Способы ограничения токов КЗ. Реакторы.

Рост генераторных мощностей современных энергосистем, созда­ние мощных энергообъединений, рост мощностей нагрузок приво­дят с одной стороны к росту электровооруженности и производи­тельности труда, к повышению надежности и устойчивости электро­снабжения, а с другой стороны — к существенному повышению уровней токов КЗ.

В настоящее время разработан комплекс мер, который позволяет регулировать уровни токов к. з., ограничивать их при развитии электроустановок. Однако применение таких средств не является самоцелью и оправданно только после специального технико-экономического обоснования.

Наиболее распространенными и действенными способами огра­ничения токов КЗ являются: секционирование электрических се­тей; установка токоограничивающих реакторов, широкое исполь­зование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.

Первый способ является эффективным средством, которое поз­воляет уменьшить уровни токов КЗ в реальных электрических сетях в 1,5—2 раза. Решение о секционировании также должно приниматься после специального технико-эконо­мического обоснования.

В распределительных сетях 10кВ и ниже широко применяется раздель­ная работа секций шин, пи­тающихся от различных тран­сформаторов подстанции.Основной причиной, определяющей такой режим ра­боты, является требование снижения токов КЗ, хотя и в этом случае отказ от непосредственной параллельной работы трансформаторов имеет свои отрицательные последствия: разные уровни напряжения по секциям, неравномерная загрузка транс­форматоров и т. п.

При мощности понижающего трансформатора 25 MBА и выше применяют расщепление обмотки низшего напря­жения на две, что позволяет увеличить со­противление такого трансформатора в режиме КЗ примерно в 2 раза по сравнению с трансформатором без расщепления обмотки.

К специальным техническим средствам ограничения токов КЗ в первую очередь относятся токоограничивающие реакторы. Реакторы служат для ограничения токов КЗ в мощных электро­установках, а также позволяют поддерживать на шинах опреде­ленный уровень напряжения при повреждениях за реакторами. Токоограничивающие реакторы применяются на станциях ти­па ТЭЦ:

а) между секциями ГРУ (секционные реакторы) — реактор LRK на рис а;

б) для питания местных потребителей от сборных шин ГРУ (линейные LR1 или групповые LR2 реакторы) — рис. а;

в) для питания местных потребителей от блочных ТЭЦ через реактированные отпайки — рис. б.

Допустимая потеря напряжения в реакторе обычно не превышает 1,5—2%. Ограничений по потере

напряжения в нормальном режиме ра­боты нет в случае секционного реактора, поэтому его сопротивление может быть большим.

Наряду с рассмотренными выше реакторами обычной конструк­ции в электроустановках находят применение сдвоенные реакторы. Конструктивно они подобны обычным реакторам, но от средней точки обмотки имеется дополнительный вывод. В случае применения сдвоенных реакторов источник может быть присоединен к средней точке, а потребители — к крайним, или наоборот. Преимуществом сдвоенного реактора является то, что в зави­симости от схемы включения и направления токов в обмотках индук­тивное сопротивление его может увеличиваться или уменьшаться. Это свойство сдвоенного реактора обычно используется для умень­шения падения напряжения в нормальном режиме и ограничения токов при КЗ. Особенности сдвоенного реактора определяются наличием маг­нитной связи между ветвями каждой фазы. За счет взаимной индуктивно­сти потеря напряжения в сдвоенном реакторе меньше, чем в случае обычного реактора с та­ким же индуктивным сопротивлением. Это обстоятельство позво­ляет эффективно использовать сдвоенный реактор в качестве группового. При использовании сдвоенного реактора по схеме когда к концам катушки реактора подключаются генераторы, а к середине - потребитель,выявляется дополнительное его свойство. При КЗ на выводах генератора 1ток от генератора 2протекает по ветвям в одном направлении. Взаимная индуктивность ветвей действует здесь сог­ласно с собственной индук­тивностью обмоток, обеспе­чивая значительный токоограничивающий эффект.

Реакторы выбирают по номинальному напряжению, номиналь­ному току и номинальному индуктивному сопротивлению. Номинальное напряжение выбирают в соответ­ствии с номинальным напряжением установки. Допускается использование реакторов в электроустановках с номинальным напряжением, меньшим номинального напряжения реакторов. Номинальный ток реактора Iном ≥ Imax. Индуктивное сопротивление реактора опре­деляют, исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня. В большинстве случаев уровень ограничения тока КЗ определяется по коммутационной способности выключателей, наме­чаемых к установке или установленных в данной точке сети.

Как правило, первоначально известно начальное значение пе­риодического тока КЗ Iп.о которое с помощью реактора необхо­димо уменьшить до требуемого уровня. По значению Iном. откл. определяется начальное значение периоди­ческой составляющей тока КЗ, при котором обеспечивается ком­мутационная способность выключателя. Для упрощения обычно принимают Iп.о, треб. = Iном. откл.

Результирующее сопротивление, Ом, цепи К.З. до установки реактора можно определить по выражению

Требуемое сопротивление цепи К.З. для обеспечения I_{п.о.треб :}

Разность полученных значений сопротивлений дает требуемое сопротивление реактора

Далее по каталожным и справочным данным данным выбирают тип реактора с ближайшим большим индуктивным сопротивлением.

Фактическое значение тока при к.з. за реактором определяется следующим образом.

Вычисляется значение результирующего сопротивления цепи к.з. с учетом реактора:

а затем определяется начальное значение периодической составляющей тока к.з.

Выбранный реактор следует проверить на электродинамическую и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ. Электродинамическая стойкость реактора гарантируется при соблюдении следующего условия: i_max ≥ i_{уд ,} где i_уд - ударный ток при трехфазном КЗ за реактором; i_max - ток электродинамической стойкости реактора. Термическая стойкость реактора характеризуется временем термической стойкости и током термической стойкости: Втер = Iт²tт ≥ В_{к ,} где В_к — расчетный тепловой им­пульс тока при КЗ за реактором.