Струмообмежувальні реактори
Автоматичні вимикачі, здійснюючи відключення ланцюгів при коротких замикання, не захищають ці ланцюги від руйнівної дії електродинамічних сил. У сучасних потужних мережах струми короткого замикання, а отже, і електродинамічні сили бувають настільки великі, що часто неможливо виконати установки з необхідною електродинамічною і термічною стійкістю. З метою обмеження ударного струму короткого замикання (КЗ) в потужних мережах застосовуютьсяТокообмежувальні реактори, які встановлюються на фідерах, що відходять (1 і 2) (рис. 3-1) і між секціями збірних шин (3). Крім обмеження струму КЗ реактори одночасно під час короткого замикання підтримують напругу на шинах живлення на деякому певному рівні.
Реактор є котушкою з постійним індуктивним опором х = ωL. Одним з основних параметрів є його індуктивний опір Хр, що дорівнює відношенню падіння напруги на реакторі Uр при протіканні по ньому номінального струму до фазної напруги Uф. Індуктивний опір виражається у відсотках. Якщо знехтувати омічним опором реактора, то
Індуктивне опір фідерних реакторів вибирається зазвичай 6 - 8%, а секційних 8-12%.
Мал. 3-1. Схема включення струмообмежувальних реакторів: а – одинарних; б – здвоєних.
1 – фідерний; 2 – фідерний груповий; 3 – міжсекційний; 4 – здвоєний.
Слід зазначити, що при номінальному режимі втрати напруги на реакторі ∆Uф не дорівнюють чисельному падінню напруги Up на ньому (рис. 3 -2, а і б) і істотно залежать від величини cosφ(∆Uф → 0 при cosφ =1; ∆Uф = Uр при cosφ = 0; ∆Uф ≈0,5Uр при cosφ = 0,8).Таким чином, за номінального режиму забезпечується допустиме (3—4%) відхилення напруги у споживачів. При короткому замиканні cosφ>0 і більша частина напруги посідає реактор (рис. 3-2,6), внаслідок чого на збірних шинах підтримується порівняно висока залишкова напруга, значення якого залежить від співвідношення опорів мережі до реактора і самого реактора. Якщо знехтувати активним опором мережі і реактора, то кратність струму короткого замикання буде
Ударний струм короткого замикання під час розрахунку реакторів береться рівним
Для підтримки сталості індуктивного опору струмообмежувальні реактори виконуються без сталевих сердечників. При цьому вони виходять більших розмірів та маси. Реактори зі сталевими осердями при рівній індуктивності мали б менші розміри. Однак у них при великих струмах сердечники насичуються, індуктивний опір таких реакторів різко знижується і реактори втрачають свої струмообмежувальні властивості саме в той момент, коли вони необхідні. З огляду на це реактори зі сталевими сердечниками не набули поширення.
Індуктивність L реакторів може бути розрахована за такими формулами (розміри дані в сантиметрах, L - в мілігенрі):
1) для реактора із співвідношенням геометричних розмірів подібно до рис. 3-3, а числом витків w
де α = 3/4 при 0,3 ≤ D/[2(h+b)]≤1 і α = 1/2 при 1 ≤ D/[2(h+b)]≤3;
2) для реактора, у якого h/D > b/D (рис. 3-3, б)
де к1 = f(h/D) (крива на рис. 3-3);
3) для реактора, у якого b/D > h/D (рис. 3-3, в)
де к2 = f(b/D) (крива на рис. 3-3);
Мал. 3-2. Розподіл напруг у ланцюгу із сектором:
а – при номінальному струмі; б – при короткому замиканні
Набули поширення здвоєні реактори 4 (див. рис. 3-1,6). Такий реактор живить два фідери. Котушки кожної фази включені так, що створювані ними потоки спрямовані зустрічно. При номінальному струмі індуктивність (отже, і втрати напруги) кожної з котушок знижується через дії, що розмагнічує інший. При рівних струмах і коефіцієнті зв'язку, що прагне одиниці, індуктивність реактора прагнула б до нуля. Зазвичай коефіцієнт зв'язку дорівнює 04-06. Відповідно зменшуються й втрати напруги. При короткому замиканні одному з фідерів розмагнічує дією котушки іншого фідера, обтічної номінальним струмом, можна знехтувати. Індуктивність і струмообмежувальна дія здвоєного реактора виходять такими ж, як одинарного.
На напруги до 35 кВ і для внутрішньої установки майже виняткове поширення набули бетонні реактори. Бетонний реактор (рис. 3-4, а) виконується у вигляді концентрично розташованих витків 1 із спеціального круглого ізольованого багатожильного дроту, залитих у радіально розташовані бетонні колонки 2. Завдяки своїй еластичності провід демпфує термічні та динамічні зусилля і тим самим частково знімає напруги з бетону . Обмотки реактора великі струми виконуються з кількох паралельних проводів з транспозицією цих паралелей, що забезпечує рівномірне розподіл струмів.
Мал. 3-3. До розрахунку індуктивності реактора.
Мал. 3-4. Загальний вигляд фази бетонного реактора (а) та трифазний комплект реактора (б).
Мал. 3-5. Загальний вигляд фази олійного реактора.
Число колонок визначається діаметром намотування. Основна ізоляція реактора - бетон, який проходить спеціальний технологічний режим і випускається з високими.механічні властивості. Весь реактор після виготовлення піддається сушінню, просоченню та покриттю вологостійкими лаками. Кожна колонка реактора встановлюється на опорні ізолятори 3, які забезпечують ізоляцію від землі між фазами. Фази можуть бути розташовані вертикально (рис. 3-4,6), а також горизонтально або східчасто. Усі металеві деталі реактора виконуються із немагнітних матеріалів. При великих струмах застосовується штучне охолодження.
На напруги понад 35 кВ і для зовнішньої установки використовуються масляні реактори (рис. 3-5). Обмотки 3 з мідних провідників ізольованих кабельним папером укладаються на ізоляційні циліндри 4 і розміщуються в баках (баку) 2, що заливаються маслом. Кінці обмотки кожної фази виводяться через прохідні ізолятори 1 назовні. Олія служить і як ізолююче, і як охолоджувальне середовище.
Змінне поле котушок реактора, що замикається через стінки бака, може призвести до надмірного нагрівання цих стінок. Для зниження нагріву стінок (і олії) необхідно обмежити магнітний потік, що замикається через них. Для цього є електромагнітні екрани 5 або магнітні шунти. Електромагнітний екран є мідними (алюмінієвими) короткозамкнутими витками, розташованими концентрично щодо обмотки реактора біля стінок бака. Струми, що індукуються в витках, створюють у стінках бака поле, спрямоване зустрічно основному, і майже повністю його компенсують. Нагрів стін знижується. Магнітний шунт являє собою пакети листової сталі, укріплені біля стінок бака з внутрішнього боку і створюють штучний магнітопровід з магнітним опором, значно меншим опору стінок бака. Магнітний потік реактора замикається магнітним шунтом, а не через стінки.