Токоограничивающий реактор
Токоограничивающий реактор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения ударного тока короткого замыкания. Включается последовательно в схему и работает как индуктивное дополнительное сопротивление, при К.З. уменьшающее ударный ток, что увеличивает устойчивость генераторов и системы в целом.
Применение
При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения ударного тока короткого замыкания 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 IH — 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 бака 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 бака. 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 бака около стенок, которые создают искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, меньшим сопротивлением стенок бака, что заставляет основной магнитный поток реактора замыкаться по нему, а не через стенки бака.
Для предотвращения взрывов, связанных с перегревом масла в баке, согласно ПУЭ, все реакторы на напряжение 500кВ и выше должны быть оборудованы газовой защитой.
Допустимая потеря напряжения в реакторе обычно не должна превышать 2%.
Реакторы имеют линейную ВАХ в широком пределе изменения тока от номинального тока до тока КЗ. Обмотки реактора выполняют из многожильного медного или алюминиевого провода.
Для придания реактору необходимой механической прочности его обмотку заливают цементным раствором и скрашивают для преграждения проникновения влаги.
Кроме одинарных реакторов применяют сдвоенные реакторы, которые выполняют роль линейных.
Сдвоенные токоограничивающие реакторы
Сдвоенный реактор имеет две катушки на одну фазу, которые намотаны в одном направлении и включены согласно.
Средний зажим реактора (цифра 1) присоединяют к источнику энергии. Крайним зажимом (2 и 3) присоединяют потребителей. За номинальный ток реактора сдвоенного принимают номинальный ток катушки. Средний зажим реактора рассчитан на двойной номинальный ток.
При установке реакторов в помещении необходимо обеспечить защиту окружающих ферромагнитных конструкций. Например, защиту арматуры в железобетонных стенках от перегрева индуктированными токами.
При этом указываются минимальные расстояния от конструкций, содержащих ферромагнит. При внутренней установки реакторов необходимо обеспечить охлаждение реакторов с помощью вентиляторов.
Допустимая температура обмотки при КЗ определяется материалом проводом и видом изоляции.
Основным параметром реактора является номинальное индуктивное сопротивление Хр.
Оно зависит от числа витков относительных размеров катушек, а также от их взаимного положения и расстояния.
Катушки сдвоенного реактора обладают индуктивностью L и взаимной индуктивностью М, величина j составляет 0,04, 0,06 значения индуктивности, коэффициент связи катушек сдвоенного ректора
