книги / Электрические аппараты. Общий курс

тивление реактора и напряжение на шинах получается близким к номинальному (рис. 21-2, а).

При номинальном режиме, когда в цепи проходит ток нагрузки, потерю напряжения на реакторе можно опре­ делить по формуле [Л. 3-2]

потеря напряжения равна падению напряжения на реак­ торе. При активной нагрузке с cosq) = 0,8 потеря напря­ жения равна 0,6 % % . Обычно ^р% < 10% . Таким обра­ зом, в длительном режиме потеря напряжения на реак­ торе невелика.

В настоящее время созданы специальные сдвоенные реакторы, у которых потеря напряжения в номинальном режиме еще меньше.

Поскольку выбор аппаратуры распределительного устройства ведется с учетом ограничения тока короткого замыкания реактором, к его надежности предъявляются особо высокие требования.

При номинальном режиме обмотка реактора подвер­ гается нагреву проходящим током. Мощность, выделяе­ мая в обмотке реактора, составляет несколько киловатт в реакторах на малые токи и несколько десятков кило­ ватт в реакторах на большие токи (/п.р=2000 А).

При коротком замыкании через реактор проходит ток, во много раз превышающий длительный. Это приво­ дит к быстрому повышению температуры реактора.

му времени /н.т. Иногда термическая стойкость задается

произведением /н.тУ^и.т- Если индуктивное сопротивление реактора более

3%, то наибольший ток короткого замыкания, проходя­ щий через реактор, равен:

ротком замыкании, из-за большого тока происходит насыщение сердечников, уменьшение индуктивности. Это ведет к уменьшению токоограничивающего эффекта, ко­ торый дает реактор. В связи с этим применение сердеч­ ников в токоограничивающих реакторах не получило распространения. Пропускная способность (кВ-А) трех­ фазного комплекта реакторов равна:

Q = 3/н.р Хр • 10-3.

По существу Q — это реактивная мощность трехфаз­ ного комплекта.

Вопросы теории, расчета и эксплуатации реакторов рассмотрены в работе [Л. 21-1].

21-2. Конструкция реакторов

Наибольшее распространение получили бетонные реакторы. На рис. 21-3 представлен трехфазный комплект таких реакторов. Много­

В качестве обмоточного материала используется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покры­ вается несколькими слоями кабельной бумаги толщиной 0,12*10~3 м. Поверх бумаги делается хлопчатобумажная оплетка. Общая толщи­ на изоляции примерно 1,5* 10~3 м. Максимальная допустимая темпе*

ратура при длительном ре­ жиме не выше 105° С, при коротком замыкании — не выше 250° С.

Реакторы охлаждаются, как правило, за счет естест­ венной вентиляции. Ввиду выделения большой мощно­ сти в реакторе распредели­ тельное устройство должно предусматривать специаль­ ные каналы для охлаждаю­ щего воздуха, особенно при больших токах.

Мощное магнитное поле реактора замыкается вокруг обмотки. Все ферромагнит­ ные тела в этом поле созда­ ют дополнительные актив­ ные потери и могут нагре­ ваться до очень высоких температур. Для уменьше­ ния этих потерь ферромаг­ нитные детали (балки, арма­ тура железобетонных стен) не должны находиться от обмотки на расстоянии мень­ шем, чем внешний радиус обмотки реактора.

Результирующие потери в реакторе колеблются в пределах от 0,1 до 0,55% пропускной способности ре­ актора. Большие величины относятся к реакторам с алюминиевой обмоткой.

В трехфазном комплекте (рис. 21-3) наибольшему нагреву под­ вергается верхний реактор, поскольку подходящий снизу воздух уже подогрет реакторами, расположенными ниже.

Расстояние между реакторами определяется высотой опорных изоляторов. Так как при напряжении 6—-L0 кВ высота этих изолято­ ров мала, то при больших токах в реакторах возникают электроди­ намические силы, которые могут разрушить изоляторы, работающие и на' сжатие и на разрыв. Электродинамическая сила, действующая на изоляторы, имеет вид, изображенный на рис. 21-4.

В наиболее тяжелых условиях работают изоляторы верхней фазы. Для уменьшения разрывающего усилия, действующего на изоляторы, изменяют направление поля среднего реактора на обрат­ ное. При этом большое отталкивающее усилие становится притя­ гивающим.

Изменение направления поля средней фазы достигается путем намотки этой фазы в направлении, обратном направлению намотки крайних фаз. Реакторы, предназначенные для вертикальной уста­ новки, имеют маркировку В (верхняя фаза), С (средняя) и Н (нижняя).

Если при расчете сил взаимодействия пренебречь влиянием третьей фазы, то, воспользовавшись расчетными формулами § 1-5 и 1-8, можно найти наибольшие отталкивающую и притягивающую силы (Н), действующие на изоляторы:

w—число витков реактора;

ф—коэффициент, который берется по рис. 1-11.

Силы, действующие на каждый изолятор, соответственно равны:

где М—масса реактора;

N—число изоляторов (колонн);

g — ускорение свободного падения.

Сила веса реактора сжимает изоляторы и этим уменьшает рас­ тягивающую силу, действующую на изолятор.

Вреакторах на большую силу тока электродинамические силы при вертикальной установке в аварийном режиме получаются столь большими, что изоляторы не могут обеспечить необходимую элек­ тродинамическую стойкость.

Вэтих случаях приходится прибегать к горизонтальной уста­ новке реакторов. Расстояние между осями может быть выбрано до­ статочно большим. Расчет динамической стойкости для этого слу­ чая рассмотрен в [Л. 21-1 и 3-2].

Бетонные реакторы хорошо себя зарекомендовали при работе в закрытых распределительных устройствах при напряжении не вы­ ше 35 кВ. Недостатком их является громоздкость, большая масса. В настоящее время ведутся работы по уменьшению массы и габа­ ритов таких реакторов путем применения современных изоляцион­ ных материалов — стеклопластика и эпоксидных смол.

При напряжениях более 35 кВ и при установке реакторов на открытой части подстанций применяется масляное исполнение. Схе­ ма такого реактора приведена на рис. 21-5. Обмотка реактора 2 наматывается на специальный каркас из изоляционного материала типа гетинакса. Эта обмотка погружается в стальной бак с транс­ форматорным маслом. Применение масла позволяет уменьшить рас­ стояние между обмоткой и заземленными частями и улучшить охлаждение обмотки за счет конвекции масла. Все это дает воз­ можность уменьшить массу и габариты аппарата. Выводы реакто­ ра присоединяются к зажимам проходных изоляторов 4.

Однако такая компоновка реактора наталкивается на большую трудность. Переменный магнитный поток реактора Фо замыкается по баку, что приводит к его нагреву до недопустимых температур. Для того чтобы избежать нагрева реактора, внутри бака 1 уста­ навливается короткозамкнутая обмотка — экран 3. Как было пока­

зано в § 5-3, короткозамкнутый виток уве­ личивает магнитное сопротивление цепи и, следовательно, уменьшает магнитный поток, замыкающийся через бак.

В настоящее время в СССР предложе­ ны и разработаны [Л. 21-3] тороидальные реакторы. Обмотка такого реактора анало­ гична обмоткам тороидального магнитного усилителя, но только магнитопровод отсут­ ствует. Магнитный поток замыкается по то­ ру. Внешнее поле практически отсутствует, что дает возможность помещать реактор в стальной бак с маслом, не опасаясь нагрева бака. Изготовленные тороидальные реакто­ ры на напряжение 110 кВ и выше имеют более высокие технические и экономические показатели по сравнению с конструкцией реактора, изображенного на рис. 21-5.

Рис. 21-5. Масляный реактор.

21-3. Сдвоенные реакторы

а) Принцип работы. Стремление к уменьшению па­ дения напряжения в номинальном режиме, упрощению и удешевлению распределительного устройства привело к созданию сдвоенных реакторов.

На рис. 21-6, а показана схема, когда каждая отхо­ дящая линия имеет свой реактор, рассчитанный на номи­ нальный ток линии. Каждая трехфазная группа реакто­ ров размещается в специальной ячейке распредустройства.

На рис. 21-6,6 приведена схема со сдвоенным реакто­ ром. Реакторы соседних ветвей сближены так, что меж­ ду ними существует сильная магнитная связь. Совме­ щение в одном реакторе двух уменьшает габариты аппа­ рата, не требует двух ячеек для размещения реакторов, удешевляет и упрощает распредустройство.

При нормальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно. В результате индуктивное сопро­ тивление ветви падает из-за размагничивающего дейст­ вия второй половины реактора. Соответственно умень­ шается падение напряжения на ветви реактора. Падение

капряжения на ветви реактора AÜB при номинальном то­ ке равно:

Рис. 21-6. Схема включения одинарных и сдвоенных реакторов.

Чем больше коэффициент связи, тем меньше падение напряжения в ветви. С точки зрения уменьшения паде­ ния напряжения в номинальном режиме желательно уве­ личение коэффициента связи k.

При коротком замыкании на одной из линий падение напряжения на реакторе, обтекаемом током повреждения, в основном определяется сопротивлением ветви ре­ актора Хр.в. Влияние соседней ветви, обтекаемой номи­ нальным током, мало, так как размагничивающее дей­ ствие этой ветви незначительно. Для увеличения коэф­

ны друг к другу и, во-вторых, возрастает ток короткого замыкания, так как падает реактивное сопротивление ветвей.

Если первая ветвь реактора разомкнута, а во второй проходит ток короткого замыкания, то в реакторе пер­ вой ветви наводится э. д. с., равная E = l KkXp.B. На от­ ключенном выводе реактора потенциал равен сумме этой э. д. с. и напряжения сети. В предельном случае напряжение на этом выводе может удвоиться [Л. 1-8].

В

/ Г "

Рис. 21-7. Направление сил, действующих на витки сдвоенного ре­ актора.

Для ограничения перенапряжений и электродинами­ ческих сил коэффициент связи берется в пределах от

0,3 до 0,5.

б) Конструкция и основные параметры сдвоенного реактора. Исследования, проведенные в [Л. 21-1], показали, что бетонные сдвоенные реакторы без применения специальных мер разрушались при коротком замыкании в обеих ветвях.

Большую электродинамическую стойкость имеет реактор сбор­ ной конструкции (рис. 21-7,а). Обмотка реактора уложена на изо­

ляционных прокладках 3. Стяжка реактора осуществляется с по­ мощью металлических стержней Î и стержней 2 из изоляционного материала. Рассмотрим силы, действующие на витки (рис. 21-7,6).

Векторы, помеченные буквой н, обозначают силу взаимодейст­ вия витка с нижней частью реактора. Векторы, помеченные буквой в,—силы, действующие на виток со стороны верхней части реак­ тора. Векторы без пометки являются результирующей силой.

Наибольшим отталкивающим силам подвергаются ряды 4 и 5, расположенные близко друг к другу. По мере удаления рядов друг от друга направление действующих сил меняется (силы, действую­ щие на витки крайних рядов).

Для получения необходимой электродинамической стойкости близлежащие ряды ветвей реактора бандажируются прочной стек­

1.Номинальный длительный ток каждой ветви.

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

4.Электродинамическая стойкость для случая, когда ток про­ текает только в одной цепи и когда ток короткого замыкания про­ текает в противоположном направлении по обеим ветвям. Как пра­ вило, во втором случае ударный ток динамической стойкости в 2— 3 раза меньше, чем в первом.

5.Термическая стойкость для одной ветви.

6.Активные потери для одной ветви.

Г л а в а д в а д ц а ть в то р а я РАЗРЯДНИКИ

22-1. Назначение разрядников и требования к ним

Прочность электрической изоляции аппаратов и обо­ рудования может быть снижена, если ограничить вели­

ка этого промежутка (кривая 2) должна лежать ниже,, чем характеристика защищаемого оборудования (кри­ вая 1) (рис. 22-1). При появлении перенапряжения про­ межуток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования. После пробоя линия зазем ­ ляется через сопротивление разрядника или накоротко.. При этом напряжение на линии определяется током /„ проходящим через разрядник, сопротивлениями разряд­

ника и заземления R3. Чем меньше эти сопротивления, тем лучше ограничиваются перена­ пряжения, т. е. больше разни­ ца между возможным (кри­

После того как импульсный ток проходит через раз­ рядник, искровой промежуток оказывается ионизирован­ ным и он легко пробивается номинальным фазным на­ пряжением. Возникает короткое замыкание на землю, и через разрядник протекает ток промышленной часто­ ты, который называется с о п р о в о ж д а ю щ и м . В связи с изменением режима работы установки сопровождаю­ щий ток может изменяться в широких пределах.

Для того чтобы избежать выключения оборудования от релейной защиты, этот ток должен быть отключен разрядником в возможно малое время (порядка полупериода промышленной частоты).

К разрядникам предъявляются следующие основные требования.

1.Вольт-секундная характеристика разрядника дол­ жна идти ниже, чем характеристика защищаемого объ­ екта. Характеристика разрядника должна быть возмож­ но пологой.

2.Искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую проч­ ность при промышленной частоте (50 Гд) и при иад-