Токоограничивающий реактор принцип действия

Токоограничивающий реактор

Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения тока короткого замыкания. Включается последовательно в схему и работает как индуктивное дополнительное сопротивление, уменьшающее ток при коротком замыкании, что увеличивает устойчивость генераторов и системы в целом.

Содержание

Применение

При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать величин более 9000 ампер, так что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения тока короткого замыкания и применяют токоограничивающие реакторы.

Устройство и принцип действия

Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В нормальном режиме на реакторе наблюдается падение напряжения порядка 3-4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания бо́льшая часть напряжения приходится на реактор. Значение максимального ударного тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

где I_H — номинальный ток сети, Xp — реактивное сопротивление реактора. Соответственно, чем выше будет реактивное сопротивление, тем меньше будет значение максимального ударного тока в сети.

Реактивность прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению катушки. При больших токах у катушек со стальными сердечниками происходит насыщение сердечника, что резко снижает реактивность, и, как следствие, реактор теряет свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы выполняют без стальных сердечников, несмотря на то, что при этом, для поддержания такого же значения индуктивности, их приходится делать больших размеров и массы.

Виды реакторов

Бетонные реакторы

Получили распространение на внутренней установке и на напряжения до 35 кВ. Бетонный реактор представляет собой концентрически расположенные витки изолированного многожильного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонки. Бетон выпускается с высокими механическими свойствами. Все металлические детали реактора изготавливаются из немагнитных материалов. В случае больших токов применяют искусственное охлаждение.

Фазные катушки реактора располагают так, что при собранном реакторе поля катушек расположены встречно, что необходимо для преодоления продольных динамических усилий при коротком замыкании.

Масляные реакторы

Применяются в сетях с напряжением выше 35 кВ. Масляный реактор состоит из обмоток медных проводников, изолированных кабельной бумагой, которые укладываются на изоляционные цилиндры и заливаются маслом. Масло служит одновременно и изолирующей и охлаждающей средой. Для снижения нагрева стенок банки от переменного поля катушек реактора применяют электромагнитные экраны или магнитные шунты.

Электромагнитный экран представляет собой расположенные концентрично относительно обмотки реактора короткозамкнутые медные или алюминиевые витки вокруг стенок банки. Экранирование происходит за счет того, что в этих витках возникает встречное электромагнитное поле, которое компенсирует основное поле.

Магнитный шунт — это пакеты листовой стали, расположенные внутри банки около стенок, которые создают искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, меньшим сопротивлением стенок банки, что заставляет основной магнитный поток реактора замыкаться по нему, а не через стенки банки.

Для предотвращения взрывов, связанных с перегревом масла в банки, согласно ПУЭРу, все реакторы на напряжение 500кВ и выше должны быть оборудованы газовой защитой. ®

Литература

• Родштейн Л. А. «Электрические аппараты: Учебник для техникумов» — 3-е изд., Л.:Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Техногенное происшествие
• Ниточкин, Анатолий Дмитриевич

Смотреть что такое «Токоограничивающий реактор» в других словарях:

токоограничивающий реактор — [ГОСТ 18624 73] EN current limiting reactor reactor connected in series in a power system to limit the current under system fault conditions [IEC 60076 6, ed. 1.0 (2007 12)] series reactor a reactor intended for series connection in a network,… … Справочник технического переводчика

токоограничивающий реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой — Реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой, предназначенный для включения между работающим и вводимым в работу ответвлением с целью ограничения переходного тока в переключаемой части обмотки и перевода нагрузки с одного ответвления … Справочник технического переводчика

Токоограничивающий реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой — 6.23. Токоограничивающий реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой Реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой, предназначенный для включения между работающим и вводимым в работу ответвлением с целью ограничения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

заземляющий токоограничивающий реактор — Токоограничивающий однофазный реактор с относительно малым индуктивным сопротивлением, предназначенный для включения между нейтралью и землей с целью ограничения тока при коротком замыкании сети на землю [ГОСТ 18624 73] Тематики реактор… … Справочник технического переводчика

управляемый токоограничивающий реактор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN transductor fault limiting reactor … Справочник технического переводчика

Реактор — Виды реакторов: Биореактор прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза. Дугогасящий реактор электрический аппарат с изменяемой индуктивностью, служащий для уменьшения токов однофазных замыканий… … Википедия

Лабораторный реактор — Labreactor R 201 Лабораторный реактор используется для проведения автоматизированных исследований химических и физических процессов в лабораториях, занимающихся разработкой новых продуктов или технологий. Описание Основой лабораторного… … Википедия

Химический реактор — Внутренний вид реактора из нержавеющей стали аустенитного класса (ANSI 316) с трёхступенчатой мешалкой. Периодическая проверка специалистом внутреннего состояния … Википедия

переходный реактор устройства РНП — Сдвоенный токоограничивающий реактор устройства РПН, общий зажим ветвей которого постоянно присоединен к сети [ГОСТ 18624 73] Тематики реактор электрический Классификация >>> Обобщающие термины виды реакторов Синонимы переходный реактор … Справочник технического переводчика

пусковой реактор — Токоограничивающий реактор, предназначенный для пуска электродвигателей [ГОСТ 18624 73] EN motor starting reactor reactor connected in series with a motor to limit the inrush current during the motor starting operation [IEC 60076 6, ed. 1.0 (2007 … Справочник технического переводчика

Токоограничивающий реактор

Здравствуйте! Токоограничивающий реактор предназначен для ограничения величины токов, возникающих при коротких замыканиях на линиях или шинах станций и подстанций. По сути, это катушка индуктивности, подчиняющаяся закону коммутации, который гласит, что ток в цепи с индуктивностью не может изменяться скачкообразно.

Характеристики

Реактор характеризуется следующими величинами:

• Индуктивное сопротивление, выраженное в процентах.

Увеличение активного сопротивления устройства, приводит к большему ограничению, протекающего через него, тока короткого замыкания.

Индуктивное сопротивление аппарата выражается в процентном соотношении и показывает, какая часть от номинального напряжения, при протекании заданного тока, рассеивается на индуктивном сопротивлении.

Применение

Токоограничивающие реакторы устанавливаются последовательно нагрузке, на отходящих линиях электростанций и подстанций, на участках, где требуется уменьшить величину тока короткого замыкания. Ограничение величины протекающего тока, позволяет применять менее сложную аппаратуру релейной защиты и автоматики, а также высоковольтные выключатели, с меньшим максимальным током отключения. Все это позволяет значительно уменьшить стоимость распределительных устройств.

Устройство и принцип действия

Конструктивно реактор представляет собой катушку индуктивности, обладающую большим индуктивным и малым активным сопротивлением. Катушка состоит и медного или алюминиевого провода, с сечением, допускающим протекание номинального тока электроустановки, намотанного на опору из изоляционного материала.

При нормальной работе сети, падение напряжения на обмотке реактора составляет 3 – 4%. В момент возникновения в электрической системе токов короткого замыкания, падение напряжения на нем многократно возрастает, что позволяет ограничить величину тока, до приемлемых величин.

В аппаратах ограничения тока не применяются стальные сердечники, так как при возникновении короткого замыкания на линии, происходит насыщение стали, и реактивное сопротивление катушки резко уменьшается, вследствие чего она теряет свои токоограничивающие свойства.

При проектировании схем следует помнить, что если на линиях электропередач применяется система высокочастотной связи или высокочастотной защиты от повреждений, установленный реактор может гасить частоты технологии PLC.

Виды реакторов

По типу установки реакторы делятся на:

• Устройства наружной установки. Предназначены для эксплуатации под открытым небом, без дополнительной защиты от непогоды.

• Аппараты внутреннего исполнения. Применяются только в закрытых помещениях (ЗРУ), обеспечивающих защиту от внешней среды.

По классу напряжения:

• Среднего напряжения (3 – 35 кВ).

• Высокого напряжения (110 – 500 кВ).

• Межсекционные. Предназначены для создания электрической связи между секциями распределительного устройства, включаются они последовательно с межсекционным выключателем. В момент возникновения короткого замыкания на одной из секций, токоограничивающий аппарат предотвратит бросок тока на неповрежденной секции и предотвратит ложное срабатывание ее защит.

• Фидерные. Устанавливаются на отходящие фидерные линии и предназначены для дугогашения при коротком замыкании на линии. Дугогасительный реактора ограничит ток и не даст развиться дуге, предотвратив повреждение оборудования. Применяются в сетях с глухозаземленной нейтралью.

• Фидерные групповые. Имеют то же назначение и принцип действия, что и фидерные реакторы, но предназначены для установки на группу отходящих присоединений.

• Броневые. Для экономии дорогостоящих материалов, при условии точного расчета токов короткого замыкания, способных возникнуть в электрической сети, допускается применять токоограничивающие реакторы с сердечником из броневой конструкции из электротехнической стали. Данные устройства обладают меньшей массой, нежели их аналоги, изготовленные по другим технологиям, размерами и стоимостью. К недостаткам броневого реактора можно отнести возможность потери им токоограничивающих свойств, при прохождении в сети токов короткого замыкании, выше, чем токи, на которые он рассчитан.

• Бетонные. Широко распространены на подстанциях до 35 кВ. Имеют малую стоимость и неприхотливы к условиям эксплуатации. Аппаратам такого рода требуется минимальное техническое обслуживание (осмотр и протяжка соединений), так как они изготавливаются из витков многожильного, изолированного провода, залитого в бетонное основание. При возникновении токов короткого замыкания, все детали устройства испытывают большие механические нагрузки, поэтому бетон для изготовления основания применяется особой прочности (вибрационный замес). При прохождении больших токов, бетонные реакторы могут быть оснащены принудительным охлаждением, в таком случае в маркировку аппарата добавляется буква «Д» — дутье. Катушки реактора располагаются встречно, для уменьшения суммарных магнитных потоков, возникающих при больших токах короткого замыкания.

• Масляные. Применяются в высоковольтных сетях (свыше 35 кВ). На каждую фазу приходится свой герметичный бак с маслом, в котором уложены витки катушки индуктивности. Масло является изолятором и одновременно охлаждает катушку, предотвращая ее перегрев и разрушение реактора. Стенки бака предохраняются от нагрева при помощи специальных магнитных шунтов и электромагнитных экранов.

Магнитный шунт. Представляет собой пакеты листовой, электротехнической стали, установленные внутри масляного бака реактора. Шунт обладает очень малым магнитным сопротивлением, благодаря чему магнитный поток катушки реактора замыкается через него, а не через стенки бака.

Электромагнитный экран. Обмотки реактора обкладываются короткозамкнутыми витками из медного или алюминиевого провода, возникающее в этих витках электромагнитное поле, противодействует полю, наводимому катушками устройства. В результате чего, сила действия основного поля значительно ослабевает или исчезает вовсе.

Во избежание разрыва бака, при перегреве реактора и в результате повышенном газообразовании масла, все аппараты, рассчитанные на напряжение 500 кВ и выше, оснащаются специальными устройствами газовой защиты (газовыми реле). Которые при закипании масла выдают команду на отключение реактора, либо на сигнал обслуживающему персоналу.

• Сдвоенные. Используются для уменьшения падения напряжения на линиях большой протяженностью. Конструктивно представляют две обмотки на каждой фазе, включаемые встречно, в результате чего индуктивность реактора стремиться к нулю, а падение напряжение уменьшается. При возникновении токов короткого замыкания, магнитное поле катушки резко возрастает и реактора работает в обычном режиме токоограничения. К недостаткам устройства можно отнести его большие массу и габариты, а также значительную стоимость (примерно в два раза, по сравнению с реактором другого исполнения).

• Сухие. Являются самой новой разработкой, внедряемой в промышленность. Они широко применяются в сетях с напряжением до 220 кВ. Сухой реактор представляет собой катушку индуктивности из кабелей, намотанную на диэлектрическом каркасе. Аппараты сухого исполнения имеют малую стоимость и хорошие показатели, как по ограничению токов короткого замыкания, так и по охлаждению обмоток.

• Сглаживающие реакторы. Этот электрический аппарат следует отметить отдельно. Сглаживающие реакторы применяются для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепях питания мощных электродвигателях электровозов и электропоездов. Устройство представляет собой катушку со стальным сердечником, обладающую малым активным сопротивлением, в результате чего, реактор не оказывает влияния на постоянную составляющую выпрямленного тока. Однако переменный ток, присутствующий в цепи, рассеивается на индуктивном сопротивлении катушки.

Заключение

В статье рассказано о назначении и видах реакторов, применяемых для ограничения тока в цепи. Самым важным в работе этих устройства является снижение тока короткого замыкания, который должен разорвать высоковольтный выключатель и уменьшение возникающей дуги (для дугогасящих реакторов) в сетях с глухозаземленной нейтралью. Дуга не возникает, так как для ее создания не хватит тока в цепи, в результате чего, оборудование останется неповрежденным, и будет снижен риск для жизни и здоровья обслуживающего персонала.

Однако следует помнить, что применение токоограничивающего реактора, требует проведения более сложных расчетов для устройств релейной защиты и автоматики, а также то, что несоответствие параметров аппарата, значениям сети, не обеспечит необходимого снижения тока.

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

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

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

Ударный ток короткого замыкания при расчете реакторов берется равным

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

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);

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.

Рис. 3-3. К расчету индуктивности реактора.

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

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.

Токоограничивающий реактор: устройство и принцип действия

Токоограничивающий реактор представляет собой катушку со стабильным индуктивным сопротивлением. В цепь прибор подключен последовательно. Как правило, такие устройства не имеют ферримагнитных сердечников. Стандартным считается падение напряжения порядка 3-4%. Если происходит короткое замыкание, основное напряжение подается на токоограничивающий реактор. Максимально допустимое значение рассчитывается по формуле:

In = (2, 54 Ih/Xp) x100%, где Ih – номинальный сетевой ток, а Хр – реактивное сопротивление.

Бетонные конструкции

Электрический аппарат представляет собой конструкцию, которая рассчитана на длительную эксплуатацию в сетях с напряжением до 35 кВ. Обмотка сделана из эластичной проводки, которые демпфируют динамические и термические нагрузки посредством нескольких параллельных цепей. Они позволяют равномерно распределять токи, разгружая при этом механическое усилие на стационарную бетонную основу.

Режим включения катушек фаз выбирают так, чтобы получилось встречное направление магнитных полей. Это также способствует ослаблению динамических усилий при ударных токах КЗ. Открытое размещение обмоток в пространстве способствует обеспечению отличных условий для естественного атмосферного охлаждения. Если тепловые воздействия превышают допустимые параметры, либо происходит короткое замыкание, применяется принудительный обдув при помощи вентиляторов.

Сухие токоограничивающие реакторы

Эти приспособления появились в результате разработки инновационных изоляционных материалов, базирующихся на структурной основе из кремния и органики. Агрегаты успешно функционируют на оборудовании до 220 кВ. Обмотка на катушку наматывается многожильным кабелем с прямоугольным сечением. Он имеет повышенную прочность и покрывается специальным слоем кремнийорганического лакокрасочного покрытия. Дополнительный эксплуатационный плюс – наличие силиконовой изоляции с содержанием кремния.

По сравнению с бетонными аналогами, токоограничивающий реактор сухого типа имеет ряд преимуществ, а именно:

• Меньшая масса и габаритные размеры.
• Увеличенная механическая прочность.
• Повышенная термостойкость.
• Больший запас рабочего ресурса.

Масляные варианты

Данное электротехническое оборудование оснащается проводниками с изолирующей кабельной бумагой. Устанавливается оно на специальных цилиндрах, которые находятся в резервуаре с маслом или аналогичным диэлектриком. Последний элемент также играет роль детали для отвода тепла.

Для нормализации нагрева металлического корпуса в конструкцию включают магнитные шунты или экраны на электромагнитах. Они позволяют уравновесить поля промышленной частоты, проходящие по виткам обмотки.

Шунты магнитного типа изготавливаются из стальных листов, размещающихся в середине масляного резервуара, непосредственно возле стенок. В результате образуется внутренний магнитопровод, который на себе замыкает поток, создаваемый обмоткой.

Экраны электромагнитного типа создаются в виде короткозамкнутых витков из алюминия или меди. Устанавливаются они около стенок емкости. В них происходит индукция встречного электромагнитного поля, уменьшающего воздействие основного потока.

Модели с броней

Данное электротехническое оборудование создается с сердечником. Подобные конструкции требуют точного расчета всех параметров, что связано с возможностью насыщения магнитного провода. Также требуется тщательный анализ условий эксплуатации.

Сердечники с броней, изготовленные из электротехнической стали, дают возможность уменьшить габаритные размеры и массу реактора наряду со снижением стоимости прибора. Стоит отметить, что при использовании таких устройств требуется учитывать один важный момент: ударный ток не должен превышать предельно допустимого значения для данного рода приспособлений.

Принцип действия токоограничивающих реакторов

В основу конструкции входит катушечная обмотка, имеющая индуктивное сопротивление. Оно включено в разрыв главной питающей цепи. Характеристики этого элемента подбираются таким образом, чтобы при стандартных эксплуатационных условиях напряжение не падало выше 4% от общей величины.

Если в защитной схеме возникает аварийная ситуация, токоограничивающий реактор за счет индуктивности гасит преимущественную часть приложенного высоковольтного воздействия, одновременно сдерживая ударный ток.

Схема работы прибора доказывает тот факт, что при увеличении индуктивности катушки прослеживается снижение воздействия ударного тока.

Особенности

Рассматриваемый электрический аппарат оснащен обмотками, которые имеют магнитный провод из стальных пластин, служащий для повышения реактивных свойств. В таких агрегатах в случае прохождения больших токов по виткам наблюдается насыщение материала сердечника, а это приводит к снижению его токоограничивающих параметров. Следовательно, подобные приспособления не нашли широкого применения.

Преимущественно реакторы-токоограничители не оборудуются стальными сердечниками. Связано это с тем, что достижение необходимых характеристик индуктивности сопровождается значительным увеличением массы и габаритов приспособления.

Ударный ток короткого замыкания: что это?

Для чего нужен реактор токоограничивающий на 10 кВ и более? Дело в том, что при номинальном режиме питающая высоковольтная энергия расходуется на преодоление максимального сопротивления активной электросхемы. Она, в свою очередь, состоит из активной и реактивной нагрузки, обладающей емкостными и индуктивными связями. В результате создается рабочий ток, который оптимизируется при помощи полного сопротивления цепи, мощности и показателя напряжения.

При коротком замыкании происходит шунтирование источника посредством случайного подключения максимальной нагрузки в сочетании с минимальным активным сопротивлением, что характерно для металлов. При этом наблюдается отсутствие реактивной составляющей фазы. Короткое замыкание нивелирует равновесие в рабочей схеме, образуя новые типы токов. Переход от одного режима к другому происходит не мгновенно, а в затянутом режиме.

Во время этой кратковременной трансформации изменяются синусоидные и общие величины. После короткого замыкания новые формы тока могут приобретать вынужденную периодическую либо свободную апериодическую сложную форму.

Первый вариант способствует повторению конфигурации питающего напряжения, а вторая модель предполагает преобразование показателя скачками с постепенным убыванием. Формируется она посредством емкостной нагрузки номинального показателя, рассматриваемого как холостой ход для последующего короткого замыкания.

Токоограничивающие реакторы. Устройство, принцип действия, режимы реакторов.

Ректоры служат для искусственного увеличения сопротивления короткозамкнутой цепи, а следовательно, для ограничения токов КЗ и поддержания необходимого уровня напряжения при повреждениях за реакторами. Реактор представляет собой индуктивную катушку без сердечника, поэтому его сопротивление не зависит от протекающего тока. Токоограничивающие реакторы применяются на станциях типа ТЭЦ: а) между секциями ГРУ (секционные реакторы) – реактор LRK на рис. 1, а; б) для питания местных потребителей от сборных шин ГРУ (линейные LR1 или групповые LR2 реакторы) – рис. 1, а; в) для питания местных потребителей от блочных ТЭЦ через реактированные отпайки – рис. 1, б. Иногда возникает необходимость установки токоограничивающих реакторов в цепях вводов низшего напряжения понижающих трансформаторов на подстанциях (рис. 1, в).

Рис. 1. Схемы подключения токоограничивающих реакторов:

а – на ТЭЦ, имеющих ГРУ; б – на ТЭЦ блочного типа; в – на подстанциях

В настоящее время широкое применение получили токоограничивающие бетонные реакторы с алюминиевой обмоткой марки РБ. Витки обмотки изолированы друг от друга, намотаны на специальный каркас и укреплены в бетонных колоннах, которые предотвращают их смещение под действием собственной массы и электродинамических усилий при протекании токов КЗ. От заземленных конструкций, а при вертикальной установке – и от соседних фаз, реакторы изолируются с помощью опорных изоляторов. Бетонные ректоры выпускаются на номинальные токи до 4000 А и изготовляются для вертикальной, горизонтальной и ступенчатой установки. При больших номинальных токах в цепях снижения потерь активной мощности в самих реакторах они выполняются с искусственным охлаждением (вентиляцией камер). Применяются сдвоенные реакторы серии РБС, у которых имеется дополнительный вывод от средней точки обмотки. Средний вывод делит обмотку реактора на две ветви, намотанные согласно. Обе ветви рассчитывают на одинаковый номинальный ток. Средний вывод обычно подключают к источнику питания и рассчитывают на двойной номинальный ток (рис. 2). В настоящее время выпускают сухие одинарные токоограничивающие реакторы внутренней установки типа РТОС, рассчитанные на U_НОМ = 10 кВ, I_НОМ = 1600, 2500, 4000 А.

Принципиальная схема включения сдво­енного реактора приведена на рис. 15.3. Для сдвоенного реактора характерными величинами являются индуктивность обмо­ток L и их взаимная индуктивность М. От­ношение M/L называют коэффициентом связи k_св. Для применяемых на практике реакторов k_св= 0,4. 0,6. Индуктивности оп­ределяются по формулам

где X_L — сопротивление одной ветви сдвоенного реактора; Х_м — со­противление взаимоиндукции ветвей сдвоенного реактора. За номинальный ток сдвоенного реактора принимают ток од­ной ветви I_ном.с.р, средний зажим рассчитан на двойной ток. Наличие магнитной связи между двумя ветвями реактора обус­ловливает такой режим работы, когда ток /одной ветви реактора наводит в другой ветви реактора напряжение, равное IХ_м=IX_Lk_св, которое в свою очередь может иметь направление, совпадающее или противоположное направлению падения напряжения в дру­гой ветви реактора. Таким образом, суммарное падение напряжения в сдвоенном реакторе зависит от направления токов в ветвях. Учитывая это, различают следующие характерные режимы работы сдвоенного реактора: сквозной, продольный, одноцепный (рис. 15.4). При сквозном режиме цепь от источника тока присоеди­няют к среднему зажиму, а нагрузки приблизительно одинаковой величины — к его концам. Сквозной режим соответствует нормаль­ному режиму. Токи, проходящие по обеим ветвям реактора, будут иметь противоположные направления и соответственно уменьшать падения напряжения в каждой ветви. Реактивное сопротивление одной ветви при сквозном режиме уменьшается до

Соответственно уменьшаются и потери напряжения в нормаль­ном режиме, что является достоинством сдвоенного реактора по сравнению с одинарным. При продольном режиме реактор как бы отключен от среднего зажима и происходит переток от одной секции в другую при КЗ на этой секции шин. Токи в ветвях одинаковы и направлены в одну сторону.

Результирующее сопротивление сдвоенного реактора в продольном режиме (режиме КЗ на одной из секций шин):

При одноцепном режиме током обтекается одна ветвь реактора. Падение напряжения между точками «0» и «1» равно падению напряжения в одинарном реакторе с индуктивным сопротивлени­ем одной ветви, т.е. Х_Lодн=X_L. Этот режим возникает при увеличе­нии тока в одной из ветвей реактора, например при КЗ или под­ключении резкопеременной нагрузки. В справочниках приводятся следующие технические данные сдво­енных реакторов: тип; номинальное индуктивное сопротивление X_L, Ом или % (отн. ед.); индуктивные сопротивления обеих ветвей X_Lпрод и X_Lcкв, Ом или % (отн. ед.); номинальный коэффициент связи ксв; номи­нальные потери активной мощности на фазу; длительно допустимый номинальный ток при естественном охлаждении I_ном.с.р= 630. 2100 А; электродинамическая стойкость i_дин токам КЗ; термическая стойкость токам КЗ t_терм = 8 с; электродинамическая стойкость при встречных токах КЗ; габаритные размеры: наружный диаметр по бетону (1490. 2140 мм), высота (3640. 4200 мм); масса фазы. Номинальная реактивность Х_р.сдв % сдвоенного реактора при X_р, Ом; I_ном.с.р, А; U_ном.р, кВ:

Выбор сдвоенных реакторов производится по номинальному току, номинальному напряжению, индуктивному сопротивлению; провер­ка производится на электродинамическую и термическую стойкость токам КЗ, остаточное напряжение, потери напряжения. Потери на­пряжения в сдвоенном реакторе определяются по выражению

Где I_нагр — ток нагрузки ветви реактора. Остаточное напряжение на шинах КЗ за одной из ветвей сдвоен­ного реактора определяется по выражению

где I_пt — ток КЗ при повреждении за ветвью реактора; I_нагр — рабо­чий ток другой ветви реактора.

Токоограничивающие реакторы

Реактор – это катушка с неизменной индуктивностью, предназначенная для поддержания напряжения на шинах и ограничения токов короткого замыкания в случае возникновения аварийных режимов работы. Для более детального понимания давайте рассмотрим рисунок ниже:

Сборные шины 2 получают питание от генератора 1. От этих шин идут линии 3 к потребителю. Рассмотрим два случая – за выключателем 4 реактор не установлен, а за выключателем 5 установлен реактор 6.

В случае возникновения трехфазного короткого замыкания за выключателем 4 ток короткого замыкания I_к1 будет определяться в основном индуктивным сопротивлением генератора:

Введем понятие относительного индуктивного сопротивления генератора, выраженного в процентах:

Где I_н.г – номинальный ток генератора.

Воспользовавшись формулами (1) и (2) получим:

В таком случае напряжение на сборных шинах станет равно нулю и, соответственно, на всех отходящих линиях напряжения тоже не будет.

Стоит также отметить, что выключатель 4 должен быть выбран по току короткого замыкания I_k1.

В случае короткого замыкания на линии с реактором ток короткого замыкания будет определяться суммарным сопротивлением реактора и генератора:

Введем относительное реактивное сопротивление реактора в процентах:

Обычно от одного источника питаются несколько десятков потребителей электрической энергии. Поэтому значение номинального тока линии намного меньше номинального тока генератора. Длительный ток реактора выбирается исходя из длительного тока линии, откуда следует I_н.р > Х_г. При этом можно написать:

При сделанных допущениях ток короткого замыкания будет определяться только параметрами реактора.

Реактор довольно надежный аппарат и его повреждение или выход из строя практически исключены. Поэтому выбор аппаратуры линии производят по току производят исходя из соотношения I_k2 > X_г, то в случае возникновения короткого замыкания практически все напряжение ложится на индуктивное сопротивление реактора и напряжение на шинах получается близким к номинальному (рисунок ниже а)):

В номинальном режиме работы через реактор проходит ток нагрузки. Потерю напряжения на реакторе можно определить по формуле:

Векторная диаграмма напряжения показана на рисунке выше б). При чисто индуктивной нагрузке φ = 90 0 потеря напряжения равна падению напряжения на реакторе. В случае работы на активную нагрузку с cosφ = 0,8 потеря напряжения равна 0,6 Х_р%. Отсюда следует, что потеря напряжения на реакторе в длительном режиме невелика.

В настоящее время разработаны и успешно эксплуатируются специальные сдвоенные реакторы, у которых в номинальном режиме работы потеря напряжения еще меньше.

Поскольку выбор электрической аппаратуры распределительного устройства проводится с учетом ограничения тока короткого замыкания реактором, то к его надежности предъявляются особо высокие требования.

В номинальном режима работы обмотка реактора нагревается проходящим через него током. Мощность, которая выделяется в обмотке реактора, составляет несколько киловатт при малых токах, и несколько десятков киловатт при больших токах (I_н.р = 2000 А).

В случае короткого замыкания через реактор проходит ток во много раз превышающий номинальное значение. Данное явление приводит к быстрому повышению температуры реактора.

Поэтому в качестве основных параметров вводят длительный номинальный ток I_н и ток термической стойкости I_н.т, отнесенный к определенному времени t_н.т. Иногда термическая стойкость задается произведением:

Если индуктивное сопротивление реактора превышает 3%, то наибольший ток короткого замыкания, проходящий через реактор, задается соотношением:

Данный ток берется за основу при расчете электродинамической и термической стойкости реактора.