Выбор короткозамыкателей и отделителей

Номинальное напряжение короткозамыкателя должно соответствовать номинальному значению напряжения сети. Динамическая и термическая стойкости короткозамыкателя должны соответствовать току КЗ в месте его установки. Время включения короткозамыкателя должно соответствовать требованиям схемы автоматики. Номинальные данные по току и напряжению выбираются так же, как и для разъединителя. Кроме того, время отключения должно соответствовать требованиям схемы автоматики.

Реакторы

Реактор - это электрический аппарат в виде катушки с неизменной индуктивностью для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме.

Наиболее распространены бетонные реакторы. На рис. 22.12 представлен трёхфазный комплект таких реакторов.

Из многожильного провода 1 намотаны катушки реакторов А, В, С. Заливкой в специальные формы получаются бетонные вертикальные стойки колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки катушки. Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами 3, 4.

Для получения необоходимой прочности электрической изоляции после затвердевания бетона реактор подвергают сушке под вакуумом и пропитке влагостойким изоляционным лаком.

Между отдельными витками в ряду и между рядами выдерживается зазор , что улучшает охлаждение отдельных витков и повышает электрическую прочность изоляции.

При больших номинальных токах (более 400 А) применяется несколько параллельных ветвей. Для равномерного распределения тока по ветвям используется транспозиция витков. Все витки ветвей должны одинаково располагаться относительно оси реактора.

В качестве обмоточного провода применяется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги толщиной и хлопчатобумажной оплёткой. Общая толщина изоляции примерно Максимальная допустимая температура при длительном режиме – не выше при КЗ – не выше

Рис. 22.12. Трехфазный комплект реакторов

Oхлаждение реакторов, как правило, естественное.

В трёхфазном комплекте (см. рис. 22.12) наибольшему нагреву подвергается верхний реактор, поскольку подходящий снизу воздух подогрет реакторами, расположенными ниже.

В распределительном устройстве предусмотрены каналы для охлаждающего воздуха.

Магнитное поле реактора замыкается вокруг обмотки. Ферромагнитные тела в этом поле создают дополнительные активные потери мощности, могут нагреваться до высоких температур. Для уменьшения потерь ферромагнитные детали удаляются от обмотки на расстояние, не меньше её внешнего радиуса.

Расстояние между реакторами определяется высотой опорных изоляторов. При больших токах в реакторах возникают электродинамические силы (рис. 22.13), которые могут разрушить изоляторы, работающие и на сжатие, и на разрыв.

В наиболее тяжелых условиях работают изоляторы верхнего реактора. Для уменьшения разрывающего усилия изменяют направления поля среднего реактора на обратное. Отталкивающее усилие становится притягивающим. Изменение направления поля среднего реактора достигается изменением направления его намотки относительно направления намотки крайних реакторов.

Рис. 22.13. Изменение во времени электродинамических усилий,

действующих между реакторами

Если пренебречь влиянием третьей фазы, то можно найти максимальное значение отталкивающей и притягивающей сил, действующих на изоляторы:

(22.1)

где ударный ток;

(22.2)

число витков реактора;

коэффициент, который берется по рис. 22.14.

Силы, действующие на каждый изолятор, равны:

(22.3)

где масса реактора;

число изоляторов;

g – ускорение свободного падения.

Бетонные реакторы применяются в закрытых распределительных устройствах при напряжении не выше 35 кВ. Недостатком их являются большие габаритные размеры и массы.

При напряжении более 35 кВ и для установки на открытой части подстанций применяются реакторы в масляном исполнении.

На рис. 22.15 в стальной бак 1 с трансформаторным маслом погружена обмотка 2. Применение масла позволяет уменьшить изоляционные расстояния между обмоткой и заземлёнными частями реактора и улучшить охлаждение обмотки за счёт конвекции масла. При этом масса и размеры аппарата уменьшаются.

Выводы обмотки присоединяются к контактам проходных изоляторов 4.

Переменный магнитный поток реактора замыкается по стенкам бака, что приводит к его нагреву до недопустимых температур из-за появления вихревых токов. Чтобы избежать этого, внутри бака 1 устанавливается короткозамкнутый виток в виде экрана 3. Такой виток увеличивает магнитное сопротивление цепи и, следовательно, уменьшает магнитный поток, замыкающийся через бак, и вызванные этим потоком потери на вихревые токи.

В настоящее время разработаны тороидальные реакторы на напряжение 110 кВ и выше. Они имеют более высокие технические и экономические показатели по сравнению с конструкцией на рис. 22.15.

Стремление к уменьшению потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме, к упрощению и удешевлению распределительных устройств привело к созданию сдвоенных реакторов.

Рис. 22.14. К определению электродинамических усилий

между катушками

В сдвоенных реакторах (рис. 22.16) реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух уменьшает габариты аппарата, удешевляет и упрощает распределительное устройство.

В номинальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно и оказывают размагничивающее действие друг на друга. В результате индуктивное сопротивление ветви падает. Соответственно уменьшается падение напряжения на реакторе.

Падение напряжения на ветви реактора при номинальном токе:

Чем больше коэффициент связи ветвей реактора k, тем меньше падение напряжения в ветви. Для увеличения коэффициента связи реакторы должны быть возможно ближе друг к другу.

При КЗ в одной из ветвей падение напряжения на реакторе определяется ее сопротивлением . Размагничивающее действие другой ветви, обтекаемой номинальным током, незначительно.

Рис. 22.15. Масляный реактор

Рис. 22.16. Включение сдвоенных реакторов

Если первая ветвь реактора разомкнута, а во второй проходит ток КЗ, то в реакторе первой ветви наводится дополнительная ЭДС, равная .

При одновременном КЗ в обоих отходящих от реактора ветвях между ними возникают большие электродинамические силы, т.к. реакторы близко расположены друг к другу, и возрастает ток КЗ, т.к. падает реактивное сопротивление ветвей.

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

Исследования показали, что бетонные сдвоенные реакторы без применения специальных мер подвержены разрушению при одновременном КЗ в обеих ветвях. На рис. 22.17 показана в разрезе левая половина такого реактора.

Рис. 22.17. Конструкция сдвоенного реактора

Стяжка реактора осуществляется с помощью металлических стержней 1 и стержней 2 из изоляционного материала. Катушка реактора уложена на изоляционных прокладках 3.

Векторы , обозначают силу взаимодействия витка с нижней частью реактора. Векторы - силы, действующие на виток со стороны верхней части реактора. Векторы без пометки 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. 22.17, в. Для снижения возможности одновременного КЗ обе ветви реактора не должны проходить близко друг к другу.

Основные параметры сдвоенного реактора:

· номинальный длительный ток каждой ветви;

· индуктивное сопротивление (%) одной ветви (при отсутствии тока в другой)

(22.5)

· коэффициент связи

(22.6)

· электродинамическая стойкость каждой ветви определяется усилиями, возникающими между витками каждой ветви и между ветвями соседних фаз. При одновременном КЗ на обеих ветвях одного реактора возникают усилия, разрывающие реактор, т.к. токи в ветвях направлены встречно. Обычно динамическая стойкость при таких повреждениях в 2-3 раза меньше, чем при КЗ в одной ветви;

· термическая стойкость одной ветви.