Токоограничивающие реакторы. Разновидности. Схемы включения.

Ответ:Токоограничивающие реакторы представляют собой дополнительные реактивные сопротивления, включаемые в различных точках электрической сети напряжением 6–220 кВ. Их назначением является снижение тока КЗ за реактором и сохранение требуемого уровня остаточного напряжения в узловых точках сети перед реактором. В зависимости от места включения различают реактирование присоединений (рис. 10.9, а), вводов (рис. 10.9, б), секции (10.9, в) и их сочетания (рис. 10.9, г). По схеме включения различают одноцепные и сдвоенные (расщепленные) реакторы. Отличие сдвоенного реактора от одинарного заключается в наличии среднего вывода обмотки, поэтому возможны различные схемы его включения и использования.

Для уменьшения затрат следует стремиться к применению групповых реакторов вместо индивидуальных в цепях присоединений, вводов и схем ГПП. Вместе с тем в схемах, содержащих групповые реакторы на большие номинальные токи и с большим реактивным сопротивлением, возможны колебания напряжения, вызываемые изменением их нагрузки. Этот недостаток устраняется установкой сдвоенных реакторов с обеспечением равномерной загрузки их ветвей. Токоограничивающие реакторы могут иметь различные устройство и конструктивное исполнение, а также технико-экономические характеристики и параметры. Токоограничивающие реакторы можно классифицировать по разным признакам: - с линейной, нелинейной и ограниченно-линейной или квази-линейной характеристикой; - без магнитопровода и с магнитопроводом; - со стержневой, броневой, бронестержневой, тороидальной, цилиндрической и навитой магнитной системой (магнитопроводом); - нерегулируемые, регулируемые, управляемые, насыщающиеся; - с продольным, поперечным и кольцевым подмагничиванием; - с масляной или сухой изоляцией; - секционные, линейные и заземляющие; - одинарные и сдвоенные. В настоящее время в энергосистемах для ограничения токов КЗ используются только нерегулируемые реакторы с линейной характеристикой. В сетях 6(10) кВ применяются одинарные и сдвоенные реакторы, а в сетях 35–220 кВ – масляные реакторы. Первоначальным действием при выборе реактора является определение его индуктивного сопротивления. Исходя из необходимого уровня мощности КЗ за реактором SK2 = SKнеобх, требуемое сопротивление в процентах или в омах рассчитывают по формулам: где xсб – сопротивление связи данного узла цепи с источником электрической энергии, приведенное к базисным условиям; I, Uc – рабочий ток и напряжение сети, соответствующее длительному режиму работы реактора. По току, напряжению сети и индуктивному сопротивлению выбирают реактор с ближайшим большим стандартным значением xp, который проверяют (при необходимости) по значению остаточного напряжения

Секционные реакторы ограничивают ток КЗ на сборных шинах и присоединениях. По сравнению с линейными реакторами они оказывают меньшее токоограничивающее действие, так как рассчитываются на большие номинальные токи, протекающие между секциями при нарушении нормального режима работы. Секционные реакторы выбирают по номинальному напряжению, наибольшему из рабочих токов секций и индуктивному сопротивлению. В начале расчета задаются сопротивлением реактора и путем проверочных расчетов изменяют его до значения, допустимого параметрами устанавливаемого электрооборудования. В случае применения сдвоенных реакторов источник может быть присоединен к средней точке, а потребители – к крайним, или наоборот. Преимуществом сдвоенного реактора является то, что в зависимости от схемы включения и направления токов в обмотках индуктивное сопротивление его может увеличиваться и 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 Iном, а средний вывод – на удвоенный номинальный ток ветви 2Iном. За номинальное сопротивление сдвоенного реактора принимают относительное сопротивление ветви обмотки при отсутствии тока в другой ветви: где L – индуктивность ветви реактора (индуктивности ветвей в реак-

торе обычно равны между собой). Выбор сдвоенного реактора аналогичен выбору одинарного реактора. Значение тока каждой ветви сдвоенного реактора должно быть не менее 0,675 номинального тока обмотки трансформатора, либо суммарного тока нагрузки. При этом предполагается равномерное распределение нагрузки между ветвями реактора. Наличие сопротивления у токоограничивающих реакторов приводит к дополнительным потерям напряжения, мощности и энергии. Реакторы с линейной характеристикой. Параметрами реакторов являются: номинальное напряжение Uном; номинальный ток Iном; индуктивное сопротивление реактора Хр (в омах или в процентах). В настоящее время выпускаются реакторы напряжением 6 и 10 кВ одинарные с Iном = 0,4–4,0 кА; Хр = 0,105–2,0 Ом и сдвоенные с Iном = 2 × 0,6–2 × 2,5 кА; Хр = 0,14–0,56 Ом; напряжением 35 кВ сIном = 0,2–1,0 кА; Хр = 6–10 %; напряжением 110 кВ с Iном = 0,65–1,35 кА; Хр = 15–16 % и напряжением 220 кВ с Iном = 0,325 кА; Хр = 12 %. Возможные схемы включения линейных и секционных реакторов приведены на рис. 10.9 (в последнее время принято решение в секционированных сетях устанавливать по два последовательно включенных выключателя). Сопротивление Хр , Ом, прямо пропорционально относительному индуктивному сопротивлению Хр(ном) и обратно пропорционально номинальному току реактора Iном (рис. 10.10), т. е. Характерные схемы подключения представлены на рис. 10.9. Линейный реактор, включаемый последовательно в соответствующую линию (присоединение), ограничивает ток КЗ и поддерживает относительно высокий уровень остаточного напряжения в узлах предвключенной сети. Однако в нем в нормальном режиме имеют место потери активной и реактивной мощностей, потери энергии ΔWр.норм, а также падение и потеря напряжения. Применительно к схеме, показанной на рис. 10.9, а, б и 10.11, справедливы соотношения:

где Uш.ост – остаточное напряжение на шинах; Rр – активное сопротивление реактора; τ – время максимальных потерь.

Относительно потерь напряжения и реактивной мощности лучшими характеристиками обладают сдвоенные реакторы, т. е. реакторы с выведенной средней точкой обмотки. Наличие магнитной связи между ветвями реактора позволяет уменьшить потерю напряжения в реакторе в нормальном режиме без снижения токоограничивающей способности при КЗ в сети. Коэффициент магнитной связи идентичных ветвей обмотки реактора

Схема замещения сдвоенного реактора приведена на рис. 10.12, б. У сдвоенных реакторов различают одноцепный (рис. 10.12, в), двухцепный или сквозной (рис. 10.12, г), продольный (рис. 10.12, д) и про-

дольно-одноцепный (комбинированный) (рис. 10.12, е) режимы. Результирующие сопротивления в этих режимах соответственно определяются по формулам:

при Значение коэффициента связи сдвоенных реакторов ограничивается допустимым уровнем напряжения на отключенной (слабо нагруженной) ветви реактора при КЗ на другой ветви (рис. 10.13). Реакторы с нелинейной характеристикой. К реакторам с нелинейной характеристикой относятся управляемые и насыщающиеся реакторы. Управляемый реактор – это регулируемый реактор со сталью, изменение параметров которого осуществляется за счет подмагничивания магнитопровода (обычно – магнитным полем постоянного или выпрямленного тока). Различают управляемые реакторы с продольным, поперечным и кольцевым подмагничиванием. Путем специальной схемы соединения обмоток или их соответствующего взаимного расположения в указанных реакторах обеспечивается развязка индуктивных связей цепей постоянного и переменного токов. Реакторы с кольцевым подмагничиванием обладают, кроме того, магнитной симметрией, что позволяет получить практически синусоидальный (без гармоник) ток при широком диапазоне изменения тока подмагничивания.

Качественная картина изменения характеристик управляемого реактора при различных степенях подмагничивания показана на рис. 10.14 и 10.15.

В управляемых реакторах различают коэффициент регулирования Крег и коэффициент токоограничения КТО. Первый характеризует степень снижения сопротивления реактора за счет подмагничивания при номинальном токе в обмотке переменного тока. Второй – степень

увеличения сопротивления реактора при расчетном токе КЗ в цепи по сравнению с сопротивлением реактора в нормальном режиме при но-минальном токе в обмотке переменного тока и соответствующем токе подмагничивания в обмотке постоянного тока. Разработанные управляемые реакторы различных типов и конструкций имеют Крег = Х1 /Х2 = 8–10 и коэффициент токоограничения КТО = Х3 /Х4 = 4–7. Насыщающийся реактор – это неуправляемый реактор с нелинейной характеристикой (с магнитопроводом из электротехнической стали). Нелинейность насыщающегося реактора обусловлена насыщением магнитной системы или ее части магнитным полем обмотки переменного тока. Реактор состоит из магнитопровода (замкнутого или с воздушными зазорами) и посаженной на него обмотки переменного тока. Сопротивление реактора нелинейно зависит от тока его обмотки. При отсутствии воздушных зазоров эта зависимость подобна зависимости μ = f(H). Насыщающийся реактор может работать как на восходящей, так и на нисходящей частях своей характеристики Хр = f(Iр). В первом случае эквивалентное сопротивление реактора растет с увеличением тока и может изменяться в пределах от Х4 до Х5 (рис. 10.15), а во втором случае –уменьшается с увеличением тока и может изменяться в пределах от Х5 до Х6. Работа на восходящей части характеристики более предпочтительна, так как при этом можно получить желаемый токоограничивающий эффект без появления нелинейных искажений параметров режима. Однако по технико-экономическим условиям обеспечение работы реактора на восходящей части характеристики при широком диапазоне изменения тока в его обмотке весьма затруднено. При работе на нисходящей части характеристики удается получить регулирующий эффект, однако при этом появляются нелинейные искажения параметров режима. На этой части характеристики принципиально возможно получить также и токоограничивающий эффект реактора. С учетом этого насыщающиеся реакторы могут использоваться в качестве токоограничивающих устройств. Реакторы с магнитопроводом из магнитодиэлектрика. Магнитодиэлектрики представляют собой дисперсную ферромагнитную массу в диэлектрической связующей среде. Магнитодиэлектрики изготавливаются на базе ферромагнитных порошков с диэлектрической связкой из эпоксидных смол или неорганических связующих веществ. Изменяя соотношение между составляющими магнитодиэлектрика, можно влиять на характеристики магнитодиэлектрика. Одним из таких магнитодиэлектриков является магнитобетон. Это относительно недорогой, но технически достаточно эффективный материал, изготовленный на базе мелкодисперсного железного порошка с бетонной связкой. Характеристика намагничивания магнитобетона в отличие от характеристики намагничивания электротехнической стали, имеет незначительную нелинейность, что облегчает выдерживать отклонения индуктивного сопротивления реактора от номинального значения в допустимых пределах. Индуктивное сопротивление реакторов с магнитопроводом складывается из сопротивления рассеивания, которое не зависит от тока, и сопротивления намагничивания, которое является функцией тока в соответствии с характеристикой намагничивания. Сердечник из магнитобетона позволяет сохранить относительную линейность вольт-амперной характеристики реактора, уменьшить его габариты и сократить расход обмоточных материалов.