Тема 13. Токоограничивающие реакторы.(1/0/0;1/0/0)

План лекции

1 Назначение и схемы включения реакторов

2 Ограничение тока КЗ и поддержание напряженияна шинах при помощи реакторов

3 Конструкция реакторов и способы монтажа реакторов

4 Сдвоенный реактор

Реакторы служат для ограничения токовКЗ в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждениях за реакторами.

Основная область применения реакторов — электрические сети напряжением 6—10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы используются в установках 35 кВ и выше, а также при напряжении ниже 1000 В.

Реактор представляет собой индуктивную катушку, не имеющую сердечника из магнитного материала. Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением, не зависящим от протекающего тока.

Возможные схемы включения реакторов представлены на рисунке 1.

Для мощных и ответственных линий может применяться индивидуальное реактирование (рисунок 1, а). Когда через реактор питается группа линий (например, в системе собственных нужд), его называют групповым (рисунок 1, б).

Рисунок 1 - Схемы включения реакторов:

а — индивидуальное реактирование;

б —групповой реактор;

в — секционный реактор

Реактор, включаемый между секциями распределительный устройств, называют секционным реактором (рисунок 4.1, в).

Основным параметром реактора является его индуктивное сопротивление ,Ом. В некоторых каталогах приводится

где — номинальный ток реактора, А;

— номинальное напряжение реактора, В.

Эффект ограничения тока и поддержания остаточного напряжения на шинах при КЗ за реактором иллюстрируется рисунком 2.

Поддержание более высокого уровня остаточного напряжения благоприятно сказывается на потребителях электроэнергии, питающихся от того же источника, что и поврежденная цепь. С учетом этого в режиме КЗ целесообразно иметь возможно большее значение индуктивного сопротивления .

Однако по условиям работы электроустановки в нормальном режиме чрезмерно увеличивать сопротивление реактора нельзя из-за одновременного увеличения потери напряжения в реакторе при протекании рабочего тока. Особенно это заметно при использовании реакторов в качестве групповых и индивидуальных.

Рисунок 2 - Ограничение тока КЗ и поддержание напряжения

на шинах при помощи реакторов:

напряжение на шинах при отсутствии (а)

и наличии (б) реактора

Схемы реактированной линии и диаграммы, характеризующие распределения напряжений в нормальном режиме работы, приведены на рисунке 3.

На векторной диаграмме изображены: — фазное напряжение перед реактором, — фазное напряжение после реактора и — ток, проходящий по цепи.

Угол j соответствует сдвигу фаз между напряжением после реактора и током. Угол между векторами и представляет собой дополнительный сдвиг фаз, вызванный индуктивным сопротивлением реактора. Если не учитывать активное сопротивление реактора, отрезок АС представляет собой падение напряжения в индуктивном сопротивлении реактора.

Алгебраическая разность напряжений до реактора и после него, т. е. отрезок АВ, соответствует потере напряжения в реакторе. Опустив из точки С перпендикуляр на вектор ОВ и пренебрегая незначительным отрезком BB₁, можно считать потерей напряжения отрезок AB₁. Из треугольника АСВ₁, нетрудно вывести приближенное выражение для определения потери напряжения в реакторе. Потеря напряжения в реакторе при протекании тока I и заданном значении cosj определяется из выражения

где – номинальное напряжение установки, где используется реактор.

Допустимая потеря напряжения в реакторе обычно не превышает 1,5-2%.

Рисунок 3 - Нормальный режим работы цепи с реактором:

а – схема цепи; б – диаграмма напряже­ний; в – векторная диаграмма

Значительная потеря напряжения в нормальном режиме работы цепи не позволяет устанавливать индивидуальные и групповые реакторы большого сопротивления.

Поэтому для случаев, когда требуются значительные ограничения тока КЗ, разрабатывают специальные более сложные устройства, так называемые БТУ - безинерционные токоограничивающие устройства.

На рисунке 4 приведена схема простейшего БТУ, в состав которого входят: реактор с большим индуктивным сопротивлением, емкость, настроенная в резонанс с реактором так, чтобы результирующее сопротивление БТУ в нормальном режиме приближалось к минимально возможному. Параллельно емкости включена индуктивность в нормальном режиме с ненасыщенным ферромагнитным сердечником. Индуктивность в нормальном режиме имеет большое сопротивление, и ток через нее мал. При КЗ ток через емкость возрастает, увеличивается падение напряжения на ней, а следовательно, и напряжение на индуктивности. Последняя переходит в режим насыщения сердечника, резко уменьшает свое сопротивление и закорачивает емкость. Ток КЗ ограничивается нескомпенсированным в данном случае реактором.

Рисунок 4 - Вариант схемы безинерционного токоограничивающего устройства

Ограничений по потере напряжения в нормальном режиме работы нет в случае секционного реактора, поэтому его сопротивление может быть взято существенно большим, чем в случае индивидуального или группового реактора. На случай режимов, отличных от нормального, может быть применено временное шунтирование реактора.

В настоящее время наибольшее распространение получили бетонные реакторы с алюминиевой обмоткой марки РБ.

Алюминиевые проводники обмотки реакторов покрываются несколькими слоями кабельной бумаги и хлопчатобумажной оплеткой. Обмотка наматывается на специальный каркас, а затем в определенных местах заливается бетоном. Бетон образует колонны, которые закрепляют витки обмотки, предотвращая их смещение под действием собственной массы и электродинамических усилий при протекании токов КЗ. Изоляция реактора от заземленных конструкций, а при вертикальной установке и от соседних фаз осуществляется при помощи опорных фарфоровых изоляторов (рисунок 5).

Рисунок 5 - Фаза реактора

серии РБ:

1 – обмотка реактора;

2 – бетонные колонны;

3 – опорные изоляторы

Бетонные реакторы выпускаются промышленностью на номинальные токи до 4000 А и изготовляются для вертикальной, горизонтальной и ступенчатой установки (рисунок 6).

В обмотках реактора при протекании по ним тока имеют место потери активной мощности, составляющие обычно 0,1—0,2% проходной мощности. При номинальном токе более 1000 А эти потери настолько значительны, что требуется выполнять искусственное охлаждение реактора (вентиляция камер).

Сдвоенные реакторы

Наряду с рассмотренными выше реакторами обычной конструкции в электроустановках находят применение сдвоенные реакторы. Конструктивно они подобны обычным реакторам, но от средней точки обмотки имеется дополнительный вывод. В случае применения сдвоенных реакторов источник может быть присоединен к средней точке, а потребители – к крайним, или наоборот (рисунок 7).

Рисунок 6 - Способы монтажа реакторов:

а – вертикальный монтаж: б – ступенчатый: в – горизонтальная установка фаз

Преимуществом сдвоенного реактора является то, что в зависимости от схемы включения и направления токов в обмотках индуктивное сопротивление его может увеличиваться или уменьшаться. Это свойство сдвоенного реактора обычно используется для уменьшения падения напряжения в нормальном режиме и ограничения токов при КЗ.

Ветви реактора выполняют на одинаковый номинальный ток , а средний вывод – на удвоенный номинальный ток ветви . За номинальное сопротивление сдвоенного реактора принимают сопротивление ветви обмотки при отсутствии тока в другой ветви:

или

где L – индуктивность ветви реактора (индуктивности ветвей в реакторе обычно равны между собой).

Особенности сдвоенного реактора определяются наличием магнитной связи между ветвями каждой фазы (взаимной индуктивности М). С учетом взаимной индуктивности потеря напряжения в ветви реакторапри подключении источника к средней точке (рисунок 7) определится как

Отсюда видно, что за счет взаимной индуктивности потеря напряжения в сдвоенном реакторе меньше, чем в случае обычного реактора с таким же индуктивным сопротивлением. Это обстоятельство позволяет эффективно использовать сдвоенный реактор в качестве группового.

В процессе эксплуатации целесообразно стремиться к равномерной загрузке ветвей . Тогда для каждой из них будут созданы одинаковые условия

,

где - коэффициент связи обмоток реактора (Обычно выполняют реактор с = 0,4—0,6).

Рисунок 7 - Сдвоенный реактор:

а, б – схемы включения; в – электрическая схема

Если , то можно записать соотношение

где - индуктивное сопротивление ветви реактора с учетом взаимной индукции. При и соответственно сопротивлении следует, что потеря напряжения в сдвоенном реакторе при указанных выше условиях получается вдвое меньше по сравнению с обычным реактором.

ПриКЗ за одной из ветвей реактора (рисунок 8) ток в ней значительно превышает ток в неповрежденной ветви. Относительное влияние взаимной индуктивности уменьшается и потеря напряжения в реакторе, а также эффект токоограничения определяются в основном лишь собственным индуктивным сопротивлением ветви . Таким образом, сопротивление реактора в режимеКЗ возрастает при примерно в 2 раза по сравнению с нормальным режимом.

При использовании сдвоенного реактора по схеме рисунка 8, б выявляется дополнительное его свойство. При КЗ на выводах генератора G2 ток от генератора G1 протекает по ветвям в одном направлении. Взаимная индуктивность ветвей действует здесь согласно с собственной индуктивностью обмоток, и сквозное сопротивление реактора будет равно:

При , обеспечивая значительный токоограничивающий эффект.

Рисунок 8 - Работа сдвоенного реактора и режиме КЗ:

а – одном генераторе; б – при двух генераторах

При расчете токовКЗ сдвоенный реактор представляют трехлучевой схемой замещения, показанной на рисунке 9.

В электроустановках находят широкое применение сдвоенные бетонные реакторы с алюминиевой обмоткой для внутренней и наружной установки типаРБС.

Рисунок 9 - Схема замещения сдвоенного реактора для расчета токов КЗ

Рекомендуемая литература:

Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.

Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 720 с.: ил.

Самостоятельная работа студентов:

1. Изучение конструкции реакторов