5 Реакторы

Назначение

Реактор — это электрический аппарат в виде катуш­ки с неизменной индуктивностью. Служит для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме.

Принцип действия

При трехфазном КЗ определяется в основном индук­тивным сопротивлением системы

,

где – относительное индуктивное сопротивление.

В этом случае при КЗ напряжение за реактором будет равно нулю и на всех отходящих линиях пропадет напряжение.

Необходимо отметить, что вы­ключатель в цепи с реактором должен быть вы­бран по току . Ток КЗ в ли­нии с реактором определяется

Длительный ток реактора выбирается равным току линии

Основными параметрами реактора являются:

1) номинальное напряжение ;

2) номинальный ток ;

3) реактивное сопротивление ;

4) ток термической стойкости для времени ;

5) ток динамической стойко­сти .

Конструкция реакторов

Наиболее распространены бетонные реакторы. Из многожильного про­вода соответствующего сечения намотаны катушки реакторов. Заливкой в специальные формы получаются бетонные вертикальные стойки – колонны, которые скрепляют между собой отдельные витки катушки. Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами.

Для получения необходимой прочности электрической изоляции после затвердевания бетона реактор подвергают интенсивной сушке под вакуумом и пропитке влагостойким изоляционным лаком.

Между отдельными витками в ряду и между рядами выдержива­ется значительный зазор , что улучшает охлаждение отдельных витков и повышает электрическую прочность изоляции.

При больших номинальных токах (более 400 А) применяется не­сколько параллельных ветвей. Для равномерного распределения тока по ветвям применяется транспозиция витков. Все витки ветвей должны быть одинаково расположены относительно оси реактора.

В качестве обмоточного провода используется многожильный мед­ный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги толщиной 0,12-10^-3 м и хлопча­тобумажной оплеткой. Общая толщина изоляции примерно 1,5-10^-8 м. Максимальная допустимая температура при длительном режиме не вы­ше 105, при КЗ — не выше 250 °С.

Мощное магнитное поле реактора замыкается вокруг обмотки. Все ферромагнитные тела в этом поле создают дополнительные активные потери мощности и могут нагреваться до очень высоких температур. Для уменьшения этих потерь все ферромагнитные детали (балки, арматура железобетонных стен) удаляются от обмотки на расстояние, не меньшее ее внешнего радиуса.

Расстояние между реакторами определяется высотой опорных изо­ляторов. Так как при напряжении 6-10 кВ высота этих изоляторов мала, то при больших токах в реакторах возникают электродинамичес­кие силы, которые могут разрушить изоляторы, работающие и на сжа­тие, и на разрыв.

В наиболее тяжелых условиях работают изоляторы верхнего реак­тора. Для уменьшения разрывающего усилия, действующего на изоля­торы, изменяют направление поля среднего реактора на обратное. При этом большое отталкивающее усилие становится притягивающим.

Стремление к уменьшению потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме, к упроще­нию и удешевлению распределительных устройств привело к созданию сдвоенных реакторов. При обычных реакторах каждая отходящая линия имеет свой реактор, рассчитанный на номинальный ток линии. Каждая трех­фазная группа реакторов размещается в специальной ячейке распределительного устройства.

В сдвоенных реакторах, реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух умень­шает габариты аппарата, удешевляет и упрощает распредустройство.

В номинальном режиме магнитные поля реакторов на­правлены встречно и оказывают размагничивающее действие друг на друга. В результате индуктивное сопротивление ветви падает. Соответственно уменьшается падение напря­жения на реакторе.

При КЗ в одной из ветвей падение напряжения на ре­акторе в основном определяется ее сопротивлением. Влияние соседней ветви, обтекаемой номинальным током, мало, так как размагничивающее действие этой ветви не­значительно.

Если первая ветвь реактора разомкнута, а во второй проходит ток КЗ, то в реакторе первой ветви наводится до­полнительная ЭДС.

В результате напряжение на первой ветви реактора воз­растает и может достигнуть удвоенного значения.

При одновременном КЗ в обоих отходящих от реактора ветвях между ними возникают большие электродинамиче­ские силы. Это происходит из-за того, что, во-первых, ре­акторы близко расположены друг к другу и, во-вторых, воз­растает ток КЗ, так как падает реактивное сопротивление ветвей.

Для ограничения перенапряжений и электродинамичес­ких сил коэффициент связи берется в пределах от 0,3 до 0,5.

Основные параметры сдвоенного реактора:

1. номинальный длительный ток каждой ветви;

2. индуктивное сопротивление (в процентах) одной ветви (при отсутствии тока в другой)

3. коэффициент связи

4. электродинамическая стойкость каждой ветви, определяется усилиями, возникающими между витками каждой ветви и между ветвями соседних фаз (при двух- и трехфазных КЗ). При одновременном КЗ на обеих ветвях одного реактора возникают усилия, разрывающие реактор, так как токи в ветвях направлены встречно. Обычно динамическая стойкость при таких повреждениях в 2—3 раза меньше, чем при КЗ в одной ветви;

5. термическая стойкость одной ветви.

Выбор реакторов

Токоограничивающие реакторы выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, номинальному индуктивному сопротивлению.

Индуктивное сопротивление линейного реактора определяется исходя из следующих двух условий: ограничения тока К3 до величины номинального тока отключения выключателя или тока термической стойкости кабеля. Сопротивление реактора должно быть таким, чтобы выполнялись условия

Или

,

где - сечение кабеля, присоединенного к шинам ГРУ электростанции или подстанции.

Из двух значений определяемых этими выражениями следует выбрать меньшее значение.

Требуемое сопротивление цепи для ограничения тока К3 до величины равно

Требуемое сопротивление реактора равно

где - результирующее сопротивление цепи К3 до установки реактора.

После расчета выбирают тип реактора с большим ближайшим индуктивным сопротивлением и рассчитывают действительное значение периодической составляющей тока К3 за реактором.

Выбранный реактор необходимо проверить на электродинамическую и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ.

Проверка реактора на термическую стойкость проводится по условию

,

где - расчетный импульс квадратичного тока при КЗ за реактором,

- допустимый импульс квадратичного тока КЗ для проверяемого реактора.

Необходимо также определить потерю напряжения в реакторе в нормальном и утяжеленном режимах и остаточное напряжение на шинах ГРУ электростанции или подстанции при КЗ за реактором.

Потеря напряжения в реакторе определяется по выражениям:

для одинарного реактора

для сдвоенного реактора

,

где – ток, протекающий через реактор;

- коэффициент связи сдвоенного реактора;

Допустимая потеря напряжения в нормальном режиме не должна превышать 1,5 – 2,0%, а в утяжеленном режиме – 3 – 4 %.

Остаточное напряжение на шинах генераторного распределительного устройства при КЗ за реактором определяется по формуле:

,

где - периодическая составляющая трехфазного тока КЗ за реактором.

Остаточное напряжение на шинах ГРУ при КЗ за реактором должно быть не менее 65 – 70 % от номинального значения.