588 subscribers

Что такое тогоограничивающие и дугогасящие реакторы

179 full reads
348 story viewsUnique page visitors
179 read the story to the endThat's 51% of the total page views
3,5 minutes — average reading time

Для понижения последствий ударного воздействия электродинамических сил, развивающихся в начале короткого замыкания (КЗ), применяют специальные устройства — реакторы.

Необходимость их применения обусловлена тем, что остаётся возможность повреждения электроустановок вследствие влияния электродинамических сил, хотя и отключение токов КЗ современными коммутационными аппаратами происходит очень быстро.

Типы реакторов

Само слово «реактор» применяется для того, чтобы обозначить группу устройств, работающих на принципе ответного влияния на протекающий процесс. В данном случае реактор применяется как добавочное индуктивное сопротивление, предназначенное для уменьшения тока, который возникает при коротком замыкании, позволяя поддерживать уровень напряжения в сети.

Реакторы можно разделить на два типа — токоограничивающие и дугогасящие реакторы. Токоограничивающие реакторы предназначены для снижения уровня тока короткого замыкания и устранения его ударного воздействия.

Примечание: есть ещё и шунтирующие реакторы, использующиеся для компенсации ёмкостной мощности, но их мы рассмотрим в другой статье.

Для противодействия образованию электрической дуги, возникающей при коротком замыкании, применяются дугогасящие реакторы. Такие устройства позволяют увеличить индуктивное сопротивление и используются в сетях с большими ёмкостными токами для предотвращения перехода однофазного замыкания на землю в более опасное двухфазное или трёхфазное замыкание.

Токоограничивающие реакторы

Конструктивно токоограничивающий реактор представляет собой катушку индуктивности, которая подключается последовательно к сети. Как правило, токоограничивающие реакторы производятся без сердечника, так как при протекании значительных токов, образующихся при замыкании, происходит насыщение сердечника и снижение свойств реактора.

Рисунок 1 — Токоограничивающий реактор
Рисунок 1 — Токоограничивающий реактор

При нормальной работе реактора могут появляться потери напряжения, но не более чем 4%. При появлении КЗ в сети переменного тока индуктивное сопротивление реактора снижает ударное воздействие тока и позволяет поддерживать уровень напряжения в нормируемых пределах.

Расчёт максимального значения тока КЗ производят по формуле:

Что такое тогоограничивающие и дугогасящие реакторы

где:

In — номинальный ток, протекающий в сети;

Xp — величина реактивного сопротивления реактора.

Из формулы понятно, что при увеличении реактивного сопротивления снижается максимально возможное значение величины тока короткого замыкания.

Разновидности

Существующие токоограничивающие реакторы можно разделить:

На устройства наружной и внутренней установки.

В зависимости от величины рабочего напряжения: на реакторы среднего напряжения, от 3000 В до 35000 В и на реакторы высокого напряжения, от 110000 В до 500000 В.

По способу исполнения: реакторы бетонные, сухие, броневые и масляные реакторы.

По количеству обмоток, на одинарные реакторы и сдвоенные реакторы.

По применению на: межсекционные, фидерные и фидерные групповые реакторы.

Рисунок 2 — Схемы включения токоограничивающих реакторов: а — индивидуальный одинарный реактор для одной линии; б — групповой одинарный реактор; в — групповой сдвоенный реактор
Рисунок 2 — Схемы включения токоограничивающих реакторов: а — индивидуальный одинарный реактор для одной линии; б — групповой одинарный реактор; в — групповой сдвоенный реактор

Отличие сдвоенных реакторов от одинарных состоит в наличии двух встречно подключённых обмоток в каждой фазе со значительной магнитной связью. Этим достигается уменьшение потерь напряжения на обмотке при нормальном режиме работы и одинаковой нагрузке. При возникновении короткого замыкания в сети происходит снижение влияния взаимной индукции, и степень ограничение тока КЗ определяется собственным индуктивным сопротивлением ветви реактора.

Бетонные реакторы состоят из залитых в бетонные колонки, изолированных многожильных проводов. Для обеспечения требуемого уровня температуры при прохождении через реактор больших токов используются различные системы охлаждения. Применяются в сетях напряжением до 35000 В.

Рисунок 3 — Бетонный реактор РБ-10: общий вид (а), конструкция (б). Обмотка-1, колонка-2, изоляторы-3, анкерные шпильки-4, контактные зажимы-5
Рисунок 3 — Бетонный реактор РБ-10: общий вид (а), конструкция (б). Обмотка-1, колонка-2, изоляторы-3, анкерные шпильки-4, контактные зажимы-5

В сетях напряжением выше 35000 В применяют масляные реакторы. Масло в таких устройствах необходимо для обеспечения изоляции и для охлаждения. Рабочие обмотки в них выполнены из медного провода с применением кабельной бумаги и уложены на изоляционных цилиндрах.

Рисунок 4 — Масляный реактор
Рисунок 4 — Масляный реактор

Для того чтобы понизить нагрев бака в результате воздействия на него переменных полей реакторных катушек используются электромагнитные экраны и магнитные шунты. В качестве электромагнитных экранов применяют металлические витки из меди или алюминия, замкнутые накоротко. В этих витках образуется компенсирующее магнитное поле, которое направлено встречно основному полю.

Также используются магнитные шунты, представляющие собой расположенные в корпусе реактора пакеты листовой стали. Такие пакеты предназначены для создания магнитопровода, имеющего меньшее магнитное сопротивление, чем стенки корпуса. Это позволяет магнитному потоку замыкаться на магнитопровод, а не на корпус реактора.

Благодаря меньшим габаритам, более длительному сроку эксплуатации и более высоким показателям механической прочности сухие реакторы относятся к более совершенным устройствам в конструктивном плане. Они применяются в электрических сетях, где номинальное напряжение не превышает 200 кВ. Обмотки в таких устройствах выполняются в виде кабелей, усиленных изоляцией, стойкой к температурному и механическому воздействию, которые закрепляются бандажами.

Рисунок 5 — Сухой токоограничивающий реактор
Рисунок 5 — Сухой токоограничивающий реактор

Реакторы, имеющие сердечники броневой конструкции, позволяют сэкономить за счёт снижения доли применения цветных металлов в конструкции. Но установка таких устройств должна быть обусловлена точным расчётом тока короткого замыкания, ведь при прохождении ударных токов коротких замыканий через реактор возможно снижение его свойств.

Рисунок 6 — Броневой токоограничивающий реактор
Рисунок 6 — Броневой токоограничивающий реактор

Дугогасящие реакторы

В трёхфазных сетях напряжением 6000, 10000 и 35000 В для заземления нейтрали используются дугогасящие реакторы.

Рисунок 7 — Дугогасящий реактор
Рисунок 7 — Дугогасящий реактор

Особенностью сетей с изолированной нейтралью, обладающих значительной ёмкостью, является то, что при возникновении однофазного замыкания на землю, если сила тока будет превышать 20-30 А, может возникнуть электрическая дуга. Горение дуги может привести к переходу однофазного замыкания в двухфазное или трёхфазное замыкание. В результате этого произойдёт отключение линии действием релейной защиты и прекращение подачи электроэнергии потребителям.

Рисунок 8 — Замыкание фаз на землю в трёхфазной электрической сети с компенсацией ёмкостных токов: 1 — обмотка силового трансформатора; 2 — трансформатор напряжения; 3 — дугогасящий реактор; Н — реле напряжения
Рисунок 8 — Замыкание фаз на землю в трёхфазной электрической сети с компенсацией ёмкостных токов: 1 — обмотка силового трансформатора; 2 — трансформатор напряжения; 3 — дугогасящий реактор; Н — реле напряжения

Горение дуги может привести к переходу однофазного замыкания в двухфазное или трёхфазное замыкание. В результате этого произойдёт отключение линии действием релейной защиты и прекращение подачи электроэнергии потребителям.

Для предотвращения этого явления к нейтралям силовых трансформаторов и генераторов подключают дугогасящие реакторы. При возникновении однофазного замыкания реактор будет создавать отстающий по фазе индуктивный ток, который будет компенсировать опережающий по фазе ёмкостный ток, равный ему по величине. В итоге величина тока будет составлять, как правило, не больше 5 А, что недостаточно для образования дуги, а также для образования опасного шагового напряжения.

Рисунок 9 — Схема подключения дугогасящего реактора
Рисунок 9 — Схема подключения дугогасящего реактора

Обеспечение правильной работы реактора достигается соответствующей настройкой, при которой не происходит повреждения токоведущих частей и прекращения подачи электроэнергии потребителям. По существующим нормативам, время работы линии с однофазным замыканием на землю не должно превышать двух часов.

Подключение производится через разъединитель, предназначенный для возможности вывода реактора или трансформатора в ремонт. Соответственно, при появлении замыкания на землю этот разъединитель отключать запрещается.

Заключение

Применение токоограничивающих реакторов позволяет снизить токи, возникающие при коротких замыканиях и поддерживать требуемый уровень напряжения в сети. Это даёт возможность применять проводники меньшего сечения и коммутационные аппараты, рассчитанные на меньшие токи коротких замыканий.