Назначение токоограничивающих реакторов.
Максимальный уровень токов к. з. в сетях генераторного напряжения ТЭЦ, и на стороне низкого напряжения подстанций в распределительных сетях ограничивается параметрами электрических аппаратов, токопроводов и термической стойкостью кабелей отходящих линий. При близко расположенных мощных источниках токи кз могут быть очень большими, не позволяющими произвести оптимальный выбор аппаратов и токоведущих частей. Одним из приемлемых мероприятий для уменьшения токов кз в этом случае является применение токоограничивающих реакторов.
Токоограничивающие реакторы служат для искусственного увеличения сопротивления цепи кз, а, следовательно, для ограничения токов кз в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждениях за реакторами.
Основная область применения реакторов—электрические установки напряжением 6—10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы используются и в установках 35 кВ.
Реактор представляет собой индуктивную катушку с индуктивностью L, не имеющую сердечника из магнитного материала. Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением xр=ωL.
Возможное расположение реакторов в схемах ТЭЦ и подстанций.
Возможные схемы включения реакторов на ТЭЦ показаны на рис.1. Для мощных и ответственных линий может применяться индивидуальное реактирование (реактор LR1 на рис.1 ). Когда через реактор питается группа линий, его называют групповым (LR2 на рис.1). Реактор, включаемый между секциями К1 и К2 распределительного устройства, называют секционным реактором (LRК на рис.1).
Рис. 1. Возможное расположение токоограничивающих реакторов LR на генераторном напряжении ТЭЦ
Рис. 2. Возможное расположение токоограничивающих реакторов LR на стороне низкого напряжения подстанции.
На подстанциях обычно применяют групповое реактирование, как это показано на рис.2.
Конструкции реакторов и способы их монтажа.
Токоограничивающие ректоры выполняются однофазными. С целью ограничения токов кз при всех видах кз их устанавливают во все три фазы. В настоящее время широкое применение получили токоограничивающие бетонные реакторы с алюминиевой обмоткой марки РБ (рис. 3). Витки обмотки (1) изолированы друг от друга, намотаны на специальный каркас и укреплены в бетонных колоннах (2), 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 (3). Бетонные реакторы выпускаются на номинальные токи до 4000 А и изготавливаются для вертикальной (рис.4,а), горизонтальной (рис.4,б) и ступенчатой установки (рис.4,а).
Рис. 3..Конструкция бетонного реактора серии РБ.
1 – обмотка реактора; 2 – бетонные колонны; 3 - опорные изоляторы
Рис.4. Способы монтажа реакторов
а – вертикальный монтаж; б – ступенчатый; в – горизонтальный
При больших номинальных токах в целях снижения потерь активной мощности в самих реакторах они выполняются с искусственным охлаждением.
Сдвоенные реакторы
Снижение тока кз и 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 xр.
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, которые уменьшат напряжение на нагрузке. Особенно это заметно при использовании реакторов в качестве групповых и индивидуальных. Потеря напряжения в реакторе с сопротивлением xр при протекании рабочего тока Iраб и заданном значении cosφ нагрузки определяется в процентах к номинальному из выражения:
Δu=√3Iрабxрsinφ 100/Uном;
Допустимая потеря напряжения в реакторе не должна превышать 1,5 – 2%. Потерю напряжения в реакторе в нагрузочном режиме можно снизить до допустимого уровня, если вместо обычных реакторов применить сдвоенные. Например, 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, величина которого задается в каталоге. Средний вывод обычно подключают со стороны источника питания и рассчитывают на двойной номинальный ток (рис. 5, а).
Индуктивности L ветвей одинаковы, поэтому индуктивное сопротивление каждой ветви реактора при отсутствии тока в другой составляет хв=ω L и называется номинальным сопротивлением ветви хном в. Особенности сдвоенного реактора определяются наличием магнитной связи между ветвями (взаимной индуктивности М ).
При эксплуатации стремятся к равномерной загрузке ветвей (I1=I2=I) (рис. 5, б). В нормальном режиме работы установки потеря напряжения в ветви реактора с учетом взаимной индукции ветвей определится как
Δu’=√3(IωL-IωM)sinφ100/Uном=√3IωL(1-kc)sinφ100/Uном,
где kc = M/L — коэффициент связи ветвей реактора.
Если хв = ωL, то индуктивное сопротивление ветви с учетом взаимной индукции x'B=xB(1—kc). Обычно коэффициент связи kc близок к 0,5, тогда х'в = 0,5хв, т. е. потеря напряжения в сдвоенном реакторе вдвое меньше по сравнению с обычным реактором.
При КЗ за одной из ветвей (рис. 5, в) ток в ней значительно превышает ток в неповрежденной ветви. Влияние взаимной индукции мало, и xр=xв, т. е. сопротивление реактора при КЗ вдвое больше, чем в нормальном режиме.
Рис.5. Сдвоенный реактор:
а – схема включения; б – нагрузочный режим; в – режим КЗ.
Параметры реакторов.
Реакторы характеризуются рядом параметров:
-номинальное напряжение Uном
-номинальный ток Iном (номинальный ток ветви для сдвоенного)
-индуктивное сопротивление реактора xр (для сдвоенного сопротивление ветви x и коэффициент связи ветвей k)
-ток динамической стойкости iдин
-ток термической стойкости Iтер и время его протекания tтер.