Лекция№ 14. Средства ограничения токов короткого замыкания.

Тема: Электрические станции и подстанции

Для ограничения токов КЗ в мощных энергоустановках служат токоограничивающие реакторы. Это позволяет применить более лёгкие и дешёвые выключатели и уменьшить площадь сечения кабелей, а следовательно, удешевить РУ.

Основная область применения реакторов – электрические сети напряжением 6 и 10 кВ. Иногда их используют и в установках напряжением 35 кВ

Для ограничения тока КЗ в РУ 6 – 10 кВ ТЭЦ применяют секционные и линейные реакторы (рис. 14.1).

 

Рис. 14.1. Схема включения реакторов в ГРУ.

В нормальном режиме работы станции через секционные реакторы проходят небольшие токи и потери напряжения в них малы. При нарушении нормального режима, например при отключении генератора или трансформатора, через реакторы проходят значительные рабочие токи и потери напряжения достигают в них (4 - 6) % U_ном. Секционные реакторы ограничивают ток КЗ в зоне сборных шин, присоединений генераторов, трансформаторов, и сопротивление реакторов должно быть достаточным для того, чтобы ограничивать ток КЗ до значений, соответствующих параметрам намечаемых к установке выключателей. Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать мощно сти, передаваемой от секции к секции при нарушении нормального режима.

Обычно принимают

I_р.ном≥(0,6 – 0,7)I_г.ном; x_р=0,2 – 0,35 Ом

Задав сопротивление реактора, рассчитывают ток КЗ на шинах установки. Если ток окажется больше ожидаемого, следует изменить сопротивление реактора и повторить расчёт.

Линейные реакторы включаются последовательно в цепь отходящей линии, они хорошо ограничивают ток КЗ в распределительной сети и поддерживают остаточное напряжение U_ост на шинах установки при КЗ на одной из линий. Последнее благоприятно сказывается на потребителях электрической энергии, и по условиям самозапуска электродвигательной нагрузки U_ост должно составлять не менее (65 - 70) % U _ном.

Для ограничения тока КЗ целесообразно иметь возможно большее индуктивное сопротивление реактора. Однако значение х_р должно быть ограничено допустимым значением потери напряжения в реакторе при нормальном режиме работы установки (1,5—2% номинального).

Основные параметры реакторов следующие: номинальное напряжение, номинальный ток, индуктивное сопротивление, а также ток динамической стойкости I_mдин (амплитудное значение), ток термической стойкости I_Т и допустимое время действия тока термической стойкости t_Т.

При большом числе линий применяют групповые реакторы, т. е. один реактор на несколько линий. Затраты, связанные с установкой реактора, в этом случае уменьшаются, однако уменьшается и токоограничивающее действие реактора с большим номинальным током при заданном значении потери напряжения.

Сдвоенные реакторы лишены недостатков групповых реакторов. К среднему выводу реактора присоединены источники питания, а потребители подключаются к крайним выводам (рис. 14.1). Сдвоенные реакторы характеризуются номинальным напряжением, номинальным током ветви и сопротивлением одной ветви x_р=x_в=ωL при отсутствии тока в другой. При эксплуатации стремятся к равномерной загрузке ветвей (I₁=I₂=I). В нормальном режиме работы установки потеря напряжения в ветви реактора с учетом взаимной индукции ветвей определится как

Δu^’=(IωL-IωM)sinφ= IωL(1-k_c) sinφ,

где k_c = M/L — коэффициент связи ветвей реактора.

Если х_в = ωL, то индуктивное сопротивление ветви с учетом взаимной индукции x'_B = x_B(1—k_c). Обычно коэффициент связи k_c близок к 0,5, тогда х'_в = 0,5х_в, т. е. потеря напряжения в сдвоенном реакторе вдвое меньше по сравнению с обычным реактором.

При КЗ за одной из ветвей ток в ней значительно превышает ток в неповрежденной ветви. Влияние взаимной индукции мало, и x_р=x_в, т. е. сопротивление реактора при КЗ вдвое больше, чем в нормальном режиме.

Рассмотрим порядок выбора линейных реакторов.

Реакторы выбирают по номинальному напряжению и номинальному току:

U_уст≤U_р.ном; I_{раб.утяж}≤I_р.ном

Индуктивное сопротивление реактора выбирают исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня, определяемого коммутационной способностью выключателей, которые установлены в данной сети. Например, на линиях часто устанавливаются выключатели ВМП-10К с током отключения I_отк= 20 кА. Первоначально известно значение периодической составляющей тока КЗ I_п0, которое с помощью реактора необходимо уменьшить. Результирующее сопротивление цепи КЗ до места присоединения реакторов (рис. 14.2) можно определить по выражению

.

Рис. 14.2. Схема замещения для определения сопротивления реактора.

 

Начальное значение периодической составляющей тока за реактором должно быть равно току отключения выключателя:

I_{п0 К2}=I_откл

Сопротивление цепи КЗ до точки К2 за реактором

.

Разность полученных сопротивлений даст необходимое сопротивление реактора:

x_р=x_{рез К2} – x_{рез К1}.

Выбирают по каталогу тип реактора с ближайшим большим значением x_р и рассчитывают действительное значение периодической составляющей тока КЗ за реактором.

Выбранный реактор необходимо проверить на электродинамическую стойкость:

i_у≤I_{m дин},

где i_у — ударный ток трехфазного КЗ за реактором.

Проверка на термическую стойкость проводится по условию

B_k≤I²_T t_T

где В_к — расчётный импульс квадратичного тока при КЗ за реактором.

Короткое замыкание за реактором можно считать удалённым, поэтому

B_к=I²_{п0 К2}(t_откл+T_а),

при этом в значение t_откл входит время действия релейной защиты отходящих линий, составляющее 1—2 с.

Необходимо также определить потерю напряжения в реакторе и остаточное напряжение на шинах установки (в процентах):

Δu=√3I_рабx_рsinφ100/U_ном;

U_ост=√3I_{п0 К2}x_р 100/U_ном

и сравнить полученные значения с допустимыми.