7. Токоограничивающие реакторы: принцип действия. Особенности конструкции, условия выбора и проверки

Реакторы с естественным или принудительным воздушным охлаждением предназначены для ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях и сохранения определенного уровня напряжения в электроустановках в случае короткого замыкания в энергосистемах с частотой 50 и 60 Гц в условиях умеренно-холодного климата и в условиях сухого и влажного тропического климата для внутренней и наружной установки.

Реакторы применяются в схемах электрических станций и подстанций с электрическими параметрами в соответствии с паспортными данными. Применение реакторов дает возможность ограничить номинальный ток отключения линейных выключателей и обеспечить термическую стойкость отходящих кабелей. Благодаря реактору все неповрежденные линии находятся под напряжением, близким к номинальному (реактор поддерживает напряжение на сборных шинах), что повышает надежность работы электроустановок и облегчает условия работы электрооборудования.

Токоограничивающие реакторы предназначены для ограничения тока КЗ и поддержания напряжения. Реактор представляет собой катушку с большим индуктивным и малым активным сопротивлением. Реакторы выполняют без стальных сердечников для того, чтобы индуктивность катушек реакторов не зависела от тока, протекающего по обмоткам. В сетях напряжением выше 1 кВ применяют токоограничивающие, заземляющие и шунтирующие реакторы. Токоограничивающие реакторы серий РБА, РБАМ, РБАС, РБАСМ - бетонные, с алюминиевой обмоткой, с малыми потерями, сдвоенные, сухие, токоограничивающие, с воздушным охлаждением; предназначены для ограничения токов КЗ; их применяют в закрытых распределительных устройствах напряжением 6 — 10 кВ.

Принцип действия реакторов основан на повышении реактивного сопротивления обмотки в момент короткого замыкания, что обеспечивает уменьшение (ограничение) токов КЗ и позволяет поддерживать в момент КЗ уровень напряжения неповрежденных присоединений

Конструкции токоограничивающих реакторов.

Д ля обеспечения линейности вольт-амперной характеристики токоограничивающих реакторов в настоящее время применяются конструкции реакторов без ферромагнитного магнитопровода. Очень дешевы и просты сухие бетонные реакторы, реактивная мощность которых достигает нескольких мегавольт-ампер на фазу. На рис. 1, а приведена конструкция цельного бетонного реактора. В его составе несколько колонок 2 из специально обработанного бетона, сквозь которые пропущены витки обмотки 1. Реактор изолирован от земли с помощью опорных изоляторов 3. Бетонный реактор может быть легко выполнен сдвоенным. Для этого обмотка разделяется на две половины по высоте реактора, средняя точка обмотки служит вводом, крайние — выводами реактора. Бетонные реакторы применяются для внутренней установки, как правило, на напряжение 3 — 15 кВ и токи до 4000 А (2 x 2500 А — для сдвоенных реакторов). Недостатком бетонных реакторов является их большая масса. Автоматизация процесса их изготовления находится на низком уровне.

Рис. 1. Конструкции токоограничивающих реакторов: а — бетонные: б — сборные: в — баковые масляные Сборные реакторы выполняются, как правило, на каркасе 4 из стеклотекстолита или других полимерных материалов (рис. 1, б), стянутых латунными болтами в изолирующих гильзах. Значительным недостатком реакторов без магнитопровода является наличие сильного магнитного поля рассеяния, которое вызывает добавочные потери в близлежащих металлоконструкциях, а также большие электродинамические усилия между фазами при КЗ. Этого недостатка не имеют реакторы с тороидальной обмоткой (почти весь магнитный поток сосредоточен внутри обмотки). Однако вследствие высокой материалоемкости и сложности изготовления такие реакторы распространения не получили. Для наружной установки применяются масляные реакторы, обмотки которых помещены в бак 5 с трансформаторным маслом (рис. 1, в). Для защиты от чрезмерно больших вихревых токов и нагрева стальной бак реактора снабжается электромагнитными экранами торцевыми 6 и осевыми 7, выполненными из меди или алюминия. Поэтому у реакторов такой конструкции велики потери в результате размагничивающего действия экранов, большая масса, повышенный расход цветных металлов, что определяет значительную стоимость аппаратов и ограничивает их применение. Выбор конструкции реактора, а также его конструктивных параметров наиболее правильно проводить на основе анализа экономических показателей для каждого из вариантов! При этом электрические параметры  считаются заданными.

Выбор токоограничивающих реакторов

Токоограничивающие реакторы выбирают по номинальным значениям напряжения, тока и индуктивного сопротивления, проверяют на электродинамическую и термическую стойкость при токах КЗ. Условия выбора и проверки токоограничивающих реакторов приведены в табл. 1. Номинальный ток реактора определяют по условиям утяжеленного режима. За номинальный ток сдвоенного реактора принимают номинальный ток одной ветви, причем средний вывод его рассчитан на двойной ток. Номинальное реактивное сопротивление сдвоенного реактора равно сопротивлению одной ветви. В зависимости от места включения в схеме различают реакторы линейные и секционные. В качестве линейного реактора используют одинарный или сдвоенный реакторы. Линейный реактор рекомендуется устанавливать после выключателя со стороны линии. При выборе индуктивного сопротивления линейного реактора следует исходить из условия экономически целесообразного ограничения тока КЗ и обеспечения необходимого качества электроэнергии (потеря напряжения не более 4—5 %, ограничение отклонения и колебания напряжения при резкопеременных нагрузках). Необходимая степень ограничения тока КЗ при повреждении за реактором определяется параметрами отключающих аппаратов (выключатели, предохранители) в распределительных устройствах 6—10 кВ и площадью сечения отходящих кабельных линий, термическая стойкость которых должна быть обеспечена. Как правило, ток КЗ в сетях промышленных предприятий должен позволять применение ячеек КРУ серийного производства. Целесообразность установки секционного реактора проверяют технико-экономическим сравнением вариантов схем распределительных устройств 6—10 кВ без реактирования шин и с установкой секционных реакторов. Обычно реактивное сопротивление хр линейных реакторов принимают 6—8 %, секционных — 8—12 %. Условия выбора и проверки токоограничивающих реакторов

Параметр аппарата		Обозначение параметра, условия выбора	Примечания
Напряжение  кВ
Длительный ток кА: одинарный реактор ветви сдвоенного реактора
Ток электродинамической стойкости, кА: действующее значение ударный			Для одинарного реактора, а также сдвоенного при протекании тока КЗ по одной ветви или по двум ветвям в согласном направлении Для одинарного реактора Для сдвоенного реактора при протекании тока КЗ по двум ветвям в противоположных направлениях
Термическая стойкость			Для одиночных и сдвоенных реакторов
Выбор реактивного сопротивления одинарного реактора, %
Выбор реактивного сопротивления ветви сдвоенного реактора, %

П римечание. лгн_ р — номинальное индуктивное сопротивление реактора, Ом; хп 05 — номинальное индуктивное сопротивление каждой ветви сдвоенного реактора при отсутствии тока в другой, Ом; *доп *— наибольшее допустимое расчетное (относительное) реактивное сопротивление цепи КЗ, включая сопротивление реактора; *Сущ—* существующее расчетное (относительное) реактивное сопротивление до реактора; Iн> £ — приведенный суммарный номинальный ток всех источников питания цепи КЗ, кА; Е/ост дОП —• допустимое остаточное напряжение на шинах распределительного устройства в долях номинального; /тр_ утж — ток силового трансформатора с учетом перегрузки, в цепи которого установлен сдвоенный реактор, кА; /тер у к —, ток термической стойкости кабеля, кА. Суммарное падение напряжения в сдвоенном реакторе зависит от направлений токов в ветвях. Различают следующие характерные режимы работы сдвоенного реактора (рис. 2): сквозной — источник тока присоединяют к среднему выводу, а приблизительно одинаковые значения нагрузки — к концам ветвей (рис. 2, а); продольный — реактор отключен со стороны среднего вывода и происходит переток тока из одной ветви в другую (рис. 2, б); одноцепный — током обтекается одна ветвь реактора (рис. 2, в). Рис. 2. Схемы работы сдвоенного реактора в различных режимах; а— сквозной; б — продольный; в — одноцепный В эксплуатационной практике трудно добиться присоединения к ветвям сдвоенного реактора одинаковой нагрузки, но к этому следует стремиться. Но и присоединенные одинаковые нагрузки могут иметь различные суточные графики потребления, а значит, токи в ветвях могут быть неодинаковыми. Поэтому ток одной ветви сдвоенного реактора принимают не менее 0,7 суммарного тока обеих ветвей или номинального тока трансформатора, питающего две секции. В нормальном режиме реактор будет недогружен и за счет этого сможет при аварийных условиях перегружаться на 15-20 %.