Монтаж реакторов 6—10 кВ
Реакторы применяют в электроустановках для ограничения токов короткого замыкания и сохранения уровня напряжения в сети. Они представляют собой многовитковые катушки с большим индуктивным и малым активным сопротивлением.
По конструктивному исполнению реакторы разделяют на сухие с воздушным охлаждением и масляные. Наибольшее распространение в электроустановках напряжением 6—10 кВ получили бетонные реакторы с воздушным охлаждением, простые по конструкции и надежные в эксплуатации.
Реакторы характеризуются номинальным током (в амперах), напряжением (в киловольтах), реактивностью (в процентах). Реактивность, будучи одним из основных параметров, представляет собой падение напряжения в одной фазе реактора в процентах от номинального напряжения (у бетонных реакторов различных исполнений обычно от 4 до 12 %).
Реакторы используют в схемах подстанций в качестве линейных, групповых и межсекционных (шинных). Линейные реакторы ограничивают мощность коротких замыканий на отходящей линии, в сети и на подстанциях, питающихся от этой линии. Устанавливают их за масляным выключателем. При маломощных присоединениях реакторы применяют в качестве групповых. Межсекционные реакторы устанавливают в распределительных устройствах мощных электростанций и подстанций для ограничения мощности коротких замыканий отдельных участков установки. Их изготовляют одинарными и сдвоенными. Сдвоенные реакторы используют как групповые. Они более экономичны, обеспечивают высокую степень ограничения токов короткого замыкания, уменьшают колебания напряжения, а также позволяют применять более дешевую коммутационную аппаратуру.
Особенности конструкции реактора и его технические данные находят отражение в его условном обозначении — РБ, РБА, РБАМ, РБАС, РБАСМ, где Р — реактор, Б — бетонный, А — алюминиевая обмотка, М — малые потери, С — сдвоенный. Если после букв стоят цифры, они указывают номинальный ток, напряжение и реактивность. Например, РБА-6-500-10 означает: реактор бетонный с обмоткой алюминиевого провода на номинальное напряжение 6 кВ и номинальный рабочий ток 500 А, реактивность 10 %. 
Рис. 1. Общий вид бетонного реактора РБА (а) и его трех фаз (б): 
1 — бетонная колонка, 2 — катушка, 3 — изолятор
Бетонный реактор (рис. 1, а) состоит из обмотки в виде катушки 2 с концентрически расположенными витками специального многожильного изолированного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонки 1, опирающиеся на фарфоровые изоляторы 3.
Бетонные колонки, которые являются основной изоляцией реактора, изготовляют и портландцемента марок 400 и 500. Бетон подвергают специальному технологическому режиму обработки для достижения высокой влагостойкости, высушивают и пропитывают асфальтовым лаком, а после запекания накладывают на него покровный влагостойкий лак. Каждую колонку ставят на опорном изоляторе. На фланцах нижних опорных изоляторов, устанавливаемых на полу подстанции, имеются болты для заземления. Число колонок в фазе реактора от 8 до 16 шт. Выводы реакторов представляют собой алюминиевые пластины, приваренные к проводу обмотки с набором контактных болтов.
Комплект реакторов состоит из трех одинаковых катушек, которые ставятся на изоляторы и включаются последовательно в каждую фазу цепи.
К помещениям, в которых устанавливают реакторы, предъявляются определенные требования: в них не должно быть предметов из магнитного материала, которые могут оказаться в магнитном поле реактора; стальные конструкции и проводники не должны создавать металлических магнитных контуров, охватывающих магнитное поле реакторов, которое замыкается через воздух в окружающем пространстве. Поэтому расстояния фаз реакторов от стен и потолка строго нормируются и указываются в проекте. Уменьшение расстояния от бетонных стен из-за наличия в них стальной арматуры может существенно влиять на увеличение потери электроэнергии в реакторах.
Установка реакторов.
Фазы реактора транспортируют к месту установки в заводской упаковке. Перед установкой реактор освобождают от упаковки, очищают от пыли и стружек и тщательно осматривают для выявления дефектов, препятствующих его нормальной работе: трещин и сколов у опорных изоляторов, нарушений их армировки, отбитых краев и нарушений лакового покрова, деформации витков и нарушения изоляции у бетонных колонок.
Поврежденные изоляторы заменяют, погнутые витки обмотки выправляют, восстанавливают изоляцию витков лакотканью и покрывают бакелитовым лаком. Незначительные трещины в бетоне заделывают изоляционным асфальтовым лаком, а большие трещины и сколы — чистым цементным раствором.
Реакторы устанавливают с соблюдением технологических правил монтажа и нормативных расстояний. Между реактором и стальными конструкциями в камере должно быть выдержано расстояние, равное не менее половины его диаметра. Опорные изоляторы армируют немагнитными материалами; для контактных соединений применяют болты из маломагнитной стали или латуни. При креплении конструкции и самого реактора по вертикали под изолятором ставят прокладки из твердого картона (металлические не рекомендуются). Три фазы реактора устанавливают вертикально, горизонтально и ступенчато (рис. 1, б).
Для подъема реакторов в междуэтажном перекрытии камер предусматривают специальные крюки. При горизонтальной установке каждую фазу реактора с помощью талей поднимают на фундамент, опускают на фундаментные штыри, выверяют по уровню и отвесу и затягивают крепежные болты.
При вертикальной установке фаз учитывают, что при коротких замыканиях между соседними фазами реактора возникают большие электродинамические усилия. Наиболее опасными являются усилия отталкивания между обмотками, так как они вызывают растягивающие усилия в опорных изоляторах (фарфоровые изоляторы лучше работают на сжатие, чем на растяжение). Во избежание этого при вертикальной и ступенчатой установках фаз реактора руководствуются заводскими обозначениями.
Фазы реактора обозначают следующим образом: В — верхняя, С — средняя, Н — нижняя, Г — горизонтальная и СГ — средняя горизонтальная. Направление обмоток фаз С и СГ предусматривается обратным направлению обмоток остальных двух фаз трехфазного комплекта реактора, что обеспечивает выгодное распределение усилий, возникающих при коротких замыканиях в обмотке реактора, в бетонных колонках и изоляторах. При горизонтальной установке трехфазного комплекта реактора фазу СГ располагают между двумя крайними фазами на полу; при ступенчатой установке фазы С и СГ — на полу, а фазу В монтируют над последней. Монтаж бетонных реакторов при вертикальном расположении фаз выполняют в следующем порядке:
устанавливают на фундамент фазу В и поднимают ее на высоту, достаточную для установки под ней фазы С;
устанавливают фазу С и на эластичных прокладках ее бетонных колонок укрепляют опорные изоляторы;
опускают на фазу С подвешенную фазу В и соединяют их болтами;
поднимают соединенные фазы В и С для установки на фундамент фазы Н, на которой аналогично закрепляют изоляторы с эластичными прокладками;
опускают две верхние фазы на фазу Н и соединяют их болтами;
всю группу выверяют по уровню и отвесу и окончательно затягивают все крепежные болты.
Подъем и установку фаз реактора осуществляют с помощью швеллерной траверсы с тросовым захватом, соблюдая особую осторожность, чтобы не повредить обмотки или бетонные колонки. После установки реактор заземляют через фланцы опорных изоляторов, смонтированных на фундаменте, и подвергают испытаниям в процессе пусконаладочных работ.
Выводы реактора необходимо предохранять от усилий, которые могут возникнуть в линии при коротких замыканиях. Для этого шины к реактору подводят перпендикулярно обмоткам и закрепляют на расстоянии не более 350 мм от него.
Источник
Как устроены и работают токоограничивающие и дугогасящие реакторы в энергетике
Современные автоматические выключатели ликвидируют токи коротких замыканий с минимально возможной выдержкой времени. Но, они не могут противостоять действию электродинамических сил, которые развиваются в первоначальный момент аварии. Для ликвидации их ударного проявления используются другие технические решения, основанные на работе реакторов.
Термин «Реактор» используется для обозначения устройств, работающих за счет проявления сил различных реакций, когда создается ответное воздействие на протекание какого-то определенного процесса, например, биологического, химического, электрического. механического…
Если совершается какое-то действие (обозначаемое корнем слова «акция»), то техническое устройство контролирует этот процесс и осуществляет противодействие его развитию (определяется предлогом «ре»). Название «Реактор» обозначается термином, состоящим из этого корня и предлога. А его окончание завершает определение технического устройства.
Наиболее широко используются сухие реакторы в сетях 6 и 10 кВ. Они выполняются в виде обмотки из изолированного провода, закрепленной на бетонных колоннах. Монтируются с вертикальным, горизонтальным или ступенчатым расположением фаз, в отдельных камерах распределительного устройства. В сетях более высоких напряжений применяются реакторы с масляной изоляцией, с каркасом стержневой или тороидальной формы из изоляционного материала и стальным баком.
Реакторы различают: по исполнению — одинарные и сдвоенные, по месту включения — секционные и линейные, по характеристикам — с линейной или нелинейной характеристикой, управляемые и неуправляемые. Сухие бетонные реакторы относятся к неуправляемым реакторам с линейной характеристикой.
Виды реакторов в энергетике
В высоковольтных электрических системах реакторы работают на принципе контроля и ограничения аварийных токов, стихийно возникающих на оборудовании схемы.
По назначению конструкции они подразделяются на два вида:
1. уменьшающие величины токов коротких замыканий — токоограничивающие;
2. снижающих возникающую электрическую дугу — дугогасящие.
Первый вид электротехнических аппаратов создается для устранения действия ударного тока, образуемого при возникновении короткого замыкания.
Второй — дугогасящие реакторы увеличивают индуктивное сопротивление, противодействующее развитию дуги при аварийной ситуации, связанной с образованием однофазного замыкания на контур земли в сетях, использующих глухоизолированную нейтраль.
Оба вида этих электротехнических устройств при номинальном режиме работы оборудования вносят небольшую погрешность в выходные характеристики системы, но она лежит в пределах рабочих нормативов, вполне допустима.
Что такое ударный ток короткого замыкания
При номинальном режиме высоковольтная энергия питания расходуется на преодоление полного сопротивления подключенной электрической схемы, состоящего из активной и реактивной нагрузки с индуктивными и емкостными связями. При этом создается рабочий ток, сбалансированный приложенной мощностью, напряжением, полным сопротивлением цепи.
Во время короткого замыкания происходит шунтирование огромной мощности источника случайным подключением нагрузки с маленьким активным сопротивлением, характерным для металлов. В ней отсутствует реактивная составляющая.
Это КЗ устраняет созданное равновесие в рабочей схеме, формирует новые виды токов. При этом переход источника напряжения на режим короткого замыкания происходит не мгновенно, а слегка растянут по времени. Такой кратковременный период называют переходным. При его протекании токи нагрузки изменяют форму и величину от значения гармоничной синусоиды номинального режима до характеристик установившегося подключения к «металлическому замыканию».
В ходе протекания переходных процессов полный ток от КЗ представляет собой вид сложной формы, которую для упрощения расчетов и анализа разделяют минимум на две составляющие:
1. вынужденную периодическую;
2. свободную апериодическую.
Первая часть повторяет форму питающего напряжения, а вторая возникает скачком и постепенно убывает по величине. Она формируется за счет емкостной нагрузки номинального режима, который рассматривается как холостой ход для последующего короткого замыкания.
Обе составляющие, складываясь вместе, создают ток, изменяющийся во времени сложным видом. Его необходимо учитывать при создании защит для принятия действенных мер.
За основу расчета выбирается величина с максимальным мгновенным значением апериодической составляющей. Его и называют ударным током.
Как работает токоограничивающий реактор
Основу конструкции составляет обмотка катушки, обладающей индуктивным сопротивлением, включенным в разрыв основной цепи питания. Ее параметры подбирают таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации падение напряжения на ней не превышало четырех процентов от общей величины.
При возникновении аварийной ситуации в защищаемой схеме эта индуктивность гасит большую часть приложенного высоковольтного напряжения и таким образом ограничивает действие ударного тока.
Токоограничивающий реактор рассчитывают по величине максимального тока аварии Im, которому он может противостоять по выражению:
Im= (2,54 I н/Хр)х100%
В формуле Iн обозначает значение номинального тока, а Xр — величину реактивного сопротивления обмотки.
Приведенная закономерность наглядно показывает, что увеличение индуктивности катушки ведет к уменьшению ударного тока.
Реактивные свойства обмоток обычно повышают подключением магнитопровода из стальных пластин. В конструкциях подобных реакторов при протекании больших токов по виткам происходит насыщение материала сердечника, что ведет к потере его токоограничивающих свойств. Поэтому от таких конструкций в большинстве случаев отказываются.
Токоограничивающие реакторы, как правило, изготавливают без использования стальных сердечников. Из-за необходимости достижения требуемой индуктивности они обладают повышенными габаритами и весом.
Конструкции токоограничивающих реакторов
По внутреннему исполнению они бывают:
Реакторы из бетонных блоков
Такие конструкции эксплуатируются довольно долгое время в сетях с напряжением до 35 кВ. Их обмотку делают из эластичных проводов, демпфирующих динамические и температурные нагрузки несколькими параллельными цепочками, равномерно распределяющими токи. Этим способом разгружают механическое воздействие на стационарную бетонную конструкцию.
Витки обмоток подобных реакторов выполнены многожильными проводами круглого сечения с изоляцией. Их заливают специальным сортом высокопрочного бетона, смонтированного в вертикальные колонки. При необходимости дополнения в конструкцию металлических частей используют исключительно немагнитные материалы.
Способ включения фазных катушек выбирают таким, что бы магнитные поля от них направлялись встречно. Этим приемом ослабляют динамические усилия при ударных токах КЗ.
Открытое расположение обмоток в пространстве позволяет обеспечивать хорошие условия для естественного охлаждения атмосферным воздухом. Когда тепловые нагрузки при номинальном режиме или коротких замыканиях способны превысить допустимые пределы нагрева обмоток, то применяют принудительный обдув вентиляторами.
При эксплуатации следует учитывать, что при сырой погоде бетон накапливает влажность из воздуха.
Подобные устройства до сих пор массово работают в высоковольтных сетях энергетики, успешно справляются с аварийными ситуациями, но считаются уже морально устаревшими.
Реакторы сухого типа
Они стали появляться благодаря разработке новых изоляционных материалов, основанных на кремнийорганической структуре. Она позволяет создавать изделия, успешно работающие на электрооборудовании до 220 кВ включительно.
Катушка обмотки наматывается прямоугольным многожильным кабелем повышенной прочности и покрывается слоем кремнийорганического лака. Дополнительные эксплуатационные преимущества обеспечивает покрытие кремнийорганической силиконовой изоляцией.
В результате этих доработок сухие токоограничивающие реакторы по сравнению с бетонными аналогами обладают:
меньшими габаритами и весом;
повышенной механической прочностью;
бо́льшим ресурсом работы.
У них медная обмотка проводников изолируется пропитанной кабельной бумагой и монтируется на изоляционных цилиндрах, помещенных в емкость с маслом либо другим жидким диэлектриком, одновременно выполняющим функцию отвода тепла.
Чтобы исключить нагрев металлического корпуса емкости от протекающего по виткам обмотки переменного поля промышленной частоты в подобную конструкцию включают магнитные шунты или электромагнитные экраны.
Магнитный шунт создают из магнитомягких листов стали. размещенных внутри масляной емкости около ее стенок. Образованный таким методом внутренний магнитопровод замыкает на себя магнитный поток, создаваемый обмоткой.
Электромагнитные экраны изготавливают в виде алюминиевых либо медных короткозамкнутых витков, смонтированных у стенок бака. В них индуцируется встречное электромагнитное поле, снижающее действие основного.
Реакторы с броней
Создаются с сердечником. Учитывая возможность насыщения магнитопровода, такие изделия требуют точного расчета и тщательного анализа условий эксплуатации.
Броневые сердечники из электротехнических сортов стали позволяют снижать габариты и вес подобных конструкций реакторов, а заодно и стоимость.
Но при их использовании требуется обязательно учитывать то обстоятельство, чтобы ударный ток не превышал максимального возможного значения для этого типа устройств.
Защищают кабельную ЛЭП по другому принципу, чем их токоограничивающие аналоги.
Об опасности однофазных замыканий на контур земли в схеме с изолированной нейтралью
Энергетические сети с рабочим напряжением 6÷35 кВ создаются для работы на линиях электропередач с нейтралью, изолированной от земли. В этом случае между всеми проводниками образуется емкостное сопротивление, а они сами работают так же, как обкладки конденсатора, то есть накапливают заряды.
При нарушении изоляции любой из фаз на контур земли создается замкнутая электрическая цепочка, через которую начинает стекать только емкостной ток. Он не создает короткое замыкание. Поэтому подобную неисправность допускается действующими документами устранять не мгновенно, а с выдержкой времени до двух часов. Она необходима оперативному персоналу как резерв на изменение схемы питания потребителей поврежденной линии без перерыва их электроснабжения.
С этой целью релейные защиты ЛЭП настраиваются в работу на сигнал, а не на отключение питания. Однако в такой ситуации проявляется двойная опасность:
1. попадания человека под действие шагового напряжения, оказавшегося в случайном месте возникновения неисправности;
2. возникновения электрической дуги, когда емкостной ток станет превышать величину в 20 ампер.
Горение дуги разрушает изоляцию проводов и кабелей, переводит однофазное замыкание в двух- или трехфазное КЗ со всеми негативными последствиями. Ее действие ограничивают защитными устройствами.
Назначение дугогасящих реакторов
Обмотка катушки L включается между нейтралью генератора и контуром земли. Она обладает индуктивным сопротивлением, которое можно регулировать посредством переключения числа витков. Измерительный трансформатор ТА позволяет контролировать проходящий ток для принятия действенных мер.
Такой способ подключения обмотки катушки позволяет создавать последовательную цепочку, состоящую из емкости и индуктивности, к которой приложено напряжение источника фазы с поврежденной изоляцией.
Емкостной и индуктивный токи находятся в противофазе, сдвинуты на общий угол 180 градусов. Действие емкостного тока ограничивается индуктивным, направленным встречно. В итоге суммарная величина, проходящая через поврежденную изоляцию, значительно уменьшается.
Дугогасящие реакторы могут создаваться под индивидуальные условия эксплуатации, не требующие специальных настроек для линий ограниченной длины или изготавливаться с возможностью регулировки индуктивного сопротивления катушки:
В первом случае изменение индуктивности осуществляется за счет переключения числа обмоток, подключенных к отпайкам.
Плавную регулировку выполняют:
плунжерные конструкции, регулирующие воздушный зазор магнитопровода;
реакторы с подмагничиванием постоянным током, использующие принципы магнитных усилителей.
Дугогасящие реакторы постоянной индуктивности создаются без систем управления.
Для регулирования индуктивности используются конструкции с:
ручным переключением числа работающих витков. Этот процесс не только трудоемкий, но и требует снятия напряжения с реактора;
приводом, работающим автоматически под нагрузкой сети;
измерителем емкости, позволяющим автоматически подстраивать индуктивность под результат замера за счет плавного регулирования тока.
Современные конструкции дугогасящих реакторов в управлении используют микропроцессорные технологии, облегчающие возможности эксплуатации предоставлением обслуживающему персоналу расширенной информации по статистике замыканий, поиску повреждений и другим полезным функциям.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник