструкции токоограничивающих реакторов

По внутреннему исполнению они бывают:

Реакторы из бетонных блоков

Такие конструкции эксплуатируются довольно долгое время в сетях с напряжением до 35 кВ. Их обмотку делают из эластичных проводов, демпфирующих динамические и температурные нагрузки несколькими параллельными цепочками, равномерно распределяющими токи. Этим способом разгружают механическое воздействие на стационарную бетонную конструкцию.

Читайте также:  Контроль изоляции для цепей постоянного тока

Токоограничивающий реактор из бетонных блоков

Витки обмоток подобных реакторов выполнены многожильными проводами круглого сечения с изоляцией. Их заливают специальным сортом высокопрочного бетона, смонтированного в вертикальные колонки. При необходимости дополнения в конструкцию металлических частей используют исключительно немагнитные материалы.

Способ включения фазных катушек выбирают таким, что бы магнитные поля от них направлялись встречно. Этим приемом ослабляют динамические усилия при ударных токах КЗ.

Открытое расположение обмоток в пространстве позволяет обеспечивать хорошие условия для естественного охлаждения атмосферным воздухом. Когда тепловые нагрузки при номинальном режиме или коротких замыканиях способны превысить допустимые пределы нагрева обмоток, то применяют принудительный обдув вентиляторами.

При эксплуатации следует учитывать, что при сырой погоде бетон накапливает влажность из воздуха.

Подобные устройства до сих пор массово работают в высоковольтных сетях энергетики, успешно справляются с аварийными ситуациями, но считаются уже морально устаревшими.

Реакторы сухого типа

Они стали появляться благодаря разработке новых изоляционных материалов, основанных на кремнийорганической структуре. Она позволяет создавать изделия, успешно работающие на электрооборудовании до 220 кВ включительно.

Токоограничивающий реактор сухого типа

Катушка обмотки наматывается прямоугольным многожильным кабелем повышенной прочности и покрывается слоем кремнийорганического лака. Дополнительные эксплуатационные преимущества обеспечивает покрытие кремнийорганической силиконовой изоляцией.

В результате этих доработок сухие токоограничивающие реакторы по сравнению с бетонными аналогами обладают:

меньшими габаритами и весом;

повышенной механической прочностью;

бо́льшим ресурсом работы.

У них медная обмотка проводников изолируется пропитанной кабельной бумагой и монтируется на изоляционных цилиндрах, помещенных в емкость с маслом либо другим жидким диэлектриком, одновременно выполняющим функцию отвода тепла.

Чтобы исключить нагрев металлического корпуса емкости от протекающего по виткам обмотки переменного поля промышленной частоты в подобную конструкцию включают магнитные шунты или электромагнитные экраны.

Магнитный шунт создают из магнитомягких листов стали. размещенных внутри масляной емкости около ее стенок. Образованный таким методом внутренний магнитопровод замыкает на себя магнитный поток, создаваемый обмоткой.

Электромагнитные экраны изготавливают в виде алюминиевых либо медных короткозамкнутых витков, смонтированных у стенок бака. В них индуцируется встречное электромагнитное поле, снижающее действие основного.

Реакторы с броней

Создаются с сердечником. Учитывая возможность насыщения магнитопровода, такие изделия требуют точного расчета и тщательного анализа условий эксплуатации.

Броневые сердечники из электротехнических сортов стали позволяют снижать габариты и вес подобных конструкций реакторов, а заодно и стоимость.

Но при их использовании требуется обязательно учитывать то обстоятельство, чтобы ударный ток не превышал максимального возможного значения для этого типа устройств.

Защищают кабельную ЛЭП по другому принципу, чем их токоограничивающие аналоги.

Об опасности однофазных замыканий на контур земли в схеме с изолированной нейтралью

Энергетические сети с рабочим напряжением 6÷35 кВ создаются для работы на линиях электропередач с нейтралью, изолированной от земли. В этом случае между всеми проводниками образуется емкостное сопротивление, а они сами работают так же, как обкладки конденсатора, то есть накапливают заряды.

При нарушении изоляции любой из фаз на контур земли создается замкнутая электрическая цепочка, через которую начинает стекать только емкостной ток. Он не создает короткое замыкание. Поэтому подобную неисправность допускается действующими документами устранять не мгновенно, а с выдержкой времени до двух часов. Она необходима оперативному персоналу как резерв на изменение схемы питания потребителей поврежденной линии без перерыва их электроснабжения.

С этой целью релейные защиты ЛЭП настраиваются в работу на сигнал, а не на отключение питания. Однако в такой ситуации проявляется двойная опасность:

1. попадания человека под действие шагового напряжения, оказавшегося в случайном месте возникновения неисправности;

2. возникновения электрической дуги, когда емкостной ток станет превышать величину в 20 ампер.

Горение дуги разрушает изоляцию проводов и кабелей, переводит однофазное замыкание в двух- или трехфазное КЗ со всеми негативными последствиями. Ее действие ограничивают защитными устройствами.

Назначение дугогасящих реакторов

Схема компенсации емкостного тока

Обмотка катушки L включается между нейтралью генератора и контуром земли. Она обладает индуктивным сопротивлением, которое можно регулировать посредством переключения числа витков. Измерительный трансформатор ТА позволяет контролировать проходящий ток для принятия действенных мер.

Такой способ подключения обмотки катушки позволяет создавать последовательную цепочку, состоящую из емкости и индуктивности, к которой приложено напряжение источника фазы с поврежденной изоляцией.

Емкостной и индуктивный токи находятся в противофазе, сдвинуты на общий угол 180 градусов. Действие емкостного тока ограничивается индуктивным, направленным встречно. В итоге суммарная величина, проходящая через поврежденную изоляцию, значительно уменьшается.

Дугогасящие реакторы могут создаваться под индивидуальные условия эксплуатации, не требующие специальных настроек для линий ограниченной длины или изготавливаться с возможностью регулировки индуктивного сопротивления катушки:

В первом случае изменение индуктивности осуществляется за счет переключения числа обмоток, подключенных к отпайкам.

Плавную регулировку выполняют:

плунжерные конструкции, регулирующие воздушный зазор магнитопровода;

реакторы с подмагничиванием постоянным током, использующие принципы магнитных усилителей.

Дугогасящие реакторы постоянной индуктивности создаются без систем управления.

Для регулирования индуктивности используются конструкции с:

ручным переключением числа работающих витков. Этот процесс не только трудоемкий, но и требует снятия напряжения с реактора;

приводом, работающим автоматически под нагрузкой сети;

измерителем емкости, позволяющим автоматически подстраивать индуктивность под результат замера за счет плавного регулирования тока.

Современные конструкции дугогасящих реакторов в управлении используют микропроцессорные технологии, облегчающие возможности эксплуатации предоставлением обслуживающему персоналу расширенной информации по статистике замыканий, поиску повреждений и другим полезным функциям.

Источник

Выбор токоограничивающих реакторов: формулы расчета, принцип выбора

Выбор токоограничивающих реакторов: формулы расчета, принцип выбора

Реакторы устанавливаются на сборных шинах подстанций или на отходящих линиях для ограничения тока (мощности) короткого замыкания; на шинах подстанций или питающих линиях для обеспечения необходимого значения остаточного напряжения на шинах подстанций, ограничения пусковой мощности при пуске асинхронных или синхронных двигателей. Выбор реактора может производиться по заданному снижению тока короткого замыкания, заданному значению остаточного напряжения.

Необходимая реактивность реактора при заданном снижении тока короткого замыкания определяется по формуле:

Выбор токоограничивающих реакторов: формулы расчета, принцип выбора

где Iр.ном, Sр.ном — соответственно номинальный ток и номинальная проходная мощность реактора; It, St — соответственно ток и мощность короткого замыкания, соответствующий действительному времени отключения и ограниченный реактором; Iк, Sk — соответственно ток и мощность короткого замыкания до реактора, не ограниченный реактором.

Если известно относительное снижение тока за реактором у = It / Iк, то реактивность реактора, %, может определяться по формуле:

Выбор токоограничивающих реакторов: формулы расчета, принцип выбора

Относительное снижение тока у и относительное снижение напряжения а связаны между собой зависимостью а + у = 1, что позволяет достаточно просто решать задачи по определению предельной мощности короткого замыкания на шинах распределительных подстанций по условию снижения напряжения St = (1 — a)*Sк.

Выбор токоограничивающих реакторов: формулы расчета, принцип выбора

Стандартные реакторы, используемые для пуска, рассчитаны на одноминутную работу при номинальном токе. При протекании через реактор тока, отличного от номинального, длительность t изменяется обратно пропорционально квадрату тока.

Таким образом, реактор должен удовлетворять условию:

Читайте также:  Пусковой ток светильника дрл 400

Выбор токоограничивающих реакторов: формулы расчета, принцип выбора

где n — число пусков подряд; t — продолжительность пуска, мин.

Эффективность применения реактора тем выше, чем ближе расположена подстанция промышленного предприятия к источнику питания системы. Если на предприятии имеются собственные генерирующие установки, связанные с шинами 10 кВ подстанции, то можно однозначно рекомендовать применение реакторов в межсекционной связи. В общем случае применение реакторов должно быть экономически обосновано, так как установка линейных, секционных или групповых реакторов должна обеспечивать экономию за счет применения более дешевых ячеек с выключателями и кабелей меньшего сечения.

Источник



Токоограничивающие реакторы. Типы, виды, устройство, расчет токоограничивающих реакторов.

Автоматические выключатели, осуществляя отключение цепей при коротких замыканиях, не защищают эти цепи от разрушающего действия электродинамических сил. В современных мощных сетях токи короткого замыкания, а следовательно, и электродинамические силы бывают настолько велики, что часто не представляется возможным выполнить установки с требуемой электродинамической и термической стойкостью. С целью ограничения ударного тока короткого замыкания (КЗ) в мощных сетях применяются Токоограничивающие реакторы, которые устанавливаются на отходящих фидерах (1 и 2) (рис. 3-1) и между секциями сборных шин (3). Кроме ограничения тока КЗ реакторы одновременно во время короткого замыкания поддерживают напряжение на питающих шинах на некотором определенном уровне.

Реактор представляет собой катушку с постоянным индуктивным сопротивлением х = ωL. Одним из основных параметров является его индуктивное сопротивление Хр, равное отношению падения напряжения на реакторе Uр при протекании по нему номинального тока к фазному напряжению Uф. Индуктивное сопротивление выражается в процентах. Если пренебречь омическим сопротивлением реактора, то

расчет реактора

Индуктивное сопротивление фидерных реакторов выбирается обычно 6 — 8 %, а секционных 8-12%.

Схема включения токоограничивающих реакторов

Рис. 3-1. Схема включения токоограничивающих реакторов: а – одинарных; б – сдвоенных.

1 – фидерный; 2 – фидерный групповой; 3 – межсекционный; 4 – сдвоенный.

Следует отметить, что при номинальном режиме потери напряжения на реакторе ∆Uф не равны численно падению напряжения Up на нем (рис. 3 -2, а и б) и существенно зависят от величины cosφ(∆Uф → 0 при cosφ =1; ∆Uф = Uр при cosφ = 0; ∆Uф ≈0,5Uр при cosφ = 0,8). Таким образом, при номинальном режиме обеспечивается допустимое (3—4%) отклонение напряжения у потребителей. При коротком замыкании cosφ>0 и большая часть напряжения приходится на реактор (рис. 3-2,6), вследствие чего на сборных шинах поддерживается сравнительно высокое остаточное напряжение, значение которого зависит от соотношения сопротивлений сети до реактора и самого реактора. Если пренебречь активным сопротивлением сети и реактора, то кратность установившегося тока короткого замыкания будет

расчет токоограничивающего реактора

Ударный ток короткого замыкания при расчете реакторов берется равным

расчет токоограничивающего реактора

Для поддержания постоянства индуктивного сопротивления токоограничивающие реакторы выполняются без стальных сердечников. При этом они получаются больших размеров и массы. Реакторы со стальными сердечниками при равной индуктивности имели бы меньшие размеры. Однако у них при больших токах сердечники насыщаются, индуктивное сопротивление таких реакторов резко снижается и реакторы теряют свои токоограничивающие свойства как раз в тот момент, когда они необходимы. Ввиду этого реакторы со стальными сердечниками не получили распространения.

Индуктивность L реакторов может быть рассчитана по следующим формулам (размеры даны в сантиметрах, L — в миллигенри):

1) для реактора с соотношением геометрических размеров подобно рис. 3-3, а и числом витков w

расчет токоограничивающего реактора

где α = 3/4 при 0,3 ≤ D/[2(h+b)]≤1 и α = 1/2 при 1 ≤ D/[2(h+b)]≤3;

2) для реактора, у которого h/D >> b/D (рис. 3-3, б)

где к1 = f(h/D) (кривая на рис. 3-3);

3) для реактора, у которого b/D >> h/D (рис. 3-3, в)

где к2 = f(b/D) (кривая на рис. 3-3);

Распределение напряжений в цепи с сектором

Рис. 3-2. Распределение напряжений в цепи с сектором:

а – при номинальном токе; б – при коротком замыкании

Получили распространение сдвоенные реакторы 4 (см. рис. 3-1,6). Такой реактор питает два фидера. Катушки каждой фазы включены так, что создаваемые ими потоки направлены встречно. При номинальном токе индуктивность (следовательно, и потери напряжения) каждой из катушек снижается из-за размагничивающего действия другой. При равных токах и коэффициенте связи, стремящемся к единице, индуктивность реактора стремилась бы к нулю. Обычно коэффициент связи равен 0,4—0,6. Соответственно уменьшаются и потери напряжения. При коротком замыкании на одном из фидеров размагничивающим действием катушки другого фидера, обтекаемой номинальным током, можно пренебречь. Индуктивность и токоограничивающее действие сдвоенного реактора получаются такими же, как у одинарного.

На напряжения до 35 кВ и для внутренней установки почти исключительное распространение получили бетонные реакторы. Бетонный реактор (рис. 3-4, а) выполняется в виде концентрически расположенных витков 1 из специального круглого изолированного многожильного провода, залитых в радиально расположенные бетонные колонки 2. Благодаря своей эластичности провод демпфирует термические и динамические усилия и тем самым частично снимает напряжения с бетона. Обмотки реактора на большие токи выполняются из нескольких параллельных проводов с транспозицией этих параллелей, обеспечивающей равномерное распределение токов.

расчет индуктивности реактора

Рис. 3-3. К расчету индуктивности реактора.

Общий вид фазы бетонного реактора и трехфазный комплект реактора

Рис. 3-4. Общий вид фазы бетонного реактора (а) и трехфазный комплект реактора (б).

Общий вид фазы масляного реактора

Рис. 3-5. Общий вид фазы масляного реактора.

Число колонок определяется диаметром намотки. Основная изоляция реактора — бетон, который проходит специальный технологический режим и выпускается с высокими механическими свойствами. Весь реактор после изготовления подвергается сушке, пропитке и покрытию влагостойкими лаками. Каждая колонка реактора устанавливается на опорные изоляторы 3, которые обеспечивают изоляцию от земли и между фазами. Фазы могут быть расположены вертикально (рис. 3-4,6), а также горизонтально или ступенчато. Все металлические детали реактора выполняются из немагнитных материалов. При больших токах применяется искусственное охлаждение.

На напряжения свыше 35 кВ и для наружной установки используются масляные реакторы (рис. 3-5). Обмотки 3 из медных проводников, изолированных кабельной бумагой, укладываются на изоляционные цилиндры 4 и размещаются в баках (баке) 2, заливаемых маслом. Концы обмотки каждой фазы выводятся через проходные изоляторы 1 наружу. Масло служит и как изолирующая, и как охлаждающая среда.

Переменное поле катушек реактора, замыкающееся через стенки бака, может привести к чрезмерному нагреву этих стенок. Для снижения нагрева стенок (и масла) необходимо ограничить замыкающийся через них магнитный поток. Для этого служат электромагнитные экраны 5 или магнитные шунты. Электромагнитный экран представляет собой медные (алюминиевые) короткозамкнутые витки, расположенные концентрично относительно обмотки реактора у стенок бака. Индуцируемые в витках токи создают в стенках бака поле, направленное встречно основному, и почти полностью его компенсируют. Нагрев стенок снижается. Магнитный шунт представляет собой пакеты листовой стали, укрепленные около стенок бака с внутренней его стороны и создающие искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, значительно меньшим сопротивления стенок бака. Магнитный поток реактора замыкается по магнитному шунту, а не через стенки.

Источник