для чего нужен дугогасящий реактор на подстанции

Принцип действия дугогасящего реактора

Дугогасящий реактор – электроаппарат, предназначенный для защиты от однофазных замыканий на землю в электросетях. Оборудование обеспечивает самогашение дуговых замыканий и снижает последствия прямого контакта фазного проводника с землей.

Аппарат представляет собой катушку переменной индуктивности, которая включается в цепь «нейтральная точка – земля». Принцип действия реактора основан на компенсации емкостного тока, возникающего при однофазных замыканиях на землю.

Каждый изолированный проводник обладает некоторой емкостью относительно земли. При нарушении изоляции, возникает емкостной ток, стекающий в землю.

К возникновению феррорезонансных процессов в трансформаторах и их повреждению.

Для самогашения дуги и снижения токов при прямом устойчивом однофазном замыкании нейтраль заземляют через дугогасящий реактор. При замыкании одной из фаз на землю, возникает резонансный колебательный контур, образованной емкостью проводника и индуктивным реактором. Таким образом, емкостная составляющая компенсируется, амплитуда результирующего активного тока снижается до безопасной величины. Это позволяет прервать горение дуги при неустойчивом замыкании и во много раз снизить ток при металлическом замыкании на землю.

Первый дугогасящий реактор представлял собой катушку с постоянной индуктивностью. При изменении емкости, включением и отключением электрооборудования, участков сети, такие аппараты не обеспечивают резонанс. При однофазном замыкании электросеть работает в режиме недокомпенсации.

Особенности и принципы работы разных типов дугогасящих реакторов

Реакторы с отпайками, позволяющими изменять число витков, включенных в сеть, регулируют индуктивный ток ступенчато. Этого недостаточно для обеспечения резонанса или близкого к нему режима при возникновении замыканий. Расхождения в 1% между емкостным током замыкания на землю и индуктивным током реактора уже приводят к нежелательным последствиям. Реакторы с отпайками используют в небольших электросетях с неизменной конфигурацией или с высокой емкостью. В последнем случае оборудование применяют в качестве опорного реактора в дополнении с плунжерными электроаппаратами

Наиболее широкое применение нашли реакторы плунжерного типа. Реакторы позволяют плавно регулировать ток для компенсации емкостной составляющей изменением зазора между сердечником и обмоткой. Для улучшения вольт-амперных характеристик и снижения инерции применяют конструкцию с 2 стержнями, которые перемещаются в противоположных направлениях.

Электроаппараты можно использовать в сетях с малой емкостью и разветвленных системах с часто меняющейся конфигурацией, кратность регулирования современных реакторов достигает 20. Оборудование совместимо со схемами комбинированного заземления нейтрали через индуктивность и низковольтные резисторы, с дистанционными приводами плунжера, автоматикой, обеспечивающей автоматическую настройку резонанса.

Реакторы включают в цепь между нейтральной точкой и контуром заземления. При отсутствии явно выведенной нейтрали, подключение осуществляется через присоединительный трансформатор. Допускается подключение к нейтрали обмотки трансформатора, питающего секцию шин (чаще всего в сетях 35 кВ) или нейтраль генератора.

Применение дугогасящих реакторов позволяет значительно увеличить безопасность персонала, свести к минимуму или полностью устранить последствия замыканий на землю, не снижая надежность электроснабжения.

© Внедренческое предприятие
«Наука, техника, бизнес в энергетике» (ООО ВП «НТБЭ»), 1991-2021

Источник

Как устроены и работают токоограничивающие и дугогасящие реакторы в энергетике

Ударный ток короткого замыкания: что это?

Для чего нужен реактор токоограничивающий на 10 кВ и более? Дело в том, что при номинальном режиме питающая высоковольтная энергия расходуется на преодоление максимального сопротивления активной электросхемы. Она, в свою очередь, состоит из активной и реактивной нагрузки, обладающей емкостными и индуктивными связями. В результате создается рабочий ток, который оптимизируется при помощи полного сопротивления цепи, мощности и показателя напряжения.

При коротком замыкании происходит шунтирование источника посредством случайного подключения максимальной нагрузки в сочетании с минимальным активным сопротивлением, что характерно для металлов. При этом наблюдается отсутствие реактивной составляющей фазы. Короткое замыкание нивелирует равновесие в рабочей схеме, образуя новые типы токов. Переход от одного режима к другому происходит не мгновенно, а в затянутом режиме.

Во время этой кратковременной трансформации изменяются синусоидные и общие величины. После короткого замыкания новые формы тока могут приобретать вынужденную периодическую либо свободную апериодическую сложную форму.

Первый вариант способствует повторению конфигурации питающего напряжения, а вторая модель предполагает преобразование показателя скачками с постепенным убыванием. Формируется она посредством емкостной нагрузки номинального показателя, рассматриваемого как холостой ход для последующего короткого замыкания.

Принцип действия токоограничивающих реакторов

В основу конструкции входит катушечная обмотка, имеющая индуктивное сопротивление. Оно включено в разрыв главной питающей цепи. Характеристики этого элемента подбираются таким образом, чтобы при стандартных эксплуатационных условиях напряжение не падало выше 4% от общей величины.

Если в защитной схеме возникает аварийная ситуация, токоограничивающий реактор за счет индуктивности гасит преимущественную часть приложенного высоковольтного воздействия, одновременно сдерживая ударный ток.

Схема работы прибора доказывает тот факт, что при увеличении индуктивности катушки прослеживается снижение воздействия ударного тока.

Результирующее сопротивление цепи КЗ с учетом реактора

Рисунок 6.2-Схема подстанции

Рисунок 6.3 – Схема ТЭЦ

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Основные данные и технические параметры приведены в таблице 1

Таблица 1 – Технические параметры

Дополнительную информацию Вы можете найти в нашем коммерческом предложении.

Принцип работы дугогасящего реактора. Виды и особенности применения

В высоковольтных линиях передач при аварийном режиме возникают емкостные токи, происходит это, когда одна из фаз пробивает на землю. Эти емкостные токи образуют электрическую дугу при этом разрушая изоляцию подходящих кабелей и всю релейную защиту. Чтобы избежать этого, применяют дугогасящие реакторы. Они способствуют уменьшению действия электрической дуги.

Дугогасящий реактор

В современных схемах электроснабжения применяются многочисленные системы и аппаратура защиты. Чтобы избежать перебоев в электроснабжении потребителей, применяют одно из специальных средств защиты при однофазном замыкании на землю – дугогасящие реакторы. Они представляют собой электрические аппараты, предназначенные для компенсации емкостной составляющей тока при замыкании на землю.

Используются реакторы в основном в сетях с изолированной нейтралью напряжением от 6 до 35 кВ. В сетях напряжением от 110 до 750 кВ используют глухозаземленную нейтраль.

Виды и состав реакторов

Дугогасящие реакторы, как и любое специализированное оборудование, разделяют по некоторым категориям.

По точности регулировки реакторы разделяют на несколько видов:

По способу настройки выделяют:

По управлению реакторы разделяют на:

Дугогасящие реакторы представляют собой обычный трансформатор. В зависимости от условий, изготавливают сухие и маслонаполненные, с постоянным зазором между сердечником и катушкой, а также с изменяемым.

Принцип действия

Для того чтобы избежать перебоев в электроснабжении потребителей, применяют компенсацию активной составляющей путем выравнивания при помощи индуктивной составляющей.

На этом и основан принцип дугогасящего реактора. Индуктивный и емкостной токи противоположны по фазе, равны по значению, и по отношению к источнику энергии взаимно компенсируются в точке замыкания на землю, что приводит к затуханию электрической дуги.

Это позволяет сохранить токоведущие части в нетронутом состоянии, а также избежать выхода из строя оборудования при замыкании на землю.

Работа сети электрического тока с изолированной нейтралью не превышает 6 часов, чего вполне достаточно для того, чтобы найти и устранить неисправность на линии передач. Быстрое устранение неисправности – залог стабильной работы оборудования потребителей.

Устройство и принцип действия

Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В большинстве конструкций токоограничивающие реакторы не имеют ферромагнитных сердечников. В нормальном режиме на реакторе наблюдается падение напряжения порядка 3—4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания бо́льшая часть напряжения приходится на реактор. Значение максимального ударного тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

где I_H — номинальный ток сети, Xp — реактивное сопротивление реактора.

Соответственно, чем выше будет реактивное сопротивление, тем меньше будет значение максимального ударного тока в сети.

Реактивность прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению катушки. При больших токах у катушек со стальными сердечниками происходит насыщение сердечника, что резко снижает реактивность, и, как следствие, реактор теряет свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы выполняют без стальных сердечников, несмотря на то, что при этом, для поддержания такого же значения индуктивности, их приходится делать больших размеров и массы.
В случае если в линии электропередач 0,4—110 кВ имеются устройства передачи данных по технологии PLC, то реактор будет гасить эти частоты[источник не указан 1041 день].

Масляные варианты

Данное электротехническое оборудование оснащается проводниками с изолирующей кабельной бумагой. Устанавливается оно на специальных цилиндрах, которые находятся в резервуаре с маслом или аналогичным диэлектриком. Последний элемент также играет роль детали для отвода тепла.

Для нормализации нагрева металлического корпуса в конструкцию включают магнитные шунты или экраны на электромагнитах. Они позволяют уравновесить поля промышленной частоты, проходящие по виткам обмотки.

Шунты магнитного типа изготавливаются из стальных листов, размещающихся в середине масляного резервуара, непосредственно возле стенок. В результате образуется внутренний магнитопровод, который на себе замыкает поток, создаваемый обмоткой.

Экраны электромагнитного типа создаются в виде короткозамкнутых витков из алюминия или меди. Устанавливаются они около стенок емкости. В них происходит индукция встречного электромагнитного поля, уменьшающего воздействие основного потока.

Применение

Дугогасящие реакторы применяются для заземления нейтрали трёхфазных сетей 6, 10, 35 кВ.

Из-за распределённой по линии электропередачи или кабелю ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения изоляции возникает ёмкостный ток. Если он превышает 20—30 А, возникает электрическая дуга, горение которой разрушает изоляцию и проводник кабеля, что может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Таким образом потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

Этого не происходит, когда нейтраль сети заземлена через дугогасящий реактор, индуктивность которого во время ОЗЗ такова, что емкостная проводимость распределённой ёмкости сети и индуктивная проводимость реактора на промышленной частоте равны. Происходит компенсация ёмкостного тока. Ёмкостный ток суммируется в месте замыкания с равным ему и противоположным по фазе индуктивным, в результате остается только активная часть, обычно очень малая, это утечки через изоляцию кабельных линий и активные потери в ДГР (обычно не более 5 А), которой недостаточно для возникновения электрической дуги и шагового напряжения. Токоведущие цепи остаются неповреждёнными, потребители продолжают снабжаться электроэнергией. По действующим нормам допускается работа сети с изолированной нейтралью при ОЗЗ в течение 2 часов, предоставляемых персоналу для поиска и устранения повреждений изоляции.

Особенности

Рассматриваемый электрический аппарат оснащен обмотками, которые имеют магнитный провод из стальных пластин, служащий для повышения реактивных свойств. В таких агрегатах в случае прохождения больших токов по виткам наблюдается насыщение материала сердечника, а это приводит к снижению его токоограничивающих параметров. Следовательно, подобные приспособления не нашли широкого применения.

Преимущественно реакторы-токоограничители не оборудуются стальными сердечниками. Связано это с тем, что достижение необходимых характеристик индуктивности сопровождается значительным увеличением массы и габаритов приспособления.

ДГР, регулируемые без напряжения

Рис. 55. Схема ДГР. регулируемого без напряжения пересоединением зажимов.

Таблица 2. Основные напряжения, мощности и предельные токи реакторов со ступенчатым регулированием. Реактор имеет практически линейную вольт-амперную характеристику при увеличении напряжения до 1,1 U. Высшие гармоники в токе реактора отсутствуют (K = 0). Активные потери реактора не превышают 2,5 % номинальной мощности (р = 0,025). Для реакторов с максимальным током более 50 А остаточный ток превышает 5 А. Технология изготовления ЭРОМ и РЗДСОМ разработана сравнительно давно и полностью отвечает требованиям серийного производства. Рис. 56. Принципиальная схема (а) и стилизованный разрез (б) реактора типа ЗРОМ (РЗДСОМ).

Источник

Для чего нужен дугогасящий реактор на подстанции

	Дугогосящие реакторы Одно из основных достоинств сетей с изолированной нейтралью – возможность сохранения их в работе при наиболее частом виде повреждения в линиях электропередачи – однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Главным критерием, вынуждающим отключать потребителей в режиме ОЗЗ, является величина тока в месте замыкания, обусловленная емкостью фаз сети относительно земли, приводящая к возникновению устойчивой дуги и, как следствие, тяжелым авариям. Постоянное развитие сетей ведет к росту этого емкостного тока, который может быть компенсирован специальными индуктивными (дугогасящими) аппаратами, вопрос правильного выбора и подключения которых каждый раз встает перед проектировщиками. Рассмотрению этого вопроса посвящена статья чебоксарских специалистов. ДУГОГАСЯЩИЕ РЕАКТОРЫ В СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ Компенсация емкостных токов замыкания на землю Владимир Козлов, к.т.н., главный конструктор Михаил Петров, к.т.н., главный специалист по режимам нейтрали ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары Один из вариантов решения проблем ликвидации ОЗЗ был предложен в 1916 году Петерсеном [1] и заключается в компенсации емкостных токов от места замыкания посредством специальных индуктивностей – дугогасящих катушек (ДГК) или дугогасящих реакторов (ДГР). Включение ДГР, кроме снижения тока в месте замыкания, приводит к увеличению времени восстановления напряжения на поврежденной фазе, что способствует восстановлению диэлектрических свойств изоляции в месте повреждения. Одним из главных преимуществ сетей с компенсацией емкостных токов также является снижение кратности перенапряжений в случае дуговых замыканий до 2,4–2,6 U ф ( U ф – фазное напряжение сети) при резонансной настройке контура нулевой последовательности сети. В условиях развития сетей и изменения их конфигурации поддержание резонансной настройки требует новых подходов к автоматике управления ДГР [2]. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация, и условия выбора дугогасящих аппаратов приведены в [3]. В настоящее время с целью повышения эффективности эксплуатации электрических сетей компенсацию применяют при токах, существенно меньших рекомендованных ПУЭ и ПТЭ. В условиях современной тенденции замены кабелей с маслонаполненной изоляцией на кабели со СПЭ-изоляцией, увеличиваются емкости относительно земли и актуальность задачи компенсации емкостных токов постоянно нарастает. В частности, этот факт отражен в Положении о технической политике ФСК ЕЭС [4], в котором определено, что «при новом строительстве, расширении и реконструкции сетей напряжением 6–35 кВ необходимо рассматривать варианты проектных решений сети с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор с автоматической компенсацией емкостных токов». СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДГР Принципиально ДГР должны быть установлены в каждой фазе сети (рис. 1). При таком техническом решении катушка, подключенная к конкретной фазе, компенсирует емкостный ток замыкания на землю этой фазы. Рис. 1. Эквивалентная схема трехфазной сети 6–35 кВ с пофазной компенсацией емкостных токов Высокая стоимость трехфазной системы компенсации емкостных токов, ее громоздкость и технические сложности в пофазной настройке ДГР привели к тому, что наибольшее распространение получило решение с установкой одного ДГР в нейтраль сети (рис. 2). Но оно требует наличия явно выраженной нейтрали сети, которая не всегда имеется. На рис. 2 ДГР подключен к сети посредством специального нейтралеобразующего трансформатора TN. Рис. 2. Эквивалентная схема сети с одним компенсирующим устройством Как правило, мощность ДГР выбирается с учетом перспективного развития сетей и возможности компенсации емкостных токов одним реактором при объединении секций шин (СШ) и выводе в ремонт реактора другой СШ. В [5] приводятся расчет мощности и выбор дугогасящих аппаратов. Многие положения этого документа устарели. НЕЙТРАЛЕОБРАЗУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Трансформаторы, использующиеся для создания искусственной нейтрали с целью присоединения к ней ДГР, принято называть нейтралеобразующими, подземляющими, присоединительными или фильтрами нулевой последовательности. Последнее название подчеркивает тот факт, что реактор при ОЗЗ создает контур для протекания токов нулевой последовательности сети. В качестве таких присоединительных трансформаторов могут применяться любые трехфазные трансформаторы соответствующей мощности. Первичные обмотки трансформатора должны быть соединены в звезду с выведенной нейтралью, к которой и подсоединяется ДГР. Кроме того, необходимо наличие вторичных обмоток, соединяемых в замкнутый треугольник, что обеспечивает малое сопротивление трансформатора токам нулевой последовательности сети. Малого сопротивления токам нулевой последовательности сети можно также добиться соединением обмоток трансформатора в зигзаг [6]. Первичная обмотка такого трансформатора разбита на две равные части, которые соединяются последовательно, встречно с половинкой обмотки другой фазы (рис. 3). В результате такого соединения суммарное количество витков, приходящихся на одну фазу, в 1,15 раза больше, чем в аналогичной обмотке при соединении просто в звезду. Однако отсутствие необходимости во вторичной обмотке, соединяемой в замкнутый треугольник, делает такое решение экономически оправданным для задачи искусственного создания нейтрали. Такие трансформаторы получили название – фильтры нулевой последовательности (ФМЗО). Рис. 3. Схема подключения ДГР посредством ФМЗО Если силовые трансформаторы (T на рис. 4) или трансформаторы собственных нужд сети имеют подходящее соединение вторичных обмоток, ДГР может быть подключен непосредственно к их нейтрали. В этом случае мощность реактора не должна превышать 7–10% номинальной мощности трансформатора. В качестве нейтралеобразующих трансформаторов могут применяться силовые масляные трансформаторы серий ТМ, ТМА, ТМГ с выведенной нейтралью и соединенной в треугольник вторичной обмоткой (TN на рис. 4). Рис. 4. Схема подключения ДГР к нейтрали сети 35 кВ и 6–10 кВ с помощью TN При проектировании системы компенсации емкостных токов необходимо обратить внимание на влияние сопротивления TN на выбор величины тока ДГР [5]. Истинное значение тока реактора можно рассчитать по формуле: где IL – максимальное паспортное значение тока реактора; XL – минимальное значение индуктивного сопротивления ДГР в заданном диапазоне регулирования; XTN – эквивалентное сопротивление TN токам нулевой последовательности. Последнее рассчитывается по формуле: где UK, UНОМ и SНОМ – соответственно напряжение КЗ трансформатора (паспортное значение в %) TN, номинальные напряжение и мощность трансформатора. ДУГОГАСЯЩИЕ РЕАКТОРЫ Дугогасящие реакторы выпускаются регулируемого и нерегулируемого исполнения. Регулируемые ДГР нашли широкое применение в распределительных сетях 6–35 кВ. По принципу регулирования ДГР подразделяются на ступенчато- и плавнорегулируемые. К первому типу относятся катушки типа ЗРОМ, РЗДСОМ и эксплуатировавшиеся в СССР с 1950–60 гг. реакторы типа CEUF (ГДР). В настоящее время данный тип реакторов практически не выпускается. Плавнорегулируемые ДГР представлены плунжерными реакторами, в которых регулирование индуктивности производится изменением немагнитного зазора сердечника, и ДГР с подмагничиванием сердечника, за счет которого изменяется рабочие точки на нелинейной характеристике магнитопровода, а следовательно, и индуктивность реактора. Попытки избавиться от основного недостатка плунжерных реакторов – наличия механического привода – привели к появлению разнообразных ДГР с подмагничиванием от внешнего источника продольного, поперечного и смешанного возбуждения. Однако большая потребляемая мощность, малый диапазон регулирования тока компенсации, наличие высших гармонических в токе рабочей обмотки, сложность автоматического управления сделали этот тип ДГР неконкурентоспособным на рынке электрооборудования. Большая часть этих реакторов демонтирована, а остальные постепенно выводятся из эксплуатации. КОНСТРУКЦИЯ ДГР Большинство ДГР, эксплуатируемых в электрических сетях России, выпускаются в двух- и трехстержневом исполнении. Двухстержневая конструкция характерна для ступенчато-регулируемых реакторов и реакторов серии РУОМ. Обе половинки рабочей обмотки реакторов соединяются параллельно. На стержнях дополнительно наматываются сигнальная обмотка и обмотка управления. Последняя рассчитывается на подключение активного сопротивления для снижения добротности контура нулевой последовательности сети. Плунжерные дугогасящие реакторы в основном имеют трехстержневую конструкцию магнитопровода. Регулирование индуктивного тока осуществляется изменением высоты немагнитного зазора в центральном стержне. Для этого центральный стержень разрезается на 2 части. Возможны два варианта регулирования индуктивности катушки: симметричное, когда зазор изменяется одновременно в обе стороны относительно центральной оси сердечника, и несимметричное, когда подвижной является лишь одна часть сердечника. В первом случае характеристика регулирования ДГР более плавная, чем во втором. Для снижения потерь в катушке и магнитопроводе мощные ДГР серии РЗДПОМ выполняются пятистержневыми (четырехлучевая звезда). Самые совершенные реакторы ASR и ZTC фирмы EGE выполняются по схеме – симметричная шестилучевая звезда. Такое конструктивное исполнение магнитопровода позволило минимизировать потери в стали, в том числе за счет упорядочения потоков рассеяния в немагнитных зазорах. ПРОИЗВОДИТЕЛИ ДГР Плунжерные катушки, за исключением России и стран СНГ, выпускают в пяти странах мира: Чехии, Австрии, Канаде, Китае и Индии. В СНГ ДГР плунжерного типа производят «Белэнергоремналадка» (Белоруссия), «ЭЛИЗ» (г. Запорожье, Украина), «Электрозавод» (г. Москва), филиал «Мосэнерго» ЦРМЗ (г. Москва), ВП «НТБЭ» (г. Екатеринбург) и «Свердловэлектроремонт» (г. Екатеринбург). В табл. 1 приведен список изготовителей и поставщиков плавнорегулируемых ДГР для электроэнергетики России. Отметим, что единственным предприятием, поставляющим ДГР сухого исполнения для закрытых подстанций, является фирма TRENCH. Табл. 1. Производители дугогасящих реакторов Реакторы РДМР РЗДПОМ РУОМ ASR, ZTC TRENCH Производитель «Свердлов-электроремонт», ВП «НТБЭ» «Белэнергоремналадка», «ЭЛИЗ», Электрозавод, ЦРМЗ «Мосэнерго» ОАО РЭТЗ «Энергия» EGE (Чехия), ООО «ЭНЕРГАН» (дилер EGE) TRENCH (Австрия), НПО «ТехноСервис-Электро» (дилер Trench) Охлаждение Масляное Масляное Масляное Масляное Масляное, сухое Исполнение Одинарное Одинарное Одинарное Одинарное, комбинированное Одинарное, комбинированное Класс напряжения, кВ 6, 10 6, 10, 20, 35 6, 10 6, 10, 20, 35 6, 10, 20, 35 Кратность регулирования 8–25 5 10 10 10 Диапазон мощностей, кВА 300–820(1520) 120–1520 90–1520 50–8000 100–1000 EGE и TRENCH также предлагают потребителям дугогасящие аппараты комбинированного исполнения, представляющие собой нейтралеобразующий трансформатор (ФМЗО) и дугогасящий реактор, установленные в одном маслонаполненном баке. Однако их применение в отечественной практике не соответствует нормативным документам, поскольку в п. 6.1 Инструкции [5] говорится, что «включение или отключение трансформаторов, предназначенных для подключения дугогасящих реакторов, допускается производить только при отключенном дугогасящем реакторе (разъединитель в цепи реактора должен быть отключен)». ВЫВОД В настоящее время наиболее перспективным типом дугогасящих аппаратов в сетях 6–35 кВ являются плунжерные реакторы. ЛИТЕРАТУРА

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник