книги / Электрические аппараты

Распределение напряжений и векторная диаграмма це­ пи для номинального режима показаны на рис. 20.2, 6. В ре­ жиме КЗ падение напряжения на реакторе 1кХр^$>1кХг, так как Jfp> X r и напряжение на шинах относительно земли Um мало отличается от номинального фазного напряжения

ет интерес потеря напряжения 8U, равная арифметической разности: &U= Um— UH. При номинальном режиме, когда

При чисто индуктивной нагрузке <р=90° потеря напря­ жения равна падению напряжения на реакторе. Пр и актив­ но индуктивной нагрузке с c o s ç = 0 ,8 потеря напряжения равна 0,6 хр%. Обычно Хр%<.10 %. Таким образом, в дли­ тельном режиме потеря напряжения на реакторе невелика. В специальных сдвоенных реакторах потеря напряжения

вноминальном режиме еще меньше.

Вноминальном режиме обмотка реактора нагревается проходящим током. Мощность, выделяемая обмоткой реак­ тора в виде тепла, составляет несколько киловатт в реак­ торах на малые токи и несколько десятков киловатт в ре­ акторах на большие токи (/НОм,р=2000 А). При прохожде­ нии тока КЗ температура реактора быстро повышается. Поэтому в качестве основных параметров реактора вво­ дятся длительный номинальный то к /ном,р и ток термической стойкости / т, отнесенный к определенному времени /т. Иног­

да термическая стойкость задается произведением 1ТV tT. Если *p%> 3 %, то наибольший ток, проходящий через

реактор,

При прохождении тока КЗ между реакторами и внут­ ри реактора создаются электродинамические силы, которые стремятся его разрушить. Расчет этих сил рассмотрен в § 1.5. Механическая прочность реактора характеризуется ударным током электродинамической стойкости. При рас­ чете электродинамической стойкости за основу берется ударный ток

*уД ~ ^ "V^ Ïк.р

Одним из основных параметров реактора является его индуктивность L. Поскольку

*р% = j£ 2 * 'v X v ¥ ± 100% и А'р = coLp, 1 ном

то индуктивность реактора

г — Ю£/к*р%

где Uном — в киловольтах; / Ном р — в амперах.

Для бетонных реакторов, имеющих обмотку из п витков в виде катушки высотой h (м), толщиной b (м) и средним диаметром D (м), индуктивность (мГн) может быть опре­ делена по формуле Корндорфера

Для дисковых катушек и катушек в виде тонкого цилинд­ ра расчет индуктивности приведен в [20.1].

Применение ферромагнитных магнитопроводов позволя­ ет резко снизить размеры реактора. Однако при больших токах происходит насыщение магнитопроводов и уменьше­ ние индуктивности, что уменьшает токоограничивающий эф­ фект реактора. В связи с этим применение магнитопрово­ дов в токоограничивающих реакторах не получило распро­ странения. Реактор потребляет из сети также реактивную мощность, равную для трехфазного комплекта

Основными параметрами реактора являются:

1) номинальное напряжение UВоМ; 2) номинальный ток

Между отдельными витками в ряду и между рядами выдержива­ ется значительный зазор (3,5 з-4,5) -10~2 м что улучшает охлаждение отдельных витков и повышает электрическую прочность изоляции.

При больших поминальных токах (более 400 А) применяется не­ сколько 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 мед­ ный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги толщиной 0,12-10~3 м и хлопча­ тобумажной оплеткой. Общая толщина изоляция примерно 1,5-10_3м. Максимальная допустимая температура при длительном режиме не вы­ ше 105, при КЗ —не выше 250 °С.

Охлаждение реакторов, как правило, естественное.

В трехфазном комплекте (рис. 20.3) наибольшему нагреву подвер­ гается верхний реактор, поскольку подходящий снизу воздух уже по­ догрет реакторами, расположенными ниже. Ввиду выделения реактором большой мощности в распределительном устройстве должны быть пре­ дусмотрены специальные каналы для охлаждающего воздуха, особен­ но при больших токах.

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 изо­ ляторов. Так как при напряжении 6 — 10 кВ высота этих изоляторов мала, то при больших токах в реакторах возникают электродинамичес­ кие силы, которые могут разрушить изоляторы, работающие и на сжа­ тие, и на разрыв. Изменение электродинамического усилия, действую­ щего на изоляторы, во времени показано на рис. 20.4.

В наиболее тяжелых условиях работают изоляторы верхнего реак­ тора. Для уменьшения разрывающего усилия, действующего на изоля­ торы, изменяют направление поля среднего реактора на обратное. При этом большое отталкивающее усилие становится притягивающим. Изме­ нение направления поля среднего реактора достигается изменением на­ правления его намотки относительно направления намотки крайних реакторов. Реакторы, предназначенные для вертикальной установки в комплектах, имеют маркировку В (верхний), С (средний) и Н (ниж­ ний).

Если при расчете электродинамических сил пренебречь влияние'.1 третьей фазы, то по расчетным формулам § 1.5 и 1.8 можно найти мак-

симальные значения отталкивающей и притягивающей сил, Н, дейст­ вующих на изоляторы

где w — число витков реактора, ф ■• коэффициент, который берется по

тикальной установке в аварийном режиме столь велики, что изоляторы

большим. Расчет динамической стойкости для этого случая рассмотрен

Переменный магнитный поток реактора Ф0 замыкается по стенкам бака, что приводит к его нагреву до недопустимых температур из-за по­ явления вихревых токов. Чтобы избежать этого, внутри бака 1 устанав­ ливается короткозамкнутый виток в виде экрана 3. Как показано в § 5.3, такой виток увеличивает магнитное сопротивление цепи и, сле­ довательно, уменьшает магнитный поток, замыкающийся через бак, И вызванные этим потоком потери на вихревые токи.

В настоящее время разработаны тороидальные реакторы [20 3]. Как и в магнитных усилителях, обмотка такого реактора имеет торои­ дальную форму, но не содержит магнитопровод. При такой форме об­ мотки внешнее поле рассеяния практически отсутствует и нагрев бака не возникает. Тороидальные реакторы на напряжение 110 кВ и выше име­ ют более высокие технические и экономические показатели по сравне­ нию с конструкцией на рис. 20.5.

20.3. СДВОЕННЫЕ РЕАКТОРЫ

а) Принцип работы. Стремление к уменьшению потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме, к упроще­ нию и удешевлению распределительных устройств привело

Рис. 20.6. Включение одинарных и сдвоенных реакторов

к созданию сдвоенных реакторов. При обычных реакторах (рис. 20.6, а) каждая отходящая линия имеет свой реактор, рассчитанный на номинальный ток линии. Каждая трех­ фазная группа реакторов размещается в специальной ячей­ ке распредустройства.

В сдвоенных реакторах (рис. 20.6, б) реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух умень-

'т а е т габариты аппарата, удешевляет и упрощает распредустройство.

В номинальном режиме магнитные поля реакторов на­ правлены встречно и оказывают размагничивающее дейст­ вие друг на друга. В результате индуктивное сопротивление ветви падает. Соответственно уменьшается падение напря­ жения на реакторе. Падение напряжения на ветви реакто­ ра А иъ при номинальном токе

( Х р . - х « ) = '™ .,X p ,.(l - - îiL .) =

~ ^ном.р -^Р.В(1 --- ^)|

гд е ^ р,в — индуктивное сопротивление ветви реактора; Хм =

— аМ — сопротивление взаимной индукции ветвей реакто­ ра (М — коэффициент взаимной индуктивности); k = = M /L Piв — коэффициент связи ветвей реактора; LP>B— ин­ дуктивность одной ветви.

Чем больше коэффициент связи, тем меньше падение на­ пряжения в ветви. С точки зрения уменьшения падения на­ пряжения в номинальном режиме желательно увеличение коэффициента связи k.

Для увеличения коэффициента связи реакторы должны быть возможно ближе друг к другу.

При КЗ в одной из ветвей падение напряжения на ре­ акторе в основном определяется ее сопротивлением Хр>ъ. Влияние соседней ветви, обтекаемой номинальным током, мало, так как размагничивающее действие этой ветви не­ значительно.

Если первая ветвь реактора разомкнута, а во второй 'проходит ток КЗ, то в реакторе первой ветви наводится до­ полнительная ЭДС, равная E = I KkXPyB.

’ В результате напряжение на первой ветви реактора воз­ растает и может достигнуть удвоенного значения [18.2].

При одновременном КЗ в обоих отходящих от реактора ветвях между ними возникают большие электродинамиче­ ские силы. Это происходит из-за того, что, во-первых, ре­ дакторы близко расположены друг к другу и, во-вторых, воз­ растает ток КЗ, так как падает реактивное сопротивление ^ртвей.

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

б) Конструкция и основные параметры сдвоенного реактора. Иссле­ дования [20.1] показали, что бетонные сдвоенные реакторы без приме-

Рис. 20.7. Конструкция сдвоенного реактора

нения специальных мер подвержены разрушению при одновременном КЗ

вобеих ветвях. Увеличение электродинамической стойкости достигается

всборной конструкции. На рис 20 7, а показана в разрезе левая поло­ вина такого реактора. Стяжка реактора осуществляется с помощью металлических стержней 1 и стержней 2 из изоляционного материала. Катушка реактора уложена на изоляционных прокладках 3.

Векторы, помеченные Pu, обозначают силу взаимодействия витка с нижней частью реактора. Векторы, помеченные Рв — силы, действу­ ющие на виток со стороны верхней части реактора. Векторы без помет­ ки являются результирующей силой.

Наибольшая отталкивающая сила действует на витки рядов 4 и 5, расположенные близко друг к другу. Для получения необходимой электродинамической стойкости близлежащие ряды ветвей реактора бандажируются стеклянной лентой, как это показано на рис. 20.7, в.

Расчет динамической стойкости сдвоенных реакторов дан в [20.1].

Для снижения возможности одновременного КЗ обе ветви реактора не должны проходить близко друг к другу [1.3].

Основные параметры сдвоенного реактора:

1)номинальный длительный ток каждой ветви;

2)индуктивное сопротивление (в процентах) одной ветви (при от­

сутствии тока в другой)

3) коэффициент связи

k -- <üM/Xpg -—Al/Lp gî

4)электродинамическая стойкость каждой ветви, определяется усилиями, возникающими между витками каждой ветви и между вет­ вями 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 динами­ ческая стойкость при таких повреждениях в 2—3 раза меньше, чем при КЗ в одной ветви;

5)термическая стойкость одной ветви.

Глава д в а д ц а т ь п ер вая

РАЗРЯДНИКИ

21.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При работе электрических установок возникают напря­ жения, которые могут значительно превышать номинальные значения (перенапряжения). Эти перенапряжения могут пробить электрическую изоляцию элементов оборудования и вывести установку из строя. Чтобы избежать пробоя элек­ трической изоляции, она должна выдерживать эти перена­ пряжения, однако габаритные размеры оборудования полу­ чаются чрезмерно большими, так как перенапряжения мо­ гут быть в 6—8 раз больше номинального напряжения. Ç целью облегчения изоляции возникающие перенапряже­ ния ограничивают с помощью разрядников и изоляцию обо­ рудования выбирают по этому ограниченному значению Перенапряжений. Возникающие перенапряжения делят па Згве группы: внутренние (коммутационные) и атмосферные. Первые возникают при коммутации электрических цепей

.(катушек индуктивностей, конденсаторов, длинных линий),

дуговых замыканиях на землю и других процессах. Они ха­ рактеризуются относительно низкой частотой воздействую­ щего напряжения (до 1000 Гц) и длительностью воздейст­ вия до 1 с. Вторые возникают при воздействии ат­ мосферного электричества, имеют импульсный характер воздействующих напряжений и малую длительность (де­ сятки микросекунд). Электрическая прочность изоляции при импульсах зависит от формы импульса, его амплитуды. Зависимость максимального напряжения импульса от вре­ мени разряда называется вольт-секундной характеристикой.

ток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования. После пробоя линия заземляется через соп­ ротивление разрядника. При этом напряжение на линии оп­ ределяется током I, проходящим через разрядник, сопро­ тивлениями разрядника и заземления R3. Чем меньше эти сопротивления, тем эффективнее ограничиваются перена­ пряжения, т. е. больше разница между возможным (кри­ вая 4) и ограниченным разрядником перенапряжением (кривая 3). Во время пробоя через разрядник протекает импульс тока.

Напряжение на разряднике при протекании импульса тока данного значения и формы называется о с т а ю щ и м ­ с я н а п р я ж е н и е м . Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После прохождения импульса тока искровой промежу­ ток оказывается ионизированным и легко пробивается но­ минальным фазным напряжением. Возникает КЗ на землю, при котором через разрядник протекает ток промышленной