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:

Схема, поясняющая принцип работы реактора

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 Iк1 будет определяться в основном индуктивным сопротивлением генератора:

Ток короткого замыкания на линии 4

Введем понятие  относительного индуктивного сопротивления генератора, выраженного в процентах:

Понятие относительного индуктивного сопротивления генератора, выраженное в процентах

Где Iн.г – номинальный ток генератора.

Воспользовавшись формулами (1) и (2) получим:

Результаты сложения двух формул

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 Ik1.

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

Ток короткого замыкания на линии с реактором

Введем относительное реактивное сопротивление реактора в процентах:

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 Iн.р << Iн.г.

Предположим, Х%Г = Х%Р. Тогда из формул (2) и (5) следует, что Хр >> Хг. При этом можно написать:

При сделанных допущениях ток короткого замыкания будет определяться только параметрами реактора

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 Ik2 << Ik1. Это значительно удешевляет и облегчает распределительное устройство.

Поскольку Хр >> Xг, 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)):

Распределение напряжения при коротокм замыкании и номинальном режиме работы

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

Потеря напряжения на реакторе

Векторная диаграмма напряжения показана на рисунке выше б). При чисто индуктивной нагрузке φ = 900 потеря напряжения равна падению напряжения на реакторе. В случае работы на активную нагрузку с cosφ = 0,8 потеря напряжения равна 0,6 Хр%. 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 (Iн.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 Iн и ток термической стойкости Iн.т, отнесенный к определенному времени tн.т. Иногда термическая стойкость задается произведением:

Термическая стойкость реактора задается произведением

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

Наибольший ток короткого замыкания реактора при индуктивном сопротивлении реактора более 3%

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

В случае если Xp% < 3%, то при расчете тока короткого замыкания следует учитывать сопротивление источника питания.

При прохождении токов короткого замыкания внутри последнего создаются электродинамические силы, стремящиеся его разрушить. Механическая прочность реактора характеризуется ударным током электродинамической стойкости. При расчете электродинамической стойкости реактора за основу берут ударный ток, рассчитывающийся по формуле:

Ударный ток реактора

Основным параметром реактора является его индуктивность L. Так как:

Одним из основных параметров реактора является его индуктивность

В таком случае индуктивность реактора равна:

Индуктивность токоограничивающего реактора равна

Где Iн.р в амперах, а Uн – в киловольтах.

Индуктивность определяется размерами и количеством витков реактора и рассчитывается по формулам 1 и 2.

Для бетонных реакторов, имеющих обмотку n витков в виде катушки с высотой h (м), толщиной b (м) и средним диаметром D (м), достаточно точные расчеты индуктивности по формуле Корндорфера:

Расчет индуктивности реактора по формуле Корндорфера

Индуктивность пропорциональна магнитной проводимости. Применение ферромагнитных сердечников позволяет резко снизить размеры реактора. Но в наиболее ответственный момент, при коротком замыкании, из-за большого тока происходит насыщение сердечников и, как следствие, уменьшение индуктивности. Это приводит к уменьшению токоограничивающего эффекта, для которого и предназначен реактор. В связи с этим применения сердечников в реакторах не получило широкого распространения. Пропускная способность (кВ·А) трехфазного комплекта реакторов равна:

Пропускная способность (кВ•А) трехфазного комплекта реакторов

По существу Q – реактивная мощность трехфазного комплекта.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *