В августе 2013 года состоялась встреча инженеров отдела маркетинга нашего предприятия с изготовителем электротехнической продукции ЗПП «НЕОН» УТОГ в г. Запорожье

4 Сентябрь 2013
НЕОН УТОГ

Целью нашей встречи было посещение конференции, где особое внимание уделялось наиболее востребованной продукции (трансформатор ОСЗЗ-730, РУП-2 и реактор РТТ).

Наибольшее количество вопросов было связано с токоограничивающим реактором РТТ, поэтому конструкторам производственного предприятия НЕОН УТОГ, пришлось детально рассказать о данном реакторе.

Токоограничивающий реактор РТТ: совершенная защита

В любой электрической цепи есть вероятность возникновения короткого замыкания (КЗ). И защита от КЗ предусмотрена во всех без исключения электрических сетях. Уже через 0,01 секунды после начала процесса КЗ полный ток достигает своего максимального значения и называется ударным. Кроме разрушения элементов электросети такой ток может вызвать возгорание или взрыв. Способов защиты существует много и один из них – использование токоограничивающих реакторов РТТ.

Немного теории

Из закона Ома для цепи переменного тока следует, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален комплексному сопротивлению этой цепи (совокупности активного, индуктивного и емкостного сопротивлений).Таким образом, если сопротивление стремится к нулю, что наблюдается в момент КЗ, ток стремится к бесконечности. И чем выше напряжение, тем выше ток. В высоковольтных сетях КЗ может привести к явлениям, напоминающим настоящий разряд молнии.

На практике комплексное сопротивление цепи переменного тока (импеданс) все же составляет некую, пусть и малую, но заметную величину, и снижает ток КЗ, который превышает номинальный приблизительно в 50 раз. Подробно данная тема освещена в «Руководящих указаниях по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования» РД 153-34.0-20.527-98, разработанных специалистами Московского энергетического института.

Блокировать эти разрушительные процессы можно введением в схему токоограничивающего реактора, создающего в момент КЗ индуктивное сопротивление, которое снижает ток КЗ. Однако, кроме реакторов, существуют и другие токоограничивающие аппараты. Они являются неотъемлемыми компонентами любой мало-мальски серьезной электрической системы и служат для ограничения тока при возникновении аварийных ситуаций, предохраняя от перегрузок и разрушения рабочие элементы электросетей. Поскольку такие устройства выполняют сходные функции, кратко рассмотрим их принципиальные отличия, чтобы лучше понять преимущества использования реакторов.

Защита бывает разная

Разумеется, обычные предохранители или автоматические выключатели прекрасно справляются с отсечкой тока КЗ, просто размыкая цепь. Однако зачастую требуется не только обуздать КЗ, но и сохранить на нагрузке рабочее напряжение. Работа должна продолжаться. Это условие является непременным для целого ряда объектов. Понятно, что никто не отменял аварийную систему энергоснабжения, в составе которой, к слову, тоже работают реакторы. А что еще?

Устройства защиты

Разрядники. Вы замечали, что когда вынимают вилку питания холодильника из розетки, вспыхивает искра? Это происходит в силу имеющейся в цепи довольно большой индуктивности, создаваемой обмотками двигателя компрессора. А теперь представьте, что в цепь включены несколько десятков мощных высоковольтных трансформаторов и если отключить такую цепь, то импульс будет просто колоссальным. Проходя по линии, он может физически разрушить изоляторы ЛЭП, пробив их. Чтобы этого не произошло, используют разрядники, принимающие на себя пиковое значение напряжения. Дуга проходит через их искровые промежутки и уходит в землю. Существуют также разрядники без искровых промежутков, называемые ограничителями перенапряжения. Они изготовлены на основе металлооксидных резисторов с нелинейной характеристикой.

Высоковольтные предохранители. Представляют собой наполненные кварцевым песком керамические трубки. В песке находятся плавкие вставки (прямые или спиральные), которые перегорают раньше, чем ток КЗ достигнет своего пикового значения. Однако при этом цепь размыкается и все потребители «по ту сторону» обесточиваются. Если это критично, то использование подобных методов недопустимо. К тому же в цепях с токами свыше 400А применение предохранителей проблематично, поскольку они не обеспечивают токоограничения. Наконец, они одноразовые, нестабильные и неуправляемые. Но дешевые.

Токоограничивающие устройства. Довольно сложные аппараты, в состав которых входят разделительный трансформатор, заменяемый расцепитель, предохранительный элемент, логическая схема и трансформатор тока. Нередко подключаются параллельно с реакторами, снижая потери, вызываемые их работой. Уменьшают ток срабатывания автоматических выключателей, что позволяет использовать автоматы меньшего номинала. Также исключают ложные срабатывания защитных систем при бросках тока, возникающих во время пусковых процессов.

Автоматические выключатели. Наиболее широко применяемые аппараты, работающие с токами и напряжениями широкого диапазона.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения. Применяются в сетях низкого напряжения. Могут быть как повышающими (на электростанциях, в том числе – ГЭС, для формирования укрупненных блоков), так и понижающими (на подстанциях промышленных предприятий и энергосистем), а также автотрансформаторами.

Ограничители взрывного действия. При поступлении сигнала от релейной защиты пиропатрон взрывается и размыкает цепь, разрывая проводник, расположенный вместе с пиропатроном в герметичносм цилиндре. Быстродействие ограничителя составляет 0,5 мс, а вся цепь обесточивается за четверть периода при частоте 50 Гц (около 5 мс).

Реакторы. Не зря они названы этим словом: они реагируют на резкое повышение тока. Индуктивность, образно выражаясь, представляет собой вязкую среду, в которой лавинообразно нарастающий импульс тока гасится, его фронт становится более пологим, задержанным во времени. И самое главное – при этом цепь не обесточивается и все ее элементы продолжают работать. Это особенно важно, если «по ту сторону»–потребители, обесточивание которых даже на доли секунды весьма чревато и поэтому недопустимо.

Существуют также резонансные, трансформаторные, реакторно-вентильные и другие токоограничивающие аппараты.

Виды реакторов

Согласно ГОСТ 18624-73 «Реакторы электрические. Термины и определения» существует более шестидесяти разновидностей реакторов – в их числе и токоограничивающие. Итак, реакторы бывают: с линейной, ограниченно линейной и нелинейной характеристикой, насыщающиеся, сдвоенные, регулируемые – без напряжения и под напряжением, а также соступенчатым и плавным регулированием, управляемые, с регулируемым зазором, с сердечником и без него, бетонные, с вертикальным, ступенчатым и горизонтальным расположением фаз, однофазные и многофазные, последовательного и параллельного включения, секционные, групповые, токоограничивающие, регулировочные, делительные, фильтровые, помехоподавления, ударные, пусковые, токоограничивающие для регулирования напряжения под нагрузкой, переходные устройства РПН, реакторы заградителя, шунтирующие (с отбором мощности и без него), симметрирующие, нагрузочные, заземляющие – дугогасящие и токоограничивающие, компенсирующие, реакторы емкостного отбора мощности, преобразовательные, коммутирующие, фазные и вентильные – с линейной либо ограниченно линейной характеристикой, задерживающие, регулировочные насыщающиеся вентильные реакторы (регулируемые подмагничиванием), сглаживающие, реакторы постоянного тока, уравнительные, ограничивающие, модуляционные, накопительные, а также реакторы емкостного накопителя.

Зачем мы приводим столь внушительный список названий, большинство из которых понятно лишь узким специалистам? Задачи, которые приходится решать разработчикам, весьма многообразны и сложны. И профессионалам нужна информация на 100% точная, достоверная и проверенная. И ее можно найти в соответствующей официальной, технической и нормативной документации.А во всенародно популярной Википедии упомянуто всего-то 3 электроаппарата из столь обширного семейства. Из этого следует, что относиться к информации на этом ресурсе нужно с известной долей скепсиса. Статьи в Wiki пишут все, кому не лень, и зачастую информация в ней неточна, фрагментарна, а то и вовсе вопиющим образом противоречит истине. В чем мы только что и убедились. Хотя ресурс, безусловно, полезен в качестве некоего ликбеза. Однако, мы несколько отвлеклись.

Особенности работы реакторов

Реактор представляет собой катушку, не имеющую стального сердечника, и в силу этого имеет постоянное индуктивное сопротивление, не зависящее от величины протекающего через обмотку (шину) тока. В норме при обычных условиях падение напряжения на реакторе составляет до 4%.

Наличие сердечника повышает индуктивность, однако во время КЗ поток электромагнитного поля через него резко возрастает и в десятки раз превышает его, так сказать, пропускную способность. Принято называть этот момент насыщением сердечника. А коль так, то его полезные свойства сводятся к минимуму и то, ради чего «городят огород»  (то есть, устанавливают реактор) – реактивное сопротивление – весьма существенно снижается. И реактор уже не ограничивает ток. Поэтому реакторы РТТ изготавливают без сердечника. Анализ иных конструктивных решений выходит за рамки данного обзора.

Интересный факт: из-за большой индуктивности работающих реакторов любые магнитные материалы стараются отдалять от них. Это относится и к элементам конструкции самого здания, как правило, железобетонным: наличие арматуры увеличивает потери электроэнергии в реакторах, уменьшая их КПД.

Схемы включения реакторов

Различают следующие схемы подключения реакторов:

  • линейная: последовательное включение, высокий уровень остаточного напряжения после ограничения тока КЗ, большие потери мощности (активной и реактивной) и падение напряжения при работе в нормальном режиме, снижение эффективности при увеличении мощности нагрузки;
  • секционная: меньше ограничивают ток КЗ, чем при линейной схеме, поскольку рассчитаны на номинальные токи большего значения, которые могут возникать в случае нарушения режима раздельной работы секций и которые протекают между секциями реактора;
  • сдвоенная: имеет наилучшие характеристики – минимальные потери напряжения и мощности (реактивной), что достигается благодаря магнитной связи между частями расщепленной обмотки. Схематически реактор представляет собой трехлучевую звезду. При нормальной работе поля обмоток двух ветвей направлены встречно, а в силу того, что они сильно сближены, они размагничивают друг друга.

В заключение хотелось бы отметить, что данная встреча укрепила партнерские отношения между нашими предприятиями, а также  были рассмотрены новые направления сотрудничества.