Часть тока, которая остается некомпенсированной, достаточна для срабатывания заземляющей защиты фидера. Однако из-за неисправностей в работе защиты она слишком рано активируется безоговорочно.
Токоограничивающие и дугогасительные реакторы. Зачем они нужны и в чем отличие?
Здравствуйте уважаемые посетители сайта «Помощь электрикам»! В сегодняшней статье мы рассмотрим такое электрическое устройство, как токоограничивающий реактор!
Одним из основных преимуществ сетей с изолированной нейтралью является возможность поддерживать их в рабочем состоянии в случае наиболее распространенного вида повреждения в линиях электропередачи — однофазного замыкания на землю. Основным критерием для принудительного подключения потребителей в случае повреждения является уровень тока в месте повреждения из-за емкости фаз сети по отношению к земле, что приводит к образованию непрерывной дуги и, следовательно, к серьезным авариям. Постоянное расширение сетей приводит к увеличению этого емкостного тока, который может быть компенсирован специальными индуктивными устройствами (дугогасительными), правильный выбор и подключение которых является постоянной проблемой для проектировщиков. Этот вопрос рассматривается в статье экспертов из Чебоксар.
ДУГОГАСЯЩИЕ РЕАКТОРЫ В СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
Один из вариантов решения проблемы подавления короткого замыкания был предложен Петерсеном 1 в 1916 году и заключается в компенсации емкостных токов от точки короткого замыкания с помощью специальных индукторов — дугогасительных катушек (ДГК) или дугогасительных реакторов (ДГР). Активация дугогасительных катушек не только снижает ток в месте повреждения, но и увеличивает время восстановления поврежденной фазы, что способствует восстановлению диэлектрических свойств изоляции в месте повреждения.
Одним из основных преимуществ сетей с компенсацией емкостного тока является также снижение умножения перенапряжения для дуговых замыканий до 2,4-2,6 U ф ( U ф — фазного напряжения сети) путем настройки контура смещения сети. Учитывая эволюцию решеток и изменения в их конфигурации, поддержание резонансной настройки требует новых подходов к автоматизации управления DGR-2.
Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация, и требования к выбору дугогасительных устройств приведены в разделе 3. Для повышения эффективности работы сети в настоящее время компенсация применяется при токах значительно ниже значений, рекомендованных PUE и PTE.
При существующей тенденции замены кабелей с масляной изоляцией на кабели с изоляцией из XLPE емкость на землю увеличивается, и актуальность проблемы компенсации емкостных токов возрастает. Этот факт, в частности, отражен в техническом регламенте ФСК ЕЭС 4, который гласит: «При новом строительстве, расширении и реконструкции сетей 6-35 кВ следует рассматривать проектные решения сети с заземленным нейтральным проводником через дугогасительный реактор с автоматической компенсацией емкостного тока.
СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДГР
В принципе, дугогасительный реактор должен быть установлен в каждой фазе сети (рис. 1). В этом техническом решении реактор, подключенный к определенной фазе, компенсирует емкостной ток замыкания на землю этой фазы.
Рисунок 1: Эквивалентная схема трехфазной сети 6-35 кВ с емкостной компенсацией тока на фазу
Высокая стоимость трехфазной системы компенсации емкостного тока, ее неудобство и техническая сложность установки межфазного ГРМ привели к наиболее распространенному решению — установке ГРМ в нейтральной точке сети (Рисунок 2). Однако для этого требуется очевидная нейтральная точка в сети, что бывает не всегда. На рисунке 2 ДГР подключен к сети через собственный трансформатор с нейтралью TN.
Рисунок 2. Эквивалентная схема сети с компенсатором.
В принципе, можно изменять емкостной ток сети как путем изменения индуктивности ДГР, так и путем изменения дополнительной емкости CДНедостатком последнего метода является наличие последовательной цепи, в которой емкость CД — индуктивность трансформатора TN’, которая может вызвать значительные перенапряжения в ДГР, а также трудности в управлении высоковольтными конденсаторными установками. По этой причине сегодня обычно используются только реакторы с управляемой дугой.
Мощность FI в цепи рис. 2 должна быть по крайней мере такой же большой, как суммарная реактивная мощность фазных емкостей CА, СВ, СС сети.
Как правило, мощность ГРМ выбирается с учетом будущего развития сети и возможности компенсации емкостных токов реактором при объединении участков линии и выводе из работы реактора другого участка линии. В разделе 5 описывается расчет емкости и выбор дугогасительных устройств. Многие положения этого документа устарели.
Первая модель отдает предпочтение многократной модуляции напряжения питания, в то время как вторая модель предполагает постепенно уменьшающийся индекс преобразования. Он модулируется номинальной емкостной нагрузкой, которая рассматривается как инерционная нагрузка для последующего короткого замыкания.
ДУГОГАСЯЩИЕ РЕАКТОРЫ В СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ Компенсация емкостных токов замыкания на землю
Владимир Козлов, к.т.н., старший конструктор Михаил Петров, НПП «Бреслер», Чебоксары, старший специалист по нейтральному режиму.
Один из вариантов решения проблемы подавления короткого замыкания был предложен Петерсеном 1 в 1916 году и заключается в компенсации емкостных токов от точки короткого замыкания с помощью специальных индукторов — дугогасительных катушек (ДГК) или дугогасительных реакторов (ДГР). Активация дугогасительных катушек не только снижает ток в месте повреждения, но и увеличивает время восстановления поврежденной фазы, что способствует восстановлению диэлектрических свойств изоляции в месте повреждения.
Одним из основных преимуществ сетей с компенсацией емкостного тока является также снижение умножения перенапряжения при дуговых замыканиях до 2,4-2,6 U ф ( U ф — фазное напряжение сети) путем настройки петли смещения сети. Учитывая эволюцию решеток и изменения в их конфигурации, поддержание резонансной настройки требует новых подходов к автоматизации управления DGT 2.
Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация, и требования к выбору дугогасительных устройств приведены в разделе 3. Для повышения эффективности работы сети в настоящее время компенсация применяется при токах значительно ниже значений, рекомендованных PUE и PTE.
При существующей тенденции замены кабелей с масляной изоляцией на кабели с изоляцией из XLPE емкость на землю увеличивается, и актуальность проблемы компенсации емкостных токов возрастает. Этот факт, в частности, отражен в техническом регламенте ФСК ЕЭС 4, который гласит: «При новом строительстве, расширении и реконструкции сетей 6-35 кВ следует рассматривать проектные решения сети с заземленным нейтральным проводником через дугогасительный реактор с автоматической компенсацией емкостного тока.
СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДГР
В принципе, дугогасительный реактор должен быть установлен в каждой фазе сети (рис. 1). В этом техническом решении реактор, подключенный к определенной фазе, компенсирует емкостной ток замыкания на землю этой фазы.
Рисунок 1: Эквивалентная схема трехфазной сети 6-35 кВ с емкостной компенсацией тока на фазу
Высокая стоимость трехфазной системы компенсации емкостного тока, ее неудобство и техническая сложность установки межфазного ГРМ привели к наиболее распространенному решению — установке ГРМ в нейтральной точке сети (Рисунок 2). Однако для этого требуется очевидная нейтральная точка в сети, что бывает не всегда. На рисунке 2 ДГР подключен к сети через собственный трансформатор с нейтралью TN.
Рисунок 2. Эквивалентная схема сети с компенсатором.
В принципе, компенсировать емкостной ток в сети можно либо путем изменения индуктивности ДГР, либо путем изменения дополнительной емкости C D, подключенной параллельно ДГР. Недостатком последнего решения является наличие последовательного соединения емкость C D — индуктивность утечки TN, которое может вызвать значительные перенапряжения для ДГР, а также трудности в управлении высоковольтными конденсаторными установками. По этой причине в настоящее время используются только реакторы с управляемым дугогашением.
Мощность ФИ на рисунке 2 должна быть по крайней мере такой же большой, как суммарная реактивная мощность фазных емкостей C A, C B и C C в сети.
Как правило, мощность ГРМ выбирается с учетом будущего развития сети и возможности компенсации емкостных токов реактором при объединении участков линии и выводе из работы реактора другого участка линии. В разделе 5 описывается расчет емкости и выбор дугогасительных устройств. Многие положения этого документа устарели.
НЕЙТРАЛЕОБРАЗУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Трансформаторы, используемые для создания искусственной нейтрали для подключения ВСТ, обычно называют нейтралью, заземлением, связью или фильтрами нейтрального тока. Последнее название подчеркивает тот факт, что реактор образует цепь для протекания нейтральных токов в сети в случае короткого замыкания.
В качестве трансформатора связи можно использовать любой трехфазный трансформатор подходящего номинала. Первичные обмотки трансформатора должны быть соединены в звезду с нейтральной точкой, к которой подключен DGT. Кроме того, вторичные обмотки должны быть соединены в замкнутый треугольник, чтобы обеспечить низкое сопротивление трансформатора токам нулевой линии.
Низкое сопротивление при нулевом токе также может быть достигнуто путем соединения обмоток трансформатора зигзагообразно 6. Первичная обмотка разделена на две равные части, которые соединены последовательно, противоположные половине другой фазной обмотки (рис. 3). В результате общее количество витков на фазу в 1,15 раза больше, чем в простой звездообразной обмотке. Однако, поскольку нет необходимости во вторичной обмотке, подключенной к закрытому треугольнику, это решение является экономически выгодным для создания искусственной нейтрали. Такие трансформаторы называются фильтрами нулевого тока (NFCF).
Рисунок 3. Схема соединения GFD с EQRF.
Если силовые трансформаторы (Т на рис. 4) или вспомогательные трансформаторы имеют подходящее подключение вторичной обмотки, то GDM можно подключить непосредственно к их звезде. В этом случае мощность реактора не должна превышать 7-10 % от номинальной мощности трансформатора. Силовые масляные трансформаторы серий TM, TMA и TMG со звездой и вторичной обмоткой, соединенной в треугольник (TN на рисунке 4), могут быть использованы в качестве трансформаторов со звездой.
Рисунок 4. Схема подключения ДГР к звезде сетей 35 кВ и 6-10 кВ через TN.
При проектировании системы компенсации емкостного тока следует учитывать влияние сопротивления TN на выбор значения тока DGR 5. Фактическое значение тока дросселя может быть рассчитано по следующей формуле:
где я L — максимальное номинальное значение тока дросселя; X L — минимальное значение индуктивности DRG в заданном диапазоне регулирования; X — минимальное значение индуктивности DRG в заданном диапазоне регулирования; X TN — эквивалентное сопротивление ДРГ при нулевом токе. Последний рассчитывается по следующей формуле:
Где U K, U NOM и С NOM — или напряжение короткого замыкания трансформатора (паспортное значение в %) TN, номинальное напряжение и мощность трансформатора.
Данный электроприбор оснащен проводами с бумажной изоляцией. Они устанавливаются в специальные цилиндры, заполненные маслом или аналогичной диэлектрической жидкостью. Последний элемент также служит для рассеивания тепла.
Дугогасящий реактор
Дугогасительный реактор — это электрическое устройство, используемое для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (утечка на землю).
Содержание
Дугогасительные дроссели используются для заземления звезды трехфазных сетей 6, 10, 35 кВ.
Из-за емкости, распределенной в линии или кабеле, в месте повреждения индуцируется емкостной ток. Если оно превышает 20-30 А, возникает дуга, горение которой разрушает изоляцию и проводник кабеля, что может привести к перерастанию замыкания в двух- или трехфазное замыкание и прерыванию линии релейной защитой. Это может привести к временному отключению потребителя от электросети.
Это не так, если нейтральная точка сети заземлена через дугогасительный дроссель, индуктивность которого во время аварии такова, что емкостная проводимость распределенной емкости сети и индуктивная проводимость дросселя на промышленной частоте равны. Емкостной ток компенсируется индуктивным резистором, дугогасительным реактором (ASR) с регулируемым воздушным зазором в магнитопроводе или ступенчатым регулированием числа витков обмотки в звезде трехфазной сети. Нулевая точка первичной обмотки одного из сетевых трансформаторов (вспомогательного трансформатора или специально установленного заземляющего трансформатора) со схемой намотки «звезда-треугольник» заземляется через EQR. В случае повреждения емкостной ток в месте повреждения добавляется к индуктивному току, который находится в фазе, что предотвращает возникновение дуги и ступенчатых напряжений. Токоведущие цепи остаются неповрежденными, и потребители продолжают получать электроэнергию. Согласно действующим правилам, в случае повреждения сеть может работать с изолированной нейтралью в течение 6 часов, чтобы персонал мог найти и устранить повреждение изоляции. 1
Классификация
Точность настройки
- Неконтролируемый,
- Дугогасительные реакторы (VSD) со ступенчатым регулированием тока,
- GSR с неступенчатым регулированием тока.
В соответствии с методом управления
- Реактивные ступенчатые реакторы с отводами от основной обмотки. Индуктивность постепенно изменяется в зависимости от количества витков,
- DGR с поршнем и регулируемым воздушным зазором в магнитопроводе. Увеличение воздушного зазора уменьшает индуктивность,
- DMG с подмагничиванием. Они работают по принципу магнитного усилителя.
С контролем
- Без систем управления. Индуктивность фиксируется или изменяется вручную персоналом выключателя. Изменение индуктивности такого реактора часто является трудоемкой операцией, требующей отключения реактора. Такие SSR обычно представляют собой ступенчатые реакторы.
- С гидом. С помощью устройства можно изменить индукцию реактора, не отключая его от сети.
- С помощью измерителя емкости сети. Индуктивность реактора автоматически регулируется системой управления при изменении емкости линии.
Современные PDM оснащены цифровыми системами управления, спектр функций которых выходит далеко за рамки измерения емкости линии и регулировки индуктивности дросселя. Они включают сбор статистики о неисправностях, телеметрию, поддержку персонала в выявлении неисправных линий и многое другое. Опыт также подтвержден при производстве реакторов без механических частей (с магнитным приводом), которые имеют более длительный срок службы и надежность. Они постепенно вытесняют устаревшие каскадные реакторы.
Данный электроприбор оснащен проводами с бумажной изоляцией. Они устанавливаются в специальные цилиндры, заполненные маслом или аналогичной диэлектрической жидкостью. Последний элемент также служит для рассеивания тепла.
Компенсационные меры защиты
Из-за емкостей, распределенных в воздушных линиях и кабелях, емкостной ток течет к месту повреждения в случае короткого замыкания. В наиболее тяжелых случаях может возникнуть дуга, что приведет к двух- или трехфазному замыканию и отключению линии релейной защитой. Это может привести к временному прекращению подачи электроэнергии потребителю.
При нормальных условиях эксплуатации должны быть приняты специальные меры для защиты от возможных замыканий на землю в соответствии с положениями правил монтажа. Компенсация емкостного тока используется для предотвращения возникновения дуги и снижения емкостного тока. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно соответствующим нормам, приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Компенсируемые значения тока
| Напряжение сети, кВ | 6 | 10 | 20 | 35 |
| Емкостной ток, A | 30 | 20 | 15 | 10 |
Для более низких значений тока предполагается, что дуга самопроизвольно не загорается и не гаснет, поэтому компенсация не требуется.
Дугогасящий реактор
Для ограничения емкостных токов в точке соединения трансформатора со звездой устанавливается специальный дугогасительный дроссель (рис. 3).
Рисунок 3 — Дугогасительный дроссель
Этот метод является наиболее эффективным способом защиты электрооборудования от замыканий на землю и компенсации емкостных токов. Он используется для уменьшения (компенсации) тока однофазного замыкания на землю, который возникает сразу после повреждения.
Основные характеристики ДГР
Дугогасящий реактор (ДГР) — это электрическое устройство для компенсации емкостных токов в энергосистемах с изолированной нейтралью в случае однофазных замыканий на землю. Основным сводом правил, регулирующим эксплуатацию, установку и строительство дугогасительных реакторов, является P 34.20.179.
Дугогасительные дроссели должны подключаться к нейтральным проводам трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через развязывающие устройства. В цепи заземления дросселей должен быть установлен трансформатор тока. Рекомендуемые схемы подключения дугогасительных дросселей показаны на рис. 4.
Рисунок 4 — Схема подключения ДГР: a) подключение ДГР к трансформаторам ZH; b) подключение ДГР к нейтрали силового трансформатора.
Индуктивность ГДМ выбирается при условии, что емкостная проводимость сети и индуктивная проводимость реактора равны. Таким образом, емкостной ток компенсируется. Емкостной ток добавляется в месте повреждения, а индуктивный ток добавляется равномерно и в противофазе, оставляя только активную часть, которая обычно очень мала, т.е. утечку через изоляцию кабеля и активные потери в GDR (обычно менее 5 A), которых недостаточно для возникновения дуги и шагового напряжения. Цепи под напряжением остаются неповрежденными, а нагрузка продолжает получать питание.
Современные VGD имеют различные конструктивные особенности и производятся для широкого диапазона уровней мощности. В таблице 2 приведены некоторые параметры дугогасительных дросселей различных производителей.
При нормальной работе в сети падение напряжения на катушке дросселя составляет 3-4 %. Когда в энергосистеме возникают токи короткого замыкания, падение напряжения на дросселе многократно возрастает, что может ограничить силу тока до приемлемых значений.
Принцип работы дугогасящего реактора. Виды и особенности применения
В высоковольтных линиях при повреждениях возникают емкостные токи, которые возникают, когда одна из фаз пробивает землю. Эти емкостные токи образуют дугу, которая разрушает изоляцию пораженных кабелей и всей системы релейной защиты. Для предотвращения этого используются реакторы с гашением дуги. Они помогают уменьшить эффект дуги.
Дугогасящий реактор
В современных цепях электропитания используются многочисленные системы и защитные устройства. Чтобы избежать перебоев в электроснабжении потребителей, специальным защитным устройством при однофазных замыканиях на землю является дугогасительный реактор. Это электрические устройства, предназначенные для компенсации емкостной составляющей тока замыкания на землю.
В основном они используются в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ. В сетях 110-750 кВ используются нейтральные устройства с полым заземлением.
Виды и состав реакторов
Дугогасительные реакторы, как и все специальные устройства, делятся на определенные категории.
По точности регулирования реакторы делятся на различные типы:
- неконтролируемые — они не регулируются, а изготавливаются индивидуально по фиксированным параметрам,
- реакторы со ступенчатой регулировкой — они имеют несколько предустановленных программ,
- С постепенной регулировкой — это наиболее практичный тип дугогасительного реактора, позволяющий выбрать оптимальные параметры для наилучшей защиты.
Способы их установки могут быть самыми разными:
- путем постепенной регулировки скачками от основной обмотки; регулировка постепенная — в зависимости от количества витков,
- Поршневые реакторы позволяют регулировать индукцию в зависимости от положения сердечника на катушке.
- Реакторы с дополнительной магнитной поляризацией имеют третий источник индукции, который усиливает основной источник.
По принципу управления реакторы делятся на следующие категории:
- Никакого контроля. Обслуживание этих реакторов довольно сложно; регулировка индукции в них обычно является длительным процессом, требующим отключения самого реактора от сети. В основном это каскадные реакторы.
- С управляемыми приводами. Они позволяют дистанционно управлять индуктивностью без отключения от сети.
- С автоматическим управлением. Этот тип позволяет автоматически регулировать индуктивность в соответствии с условиями сети.
Дугогасительные реакторы — это обычные трансформаторы. В зависимости от условий эксплуатации они выпускаются в сухом или маслонаполненном исполнении, с фиксированным или переменным зазором между сердечником и катушкой.
Принцип действия
Чтобы избежать перебоев в подаче электроэнергии потребителям, используется компенсация активного элемента индуктивным элементом.
На этом основан принцип работы дугогасительного реактора. Индуктивный и емкостной токи имеют противоположную фазу, равны по величине и компенсируют друг друга по отношению к источнику тока в точке замыкания на землю, что приводит к гашению дуги.
Устройство и принцип действия
Реактор представляет собой реактор с постоянным индуктивным сопротивлением, соединенный последовательно в цепь. В большинстве конструкций токоограничивающие дроссели не имеют ферромагнитных сердечников. При нормальной работе на дросселе падение напряжения составляет около 3-4 %, что вполне приемлемо. В случае короткого замыкания большая часть напряжения попадает на дроссель. Значение максимального импульсного тока короткого замыкания рассчитывается по следующей формуле:
где яH — номинальный ток сети, Xp — реакция дросселя.
Чем выше реакция, тем меньше максимальный импульсный ток в сети.
Реакция прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению катушки. При больших токах катушки со стальными сердечниками насыщают сердечник, резко снижая реакцию и, следовательно, заставляя реактор терять свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы строятся без стальных сердечников, хотя они должны быть больше и тяжелее, чтобы получить ту же индуктивность. В линиях электропередачи 0,4-110 кВ с технологией PLC дроссель ослабляет эти частоты неопознанного источника 1041 день.
Масляные варианты
Данный электроприбор оснащен проводами с бумажной изоляцией. Они устанавливаются в специальные цилиндры, заполненные маслом или аналогичной диэлектрической жидкостью. Последний элемент также служит для рассеивания тепла.
Магнитные шунты или экраны в электромагнитах встроены в конструкцию для сглаживания нагрева металлического корпуса. Они позволяют выравнивать поля промышленной частоты, проходящие через витки катушек.
Магнитные ветви изготовлены из стальных листов, размещенных в центре масляного бака, непосредственно на стенках. Это создает внутренний магнитопровод, который замыкает ток, генерируемый обмоткой.
Электромагнитные экраны изготавливаются в виде короткозамкнутых катушек из алюминия или меди. Они устанавливаются возле стенок контейнеров. Они индуцируют противоположное электромагнитное поле, которое уменьшает влияние основного тока.
где я L — максимальное номинальное значение тока дросселя; X L — минимальное значение индуктивности DRG в заданном диапазоне регулирования; X — минимальное значение индуктивности DRG в заданном диапазоне регулирования; X TN — эквивалентное сопротивление ДРГ при нулевом токе. Последний рассчитывается по следующей формуле:
Работа установки компенсации
В случае замыкания на землю емкостной ток сети протекает в месте замыкания. В случае неисправности ток также отводится туда дугогасительной катушкой. В месте повреждения они компенсируют друг друга и уменьшают или минимизируют ток в поврежденной фазе.
Евгений Абрамян
Доцент, кафедра электротехники, СПбПУ
Дуговое замыкание гаснет, когда синусоидальное напряжение замыкания проходит через ноль. Не хватает напряжения, чтобы снова зажечь его. Таким образом, все вредные последствия замыкания на землю для всей сети сводятся к минимуму.
Часть тока, которая остается некомпенсированной, достаточна для срабатывания заземляющей защиты фидера. Однако из-за неисправностей в работе защиты она слишком рано активируется безоговорочно.
Чтобы сделать защиту от замыканий на землю максимально эффективной, современные катушки Петерсона содержат резистор с заранее заданным значением сопротивления. Он подключается к цепи катушки, когда контактор замыкается на ограниченное время, достаточное для срабатывания защиты. Таким образом, нейтральный проводник временно соединяется с омическим заземлением.
Благодаря инжекции активной составляющей тока замыкания на землю отключается только линия, питающая повреждение.
Характеристики
Дугогасительные реакторы применяются в сетях 6-20 кВ в соответствии с правилами эксплуатации установок при установке на железобетонных или металлических опорах, а также во всех сетях выше 35 кВ при токе 10 А. Они также используются в сетях без железобетонных и металлических опор при напряжении 6 кВ с током 10 А и при напряжении 10 кВ с током 20 А.
В некоторых случаях допускается использование емкостной компенсации с индуктивной компенсацией в сетях 6-10 кВ ниже 10 А. Правила также предусматривают, что при токах замыкания на землю свыше 50 А необходимо использовать как минимум 2 реактора.
Компенсация емкостных токов
Если емкостные токи замыкания на землю превышают значения, указанные в таблице, сеть должна быть оснащена устройствами компенсации.
Устройство емкостной компенсации должно состоять из двух элементов. Первый — трансформатор, задачей которого является отделение потенциала нейтрали от трехфазной сети. Это почти обычный силовой трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к звезде. Нейтраль звезды соединена с землей через дугогасительную катушку.
Его второе название — катушка Петерсона. Он также может напоминать маслонаполненный силовой трансформатор и иногда имеет другую конструкцию. Однако его главная особенность заключается в том, что его индуктивность является бесступенчатой или регулируемой.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор кафедры электротехники, СПбГПУ
Когда нет короткого замыкания, ток через катушку минимален. Он предварительно регулируется в резонансе с общей емкостью сети. Это довольно грубо и приблизительно для шаговых устройств. Когда общая емкость сети больше, чем индуктивное сопротивление катушки, это называется недостаточной связью. Если происходит обратное, то это гиперкомпенсация. Режим работы с избыточной компенсацией является предпочтительным для электроустановок.
Однако пропускная способность сети постоянно меняется в зависимости от подключенных участков кабеля. В результате регулятор компенсации должен постоянно регулироваться. Наиболее эффективным способом является постоянная регулировка индуктивности катушки Петерсона. Для этого зазор в катушке соленоида изменяется с помощью специального привода. За этим следит автоматика.
Помимо основного электрооборудования, система компенсации емкостного тока также включает вспомогательные компоненты. Это трансформатор тока для измерения тока замыкания на землю, специальная обмотка для изоляции 3Uo.
где C∑ — это сумма фазовых емкостей всех ЛЭП, где C∑ = С≥ l; Суд — удельная емкость фазы линии по отношению к земле, Ф/км; l — общая длина одного провода фазы линии.
Применение
Токоограничивающие реакторы устанавливаются последовательно с нагрузкой на отходящих линиях электростанций и подстанций в местах, где необходимо снизить уровень тока короткого замыкания. Ограничение протекающего тока позволяет использовать менее сложные защитные устройства и высоковольтные выключатели с меньшим максимальным током срабатывания. Все это позволяет значительно снизить стоимость выключателей.
Конструктивно реактор представляет собой индуктор с высокой индуктивностью и низким эффективным сопротивлением. Катушка изготавливается из медного или алюминиевого провода с сечением, позволяющим протекать номинальному току системы, и наматывается на полюс из изоляционного материала.
При нормальной работе системы падение напряжения на реакторе составляет 3-4 %. Когда в энергосистеме возникают токи короткого замыкания, падение напряжения на дросселе многократно возрастает, ограничивая ток до приемлемого уровня.
Стальные сердечники не используются в токоограничителях, поскольку при коротком замыкании в линии сталь насыщается и реакция катушки резко снижается, в результате чего она теряет свои токоограничивающие свойства.
При проектировании схем необходимо учитывать, что установленный реактор может ослаблять частоты технологии PLC, когда на линиях электропередачи используется высокочастотная связь или высокочастотная защита от повреждений.
Виды реакторов
В зависимости от типа установки реакторы делятся на:
— Наружные блоки. Эти устройства предназначены для использования вне помещений без дополнительной защиты от непогоды.
— Внутренние блоки. Используйте только в закрытых помещениях (ZRU), обеспечивающих защиту от внешней среды.
В соответствии с категорией напряжения:
— Среднее напряжение (3 — 35 кВ).
— Высокое напряжение (110 — 500 кВ).
— Перекрестные соединения. Они используются для установления электрического соединения между шкафами и подключаются последовательно с разъединителем. Если в одной секции возникает короткое замыкание, токоограничивающее устройство предотвращает протекание тока в неповрежденную секцию и неправильное срабатывание защитных устройств.
— Электропитание. Они устанавливаются на линиях электропередач и предназначены для гашения короткого замыкания в линии. Дугогасящий реактор ограничивает ток и предотвращает возникновение дуги для предотвращения повреждения оборудования. Они используются в сетях с нейтральной точкой с глухим углом.
— Реакторы энергетической группы. Они имеют то же назначение и принцип работы, что и фидерные реакторы, но предназначены для установки в группе фидеров.
— Экранированный Для экономии дорогостоящих материалов можно использовать токоограничивающие реакторы с экранированным сердечником из электротехнической стали, если точно рассчитать токи короткого замыкания, которые могут возникнуть в электрической сети. Эти устройства легче по весу, размеру и стоимости, чем их аналоги, изготовленные по другим технологиям. Одним из недостатков экранированных реакторов является то, что они могут потерять свои токоограничивающие свойства, если сеть подвергается токам короткого замыкания, превышающим токи, на которые они рассчитаны.
— Бетон. Широко используется на подстанциях до 35 кВ. Они недороги и нетребовательны к условиям эксплуатации. Этот тип оборудования требует минимального обслуживания (осмотр и протяжка соединений), поскольку состоит из многожильных изолированных кабелей, заделанных в бетонное основание. При высоких токах короткого замыкания все части устройства подвергаются высоким механическим нагрузкам, поэтому для основания (вибромассы) используется бетон особой прочности. Для пропускания больших токов бетонные реакторы могут быть оснащены принудительным охлаждением; в этом случае к маркировке агрегата добавляется буква «D» — обдув. Реакторы расположены в противоположном направлении для уменьшения суммарных магнитных потоков, возникающих при больших токах короткого замыкания.
— Нефтяные реакторы. Они используются в высоковольтных сетях (более 35 кВ). Каждая фаза имеет свой герметичный масляный бак, в котором находятся обмотки катушки. Масло действует как изолятор, а также охлаждает катушку, предотвращая перегрев и повреждение реактора. Стенки бака защищены от нагрева специальными магнитными шунтами и электромагнитным экранированием.
Заключение
В этой статье описаны назначение и типы реакторов, используемых для ограничения тока в цепи. Самое главное в работе этих устройств — уменьшить ток короткого замыкания, который должен отключить выключатель, и уменьшить дугообразование (в случае дугогасительных реакторов) в сетях с нейтральным проводником и глухим заземлением. Дуга не возникает, поскольку ток в цепи недостаточен для возникновения дуги, поэтому оборудование остается неповрежденным, а риск для жизни и здоровья оператора снижается.
Однако следует помнить, что использование токоограничивающего реактора требует более сложных расчетов для защитного реле и оборудования автоматики, и что несоответствие между параметрами оборудования и значениями сети не приведет к требуемому снижению тока.
