8.1 Загальні відомості
Котушки індуктивності називають по-різному: реактор, дросель. Як відомо 25, реактор (дросель) – це електромагнітний пристрій, який має визначену залежність індуктивності від струму його обмотки і використовується для багаторазового накопичення та витрати електромагнітної енергії.
Дроселем звичайно називають вироби з порівняно малими струмами обмоток (від нуля до сотень ампер). Катушки індуктивності на більші струми, звичайно називають реакторами. Так склалося у зв’яєку з історією розвитку потужної електротехніки. Термін “дросель” – з німецької мови, а термін “реактор” – з англійської.
Такі котушки індуктивності застосовують для обмеження струмів короткого замкнення, як фільтри струмів вищих гармонік, у схемах випрямних установок різного призначення, як перехідні реактори при регулюванні напруги з навантаженням у трансформаторах і т. і.
Реактори суттєво розрізняються за складом номінальних даних та інших параметрів. Зокрема, для реакторів послідовного вмикання звичайно основними заданими параметрами є номінальні струми та індуктивність або повний опір. Для шунтуючих реакторів основними є номінальні потужність та напруга. Для реакторів, які використовуються для дугогасіння – це номінальні напруга й струм. Для реакторів, які насичуються, найважливішими є потокозчеплення насичення. В реакторах для згладжування струмів важливі середня або еквівалентна індуктивність та струм насичення. У здвоєних реакторах задають коефіцієнт зв’язку. Досить часто використовують реактори без сталі. За основними електромагнітними параметрами та різновидами конструкцій реактори можливо розділити на чотири групи (рис. 8.1) 26: реактори без сталі (рис. 8.1, а, б); з розімкненими магнітними системами (рис. 8.1 в – д); з магнітними системами, в яких виконані зазори (рис. 8.1, е, ж); із замкненими магнітними системами (рис. 8.1, з, и).
Рис. 8.1. Основні різновиди конструкцій реакторів (наведене лише однофазне виконання, але для конструкцій в ,г, е – з можливе й трифазне): реактори без сталі з циліндричною обмоткою (а) та тороїдний (б); броньовий (в) та ярмовий (г) реактори без стрижнів; стрижневий реактор без ярм (д); бронестержневий (е) та стержневий (ж) реактори з немагнітними зазорами в стержні; бронестержневий (з) та тороїдний реактори, які насичуються
Не дивлячись на різноманітність вимог та різновидів конструкцій, більшість електромагнітних розрахунків реакторів має близькі аналоги серед розрахунків трансформаторів.
8.2 Найбільш характерні області застосування реакторів
У зв’язку з широким випровадженням систем електропривода зі статичними нелінійними елементами (наприклад, напівпровідниками), в наш час широко впроваджуються й котушки індуктивності. Велика установлена потужність нелінійних елементів призвела до появи в енергосистемах струмів вищих гармонік які шкідливо впливають на роботу обладнання. Для обмеження напруг та струмів вищих гармонік застосовуються реактори-фільтри.
В усталеному режимі в енергосистемі кількість споживачів електроенергії (з урахуванням втрат) дорівнює енергії, яка виробляється на електростанціях. В перехідних режимах енергія накопичується у вигляді кінетичної енергії обертових частин електричних машин або в магнітних полях електротехнічних пристроїв. Зі зменшенням частоти мережі або вимкненням електричних машин та трансформаторів накопичена в магнітних полях енергія перетворюється на активну енергію. Для обмеження струмів короткого замкнення, регулювання реактивної потужності та покращення характеристик протікання перехідних процесів застосовуються реактори.
Якщо в трансформаторі виконати одну обмотку, то це буде реактивна котушка, яка буде накопичувати реактивну потужність у сталевому магнітопроводі. Але реактивна потужність, яка може бути зконцентрована в 1 см3 магнітопроводу, мала, а індуктивний опір нелінійно залежить від напруги. Тому найбільше розповсюдження одержали реактори з немагнітними зазорами (рис. 8.1, е, ж).
Реактор з немагнітними зазорами звичайно виконується броневого типу з поділом зазору на кілька частин. Це робиться для того, щоб не було сильного випинання магнітного поля з області осердя в оточуюче середовище. Зазори для збільшення динамічної стійкості реактора заповнюються гетинаксовими прокладками. Енергія в таких реакторах в основному концентрується в зазорах та визначається індукцією й об’ємом сумарного зазору. При коротких замкненнях в реакторі виникають зусилля, які намагаються зменшити енергію системи, тобто стиснути зазори. Тому виконують кілька зазорів і заповнюють їх міцними діелектриками. Реактори із зазорами мають практично лінійні характеристики.
Для обмеження струмів короткого замкнення в мережах 6кВ та 10 кВ застосовуються бетонні реактори (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Одна фаза бетонного реактора
Бетонні реактори виготовляють з концентрично розташованих витків круглого багатожильного дроту 1, який заливають у бетонні колони 2. Обмотки розраховують на струми у тисячі ампер, а зусилля досягають сотень тисяч ньютонів. Всі металічні деталі реактора виконують з немагнітної сталі.
Реактори виготовляють також з регульованим реактивним опором, що досягається перемиканням числа витків, підмагнічуванням магнітопроводу й плавною зміною зазорів. Прикладом таких реакторів можуть бути однофазні уземлюючі реактори з природним масляним охоложденням, які мають п’ять ступенів регулювання струму. Котушки індуктивності виконуються як однофазними, так і трифазними.
Розрахунок та проектування реакторів викладено в роботах 16, 26, а визначення індуктивностей для різних випадків та умов описано 27.