Сглаживающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции. Для чего служит реактор на подстанции

Токоограничивающий реактор

Служит для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а так же позволяет поддерживать на шинах подстанции определенный уровень напряжения при повреждениях за реактором.

Реактор представляет собой индуктивную катушку без сердечника и его индуктивное сопротивление не зависит от протекающего тока.

Допустимая потеря напряжения в реакторе обычно не должна превышать 2%.

Реакторы имеют линейную ВАХ в широком пределе изменения тока от номинального тока до тока КЗ. Обмотки реактора выполняют из многожильного медного или алюминиевого провода.

Для придания реактору необходимой механической прочности его обмотку заливают цементным раствором и скрашивают для преграждения проникновения влаги.

Кроме одинарных реакторов применяют сдвоенные реакторы, которые выполняют роль линейных.

Сдвоенные токоограничивающие реакторы

Сдвоенный реактор имеет две катушки на одну фазу, которые намотаны в одном направлении и включены согласно.

Средний зажим реактора (цифра 1) присоединяют к источнику энергии. Крайним зажимом (2 и 3) присоединяют потребителей. За номинальный ток реактора сдвоенного принимают номинальный ток катушки. Средний зажим реактора рассчитан на двойной номинальный ток.

При установке реакторов в помещении необходимо обеспечить защиту окружающих ферромагнитных конструкций. Например, защиту арматуры в железобетонных стенках от перегрева индуктированными токами.

При этом указываются минимальные расстояния от конструкций, содержащих ферромагнит. При внутренней установки реакторов необходимо обеспечить охлаждение реакторов с помощью вентиляторов.

Допустимая температура обмотки при КЗ определяется материалом проводом и видом изоляции.

Основным параметром реактора является номинальное индуктивное сопротивление Хр.

Оно зависит от числа витков относительных размеров катушек, а также от их взаимного положения и расстояния.

Катушки сдвоенного реактора обладают индуктивностью L и взаимной индуктивностью М, величина j составляет 0,04, 0,06 значения индуктивности, коэффициент связи катушек сдвоенного ректора

Возможные схемы включения реакторов

1. Для мощных отечественных линий может применяться индивидуальное реактирование.

2. В системе собственных нужд через реакторы может записываться группа линий и тогда имеет место групповое реактирование.

3. Реактор может включаться между секциями распределительных устройств и его называют секционным реактором.

Поддержание более высокого уровня остаточного напряжения на шинах подстанции при КЗ за реактором благоприятно сказывается на потребителях, питание от того же источника, что и поврежденная цепь, поэтому в решении КЗ целесообразно иметь возможно большее значение индуктивного сопротивления реактора.

Иллюстрация эффекта поддержания остаточного напряжения на шинах подстанции

а) при отсутствии реактора

хл – сопротивление линий

так как

хк – сопротивление КЗ при отсутствии реактора

хк’ – ток КЗ

б) при наличии в линии реактора

Иост’ – это остаточное покрытие на шинах при КЗ за реактором

У сдвоенного реактора в зависимости от схемы включения и направления токов в обмотках индуктивного сопротивления реактора может увеличиваться или уменьшаться. Это свойство обычно используется для уменьшения падения напряжения в нормальном режиме и ограничения токов при КЗ. Особенности сдвоенного реактора обусловлены наличием магнитной связи между ветвями каждой фазы.

За счет взаимной индуктивности потеря напряжения в сдвоенном реакторе меньше, чем в случае обычного реактора с тем же индуктивным сопротивлением.

Потеря напряжения определяется формулой:

Необходимо стремиться к равномерной загрузке ветвей реактора, тогда для каждой из них будут созданы одинаковые условия.

Например, при I1 = I2 = I

если

–индуктивное сопротивление ветви реактора с учетом взаимной индуктивности

хb – сопротивление ветви реактора без учета взаимной индуктивности

studfiles.net

Линейный реактор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Линейный реактор

Cтраница 1

Линейные реакторы ограничивают мощность коротких замыканий на отходящей линии, в сети и на подстанциях, питающихся от этой линии. Устанавливаются линейные реакторы после масляного выключателя. Реакторы используются в качестве групповых во всех случаях, когда представляется возможным объединить маломощные присоединения таким образом, чтобы групповой реактор не приводил к недопустимому снижению напряжения в нормальном режиме. [1]

Линейные реакторы рекомендуется устанавливать после выключателя, со стороны линии, причем отключающая способность выключателя выбирается по мощности к. [2]

Линейные реакторы, как указано выше, необходимы для ограничения тока к.з. в распределительной сети и на подстанциях. [4]

Линейные реакторы применяются как на электростанциях, так и на подстанциях. [6]

Линейный реактор поддерживает напряжение на сборных шинах станции при КЗ в сети, что способствует устойчивой работе приемников энергии, присоединенных к соседним линиям. [8]

Линейные реакторы ограничивают мощность коротких замыканий на отходящей линии, в сети и на подстанциях, питающихся от этой линии. Устанавливаются линейные реакторы после масляного выключателя. Реакторы применяются в качестве групповых во всех случаях, когда представляется возможным объединить маломощные присоединения таким образом, чтобы групповой реактор не приводил к недопустимому снижению напряжения в нормальном режиме. [9]

Линейные реакторы применяются как на электростанциях, так и на подстанциях. Секционные реакторы эффективны только на электростанциях. [11]

Линейные реакторы отходящих линий ограничивают мощность к. Возможность установки реакторов на линиях ( в цепях) генераторов и трансформаторов следует проверять по условию сохранения допустимых уровней напряжения у потребителей электроэнергии в различных режимах работы. Эффективность применения сдвоенных реакторов в линиях трансформаторов следует сравнивать с эффективностью применения трансформаторов с расщепленными обмотками. [13]

Обычные и расщепленные линейные реакторы служат для ограничения токов к. [14]

Страницы: 1 2 3 4 5

www.ngpedia.ru

Токоограничивающие реакторы

Реакторы предназначены для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах подстанции при повреждении за реактором. Они облегчают условия работы в режимах КЗ и позволяют применять более простую и дешевую аппаратуру.

Бетонный реактор с сухой изоляцией - это индуктивная катушка без ферромагнитного сердечника, обладающая постоянным индуктивным сопротивлением при любом значении проходящего через нее тока.

Токоограничивающее действие реактора при КЗ в сети показано на рис. 4.12. Из рис. 4.12, б видно, что в случае КЗ за реактором на шинах подстанции сохранится достаточно высокое (не менее 70% номинального) остаточное напряжение U'ост, а ток КЗ будет ограничен, так как результирующее сопротивление х'к увеличится за счет индуктивного сопротивления реактора хр.

Рис. 4.12. Ограничение тока короткого замыкания и поддержание напряжения на шинах подстанции при помощи реактора:

а - при отсутствии реактора; б - при наличии реактора

В нормальных условиях работы потеря напряжения в реакторе не превышает 1,5-2%.

Потеря активной мощности в реакторе составляет 0,1-0,2% проходящей через него мощности. Но даже эта небольшая потеря мощности приводит к выделению реактором большого количества теплоты.

В режиме КЗ реакторы подвергаются воздействию значительных электродинамических сил, возникающих как между фазами, так и между отдельными витками каждого реактора. В связи с этим возможны обрывы и деформации витков, разрушения фарфоровых изоляторов, появление трещин в бетоне стоек.

Наряду с реакторами обычной конструкции применяются сдвоенные реакторы - две индукционные катушки с общей осью и одинаковым направлением намотки витков. К выводу от места соединения катушек между собой обычно присоединяется источник питания (трансформатор), а к концам - нагрузка. Между катушками существует электромагнитная связь. В нормальном режиме работы токи нагрузки в катушках направлены в разные стороны. Благодаря взаимному влиянию противоположно направленных токов в катушках падение напряжения в них меньше, чем в случае обычного реактора. Это является преимуществом сдвоенного реактора. При КЗ со стороны одной ветви ток в ней будет намного больше тока в другой ветви реактора. Влияние взаимной индуктивности снижается. Если принять за индуктивность ветви реактора значение L, а взаимной индуктивности М, то при коэффициенте связи Ксв=M/L=0,5 индуктивное сопротивление реактора в режиме КЗ возрастает примерно в 2 раза по сравнению с нормальным режимом работы, что повышает токоограничивающий эффект сдвоенного реактора.

Осмотры и обслуживание. При систематических внешних осмотрах, а также при осмотрах после КЗ, действию которого подвергается реактор, проверяют отсутствие повреждений обмоток и токопроводящих шин, бетонных стоек, витковой и фарфоровой изоляции. Особое внимание обращают на качество соединений контактных пластин с обмотками, на отсутствие нагрева в местах присоединения шин к реактору.

Периодически проверяют исправность вентиляции помещений, так как реакторы внутренней установки изготовляются для работы в хорошо вентилируемых сухих помещениях. Кроме того, у современных реакторов с повышенным использованием активных материалов проверяется работа технологической вентиляции, при отсутствии которой реакторы не обеспечивают даже своей номинальной пропускной способности. Недостаточная по объему или неправильно направленная вентиляция может привести к недопустимому перегреву окружающего воздуха и обмотки реактора.

Значительную опасность для бетонных стоек реактора представляет влага, которую бетон быстро впитывает, в результате чего снижается его сопротивление в 2-3 раза. Такое снижение сопротивления не опасно для реактора в нормальных условиях работы, но при КЗ по отсыревшему бетону может произойти перекрытие между витками, так как на реакторе в это время будет большое падение напряжения. При появлении в сети перенапряжений через увлажненные стойки и опорную изоляцию возможны перекрытия реакторов, что неоднократно имело место на практике.

В эксплуатации сопротивление изоляции обмоток реактора относительно шпилек (или верхних фланцев опорных изоляторов) проверяют мегомметром 1000-2500 В, оно должно быть не менее 0,1 МОм. Опорные изоляторы испытывают повышенным напряжением промышленной частоты. Все испытания, проверки и чистку изоляции от пыли производят одновременно с ремонтом оборудования присоединения. После ремонта проверяют, не оставлены ли посторонние предметы (инструмент, болты, шайбы и пр.) обмотке и стойках во избежание попадания их в магнитное поле реактора.

Перегрузка. Предприятия-изготовители рекомендуют воздерживаться от всякого вида продолжительных перегрузок бетонных реакторов, так как сильный нагрев в сочетании с вибрацией может привести к появлению трещин в бетонных стойках реактора. Особенно опасна перегрузка сдвоенных реакторов.

В аварийных случаях бетонные реакторы могут допускать одну из следующих кратковременных перегрузок сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки):

Перегрузка, % ………………

Продолжительность, мин. …

4.6

studfiles.net

РЕАКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Реактор электрический — это электрическое устройство, основной задачей которого является контролирование величины токов короткого замыкания и сохранение состояния напряжения на шинах распределительных электрических устройств в условиях короткого замыкания в электрической сети.Электрический реактор состоит из катушки, в которой отсутствует стальной сердечник. Индуктивность электрического реактора остается неизменной, и на нее не оказывают влияния изменение силы тока и другие явления. Электрические реакторы бывают линейными и шинными. Задачей шинных электрических реакторов является снижение токов короткого замыкания и в самой электрической сети, и в самой установке в условиях короткого замыкания в секциях сборных шин. В своей основе снижение напряжения в условиях короткого замыкания совершается в самом реакторе. Эта особенность как раз и поддерживает необходимое напряжение на шинах.

По своей конструкции электрические реакторы бывают сухими и масляными. Первые необходимы для установки в закрытых распределительных устройствах, напряжение которых составляет до 35 кВ. Взаимосвязь среди витков обмоток достигается с помощью бетонных колонн.Изоляция фаз электрического реактора осуществляется с помощью опорных изоляторов. Для снижения электродинамических сил катушка центральной фазы электрического реактора имеет противоположное направление обмотки витков по отношению к катушкам крайних фаз.

Масляные электрические реакторы необходимы для установки в открытых распределительных аппаратах, напряжение которых — от 35 кВ. Эти реакторы составлены из 1—3 катушек, которые в свою очередь расположены в железном баке со специальным трансформаторным маслом.

Для недопущения перегрева бака используют компенсацию магнитного потока экранированием или при помощи дополнительного магнитопровода его шунтируют, что также делается в случаях применения магнитной защиты.

Использование электрического реактора позволяет улучшить надежность различных электрических аппаратов, а также разрешает использование оборудования, которое рассчитано на ограниченные токи короткого замыкания. Электрические реакторы нашли достаточно широкое применение при запуске синхронных двигателей и компенсаторов.

Запуск с помощью электрического реактора более дешев и прост, нежели применяемый до него запуск с использованием автотрансформаторов.

При использовании электрических реакторов необходимо учитывать их конструктивные особенности: сухие электрические реакторы удобны, просты, но могут использоваться только в закрытых помещениях, масляные сложнее и дороже, но у них нет ограничения по месторасположению во время их использования.

РЕАКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

enciklopediya-tehniki.ru

Сглаживающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции

Изобретение относится к электротехнике, а именно к сглаживающим реакторам систем тягового электроснабжения, и может быть использовано на действующих и вновь проектируемых участках железнодорожного и промышленного транспорта, а также метрополитенов. Сглаживающий реактор фильтр-устройства тяговой подстанции содержит по меньшей мере один блок, включающий катушку индуктивности (1), размещенную в немагнитной среде (2). Блок дополнительно содержит замкнутую радиально-цилиндрическую магнитную систему (4) из ферромагнитного материала, включающую по меньшей мере один установленный коаксиально в центре катушки стержень (5), секционированный немагнитными зазорами (7), и ярмовую часть, имеющую цилиндрическую обечайку (8), установленную коаксиально вокруг упомянутой катушки (1), и торцевые элементы (9). В местах соединения цилиндрической обечайки (8) и торцевых элементов (9) выполнены немагнитные зазоры (7). Технический результат состоит в снижении рассеяния, уменьшении габаритов и массы реактора, потерь энергии. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

В настоящее время на тяговых подстанциях сети электрифицированных железных дорог постоянного тока используются сглаживающие реакторы типа РБФА-У. Они устанавливаются в цепи возврата тягового тока для его сглаживания и выполнены в качестве отдельных блоков - катушек индуктивности, витки которых вмонтированы в поддерживающие опорные бетонные конструкции [1, 2]. Реакторы типа РБФА-У являются наиболее близким аналогом заявленного изобретения.

В известном реакторе ввиду отсутствия ферромагнитных материалов величина индуктивности как отдельно взятого блока, так и совокупности блоков определяется геометрическими размерами обмотки и числом витков, а номинальный ток - сечением токоведущих частей. Оптимальный выбор геометрических размеров обмотки и сечения ее токоведущих частей приводят к тому, что существующие реакторы фильтр-устройств тяговых подстанций постоянного тока характеризуются наибольшим сравнительным уровнем потерь энергии, реализуемой на тягу поездов.

Открытое исполнение обмоток существующего реактора позволяет эффективно снимать тепловыделение в окружающую среду от потерь на их внутреннем сопротивлении, но при этом ухудшает электромагнитную обстановку. По условиям электромагнитной совместимости существующие реакторы располагают в отдельных помещениях на удалении от контрольно-измерительной аппаратуры и устройств автоматики и защиты.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов.

Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении величины рассеянного магнитного поля, уменьшении габаритов и массы реактора, а также снижении потерь энергии.

Указанный технический результат достигается в заявленном изобретении за счет того, что сглаживающий реактор фильтр-устройства тяговой подстанции содержит по меньшей мере один блок, включающий катушку индуктивности, размещенную в немагнитной среде, а также замкнутую радиально-цилиндрическую магнитную систему из ферромагнитного материала, включающую по меньшей мере один установленный коаксиально в центре катушки стержень, секционированный немагнитными зазорами, и ярмовую часть, имеющую цилиндрическую обечайку, установленную коаксиально вокруг упомянутой катушки, и торцевые элементы, при этом в местах соединения цилиндрической обечайки и торцевых элементов выполнены немагнитные зазоры.

Кроме того, указанный результат достигается в частных вариантах выполнения устройства за счет того, что:

- реактор дополнительно содержит диэлектрические дистанеры, установленные с возможностью поддержания и фиксации витков катушки;

- упомянутая катушка выполнена из голого алюминиевого или медного провода;

- немагнитная среда, в которой размещена упомянутая катушка, заполняет внутренний объем радиально-цилиндрической магнитной системы между ярмовой частью и стержнем и представляет собой диэлектрический материал, обеспечивающий исключение гальванической связи витков катушки между собой и с радиально-цилиндрической магнитной системой;

- диэлектрическим материалом немагнитной среды является атмосферный воздух при нормальном давлении, или инертный газ под избыточным давлением, или полимерный материал.

В отличие от ближайшего аналога в заявленном реакторе фильтр-устройства применяется радиально-цилиндрическая магнитная система с полностью замкнутым магнитным потоком, которая препятствует рассеянию магнитного поля.

Кроме того, использование ферромагнитных материалов, из которых выполнены стержень и ярмовая часть магнитной системы реактора, обеспечивает заданную величину индуктивности при меньшем числе ампер-витков. Меньшее число ампер-витков позволяет значительно снизить потери электрической энергии на внутреннем сопротивлении нового реактора, сократить объем используемых материалов и придать ему новые качества по электромагнитной совместимости при прочих равных условиях. При этом все ферромагнитные материалы имеют свойство насыщаться с увеличением величины магнитного потока, создаваемого в них. В целях предотвращения насыщения магнитной системы реактора она секционирована зазорами, заполненными немагнитным материалом, которые представляют собой магнитные сопротивления, ограничивающие величину магнитного потока, потому как имеют несоизмеримо более низкую величину относительной магнитной проницаемости. Также за счет указанного секционирования достигается линейность величины индуктивности при изменении токовой нагрузки от нуля до номинальных значений (в диапазоне изменения рабочих токов).

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показана схема заявленного устройства.

Заявленный реактор включает по меньшей мере один блок, содержащий катушку индуктивности (1) с обмоткой, расположенной в немагнитной среде (2) с высокой электрической прочностью. Катушка ориентирована вертикально и опирается на поддерживающие диэлектрические конструкции (не показаны). Катушка может быть выполнена, например, из голого алюминиевого или медного провода. Витки катушки (1) во избежание их гальванического контакта между собой и конструктивными элементами магнитной системы (4) могут фиксироваться деталями из диэлектрика - реечными дистанерами (3). Немагнитная среда (2) может представлять собой атмосферный воздух при нормальном давлении, инертный газ под избыточным давлением, полимерный материал или любой другой подходящий материал.

Вокруг катушки расположена замкнутая радиально-цилиндрическая магнитная система (4) из ферромагнитного материала. Магнитная система (4) включает стержень (5) из ферромагнитного материала, размещенный коаксиально в центре катушки (1), и ярмовую часть, радиально замыкающую магнитный поток. Стержень (5) выполнен секционированным и содержит ферромагнитные элементы (6) в форме цилиндров малой высоты (таблеток), чередующиеся немагнитными зазорами (7) (элементами из немагнитного материала).

Ярмовая часть радиально-цилиндрической магнитной системы содержит цилиндрическую обечайку (8), расположенную коаксиально вокруг катушки (1), а также дискообразные торцевые элементы (9), закрывающие торцы катушки (1).

В месте перехода (соединения) обечайки (8) и торцевых элементов (9) ярмовой части магнитной системы (4) также выполнены немагнитные зазоры (7), обеспечивающие секционирование ярмовой части магнитной системы (4). Немагнитные зазоры (7) могут быть выполнены дополнительно уплотняемыми при герметичном исполнении магнитной системы или воздушными для естественного охлаждения обмотки.

Работа заявленного реактора осуществляется следующим образом.

После включения катушки в цепь возврата тягового тока осуществляется сглаживание тягового тока. При этом магнитный поток, создаваемый витками катушки (1) при протекании по ней тягового тока, затягивается в радиально-цилиндрическую магнитную систему (4) из ферромагнитного материала, имеющую несоизмеримо больший коэффициент магнитной проницаемости по сравнению с немагнитной средой (2), в результате чего возрастает потокосцепление обмотки, величине которого пропорциональна индуктивность реактора. В результате, необходимая величина индуктивности достигается меньшим числом ампер-витков, что обеспечивает снижение внутреннего сопротивления реактора и потерь энергии в нем с одновременным многократным снижением величины рассеянного магнитного поля.

Потери на гистерезис и вихревые токи в магнитной системе реактора будут пренебрежимо малы ввиду отсутствия знакопеременной токовой нагрузки.

Источники информации

1. А.А. Прохорский. Тяговые и трансформаторные подстанции. М.: Транспорт, 1983 г., 496 с. (прототип).

2. ГОСТ 32676-2014 «Реакторы для тяговых подстанций железной дороги сглаживающие. Общие технические условия».

1. Сглаживающий реактор фильтр-устройства тяговой подстанции, содержащий по меньшей мере один блок, включающий катушку индуктивности (1), размещенную в немагнитной среде (2), отличающийся тем, что указанный блок дополнительно содержит замкнутую радиально-цилиндрическую магнитную систему (4) из ферромагнитного материала, включающую по меньшей мере один установленный коаксиально в центре катушки стержень (5), секционированный немагнитными зазорами (7), и ярмовую часть, имеющую цилиндрическую обечайку (8), установленную коаксиально вокруг упомянутой катушки (1), и торцевые элементы (9), при этом в местах соединения цилиндрической обечайки (8) и торцевых элементов (9) выполнены немагнитные зазоры (7).

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит диэлектрические дистанеры (3), установленные с возможностью поддержания и фиксации витков катушки (1).

3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая катушка (1) выполнена из голого алюминиевого или медного провода.

4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что немагнитная среда (2), в которой размещена упомянутая катушка (1), заполняет внутренний объем радиально-цилиндрической магнитной системы (4) между ярмовой частью и стержнем (5) и представляет собой диэлектрический материал, обеспечивающий исключение гальванической связи витков катушки (1) между собой и с радиально-цилиндрической магнитной системой (4).

5. Реактор по п. 4, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического материала немагнитной среды использован атмосферный воздух при нормальном давлении, или инертный газ под избыточным давлением, или полимерный материал.

www.findpatent.ru

Токоограничивающий реактор - это... Что такое Токоограничивающий реактор?

Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения тока короткого замыкания. Включается последовательно в схему и работает как индуктивное дополнительное сопротивление, уменьшающее ток при коротком замыкании, что увеличивает устойчивость генераторов и системы в целом.

Применение

При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать величин более 9000 ампер, так что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения тока короткого замыкания и применяют токоограничивающие реакторы.

Устройство и принцип действия

Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. 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 IH — 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.

Виды реакторов

Бетонные реакторы

Получили распространение на внутренней установке и на напряжения до 35 кВ. Бетонный реактор представляет собой концентрически расположенные витки изолированного многожильного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонки. Бетон выпускается с высокими механическими свойствами. Все металлические детали реактора изготавливаются из немагнитных материалов. В случае больших токов применяют искусственное охлаждение.

Фазные катушки реактора располагают так, что при собранном реакторе поля катушек расположены встречно, что необходимо для преодоления продольных динамических усилий при коротком замыкании.

Масляные реакторы

Применяются в сетях с напряжением выше 35 кВ. Масляный реактор состоит из обмоток медных проводников, изолированных кабельной бумагой, которые укладываются на изоляционные цилиндры и заливаются маслом. Масло служит одновременно и изолирующей и охлаждающей средой. Для снижения нагрева стенок банки от переменного поля катушек реактора применяют электромагнитные экраны или магнитные шунты.

Электромагнитный экран представляет собой расположенные концентрично относительно обмотки реактора короткозамкнутые медные или алюминиевые витки вокруг стенок банки. Экранирование происходит за счет того, что в этих витках возникает встречное электромагнитное поле, которое компенсирует основное поле.

Магнитный шунт — это пакеты листовой стали, расположенные внутри банки около стенок, которые создают искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, меньшим сопротивлением стенок банки, что заставляет основной магнитный поток реактора замыкаться по нему, а не через стенки банки.

Для предотвращения взрывов, связанных с перегревом масла в банки, согласно ПУЭРу, все реакторы на напряжение 500кВ и выше должны быть оборудованы газовой защитой. ®

Литература

Родштейн Л. А. «Электрические аппараты: Учебник для техникумов» — 3-е изд., Л.:Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981.

dic.academic.ru

Внедрение реактора РЖФА-6500 как мера по снижению потерь электроэнергии в сглаживающем устройстве тяговой подстанции постоянного тока

Аннотация: статья посвящена обоснованию целесообразности замены реакторов тяговых подстанции типа РБФА-У-6500/3250 на современные низкоомные реакторы типа РЖФА-6500

Ключевые слова: энергоэффективность, сглаживающий фильтр, реактор, сердечник, потери

Электрифицированный полигон железных дорог насчитывает 43,4 тыс. км эксплуатационной длины (121 тыс. км развернутой длины), или 50,4% от общей протяженности сети, в т.ч. на переменном токе – 24,49 тыс. км (57% полигона электрификации). На Западно-Сибирской железной дороге применяется в основном система электроснабжения постоянного тока. В соответствии с Энергетической стратегии холдинга «РЖД» для повышения энергетической эффективности обществ, входящих в состав холдинга «РЖД» в числе прочего необходимо упрощение схем и оптимизация параметров сглаживающих фильтров.

Постоянный ток подается в контактную сеть от тяговых понижающих подстанций, где напряжение от высоковольтной сети снижается до 3,3 кВ и с помощью кремниевых выпрямителей преобразуется из переменного в постоянное (пульсирующее). Пульсирующее напряжение создает в тяговой сети токи гармоник. Наличие гармоник резко ухудшает, а нередко нарушает работу радиоэлектронной аппаратуры и аппаратуры связи. Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр.

При установке на тяговых подстанциях 12- или 24-пульсовых преобразовательных агрегатов рекомендуется использовать более простые однозвенные апериодические СФ, или в некоторых случаях обойтись совсем без них.

Сглаживающий фильтр состоит из одного (однозвенный) или двух (двухзвенный) реакторов, включенных в минусовую шину, резонансных и апериодического контуров.

Чаще всего реакторы выполняют на номинальное напряжение 3,3 кВ, номинальный ток 6500 и 3250 А из блоков заводского изготовления типа РБФА-У-6500/3250.

Блок состоит из четырех секций, в секции 14 рядов, а в каждом ряду 8 витков, выполненных проводом А-240. Блок имеет 8 выводов (по 2 вывода от каждой секции), что позволяет осуществить параллельно-последовательное (смешанное) соединение секций между собой. Индуктивность реакторов не должна зависеть от величины тока нагрузки тяговой подстанции, протекающего через реактор, поэтому он не имеет стального сердечника. Число блоков в СФ определяется требуемой индуктивностью реакторов, необходимой для достижения необходимого значения коэффициента сглаживания. Элементы сглаживающего устройства должны обеспечивать необходимый сглаживающий эффект, иметь низкую стоимость самого оборудования и стоимость эксплуатации, простоту монтажа и его обслуживания, удовлетворять требованиям электромагнитной совместимости и экологическим требованиям. В силу технического устаревания не все элементы сглаживающего устройства могут в полной мере удовлетворять этим требованиям, поэтому необходима планомерная замена устаревшего оборудовании новым. К такому оборудованию можно отнести современный сглаживающий реактор РЖФА-6500, который имеет не только пониженное омическое сопротивление в 0,0015 Ом, но и меньшую стоимость по сравнению с другими подобными реакторами из-за снижения массы цветных металлов при его производстве. Ниже приведена сравнительная характеристика реакторов РБФА-У-6500/3250 и РЖФА-6500.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика реакторов РБФА-У-6500/3250 и РЖФА-6500

Технические данные	РБФА-У-6500/3250	РЖФА-6500
Номинальное напряжение, кВ	3,3	3,3
Номинальный ток, А	6500/3250	6500
Индуктивность, мГн	5	5
Масса реактора, кг	9840	6000
Масса провода, кг	5520	1000
Тип провода	А-240	А-400
Длина провода, м	8400	720
Стоимость, руб	834600	7500000
Потери электроэнергии в год, кВт*ч	499682	79950
Стоимость монтажа, раб	<100000	49900
Габаритные размеры, высота × диаметр, мм	3200×2500	2200×1300
Резистентность к коротким замыканиям в сети	Нет	Да
Обеспечение системной надежности контактной сети	Нет	Да

Индуктивность реактора и его габаритные размеры зависят от наличия в нем ферромагнитного сердечника. Для получения требуемой индуктивности при отсутствии сердечника реактор должен иметь катушку значительного диаметра и с большим числом витков. Реакторы без сердечника имеют большие габариты и массу, что приводит к большому расходу цветных металлов при их производстве.

Однако выполнять реактор с замкнутым стальным сердечником, как у трансформатора, нецелесообразно, так как протекающая по его катушке постоянная составляющая тока вызвала бы при больших нагрузках сильное насыщение сердечника и снижение индуктивности реактора. Поэтому магнитную систему сглаживающего реактора рассчитывают так, чтобы она не насыщалась от постоянной составляющей тока. Для этой цели магнитопровод реактора необходимо выполнять незамкнутым (рисунок 1, а) так, чтобы его магнитный поток частично проходил по воздуху, либо замкнутым, но с большими воздушными зазорами (рисунок 1, б).

Чтобы уменьшить расход меди и снизить массу и размеры реактора, его обмотку рассчитывают на повышенную плотность тока и интенсивное охлаждение.

Рисунок 1 - Магнитная система сглаживающего реактора при разомкнутом (а) и замкнутом (б) магнитопроводах

Реактор фильтроустройства изготавливается с использованием материалов с высокой магнитной проницаемостью. За счет использования таких материалов достигается не только заданная величина индуктивности меньшим числом ампер-витков, но и магнитный поток оказывается полностью замкнут внутри магнитной системы реактора. Меньшее число ампер-витков позволяет значительно снизить потери электрической энергии на внутреннем сопротивлении нового реактора, сократить объем используемых материалов, т.е. уменьшить габаритные размеры реактора и придать ему новые качества по электромагнитной совместимости при прочих равных условиях. При номинальном токе в реакторе РЖФА-6500 магнитное поле рассеяния практически полностью экранируется его металлическими конструкционными элементами. Картина электромагнитного поля представлена различной цветовой гаммой, где каждый из её оттенков соответствует определённой величине индукции магнитного поля (рисунок 2).

Рисунок 2 - Реактор РЖФА-6500 при протекании через него тока 5000А

Экранирующее электромагнитное поле рассеяния благоприятно, как с точки зрения размещения в непосредственной близости с ним систем автоматики и шкафов с другой электронной аппаратурой, так и с точки зрения снижения электромагнитного загрязнения окружающей среды.

Модернизация оборудования и внедрение инновационных технологий в сфере энергоэффективности позволит существенно сэкономить финансовые средства предприятия на его обслуживании и эксплуатации. Замена реакторов тяговых подстанциях на РЖФА-6500 позволит существенно сократить потерю мощности в цепи сглаживающего устройства, сократить площадь реакторных помещения и улучшить условия электромагнитной совместимости вблизи места установки реактора.

Список литературы

Бадер, М. П. Электромагнитная совместимость / Учебник для вузов железнодорожного транспорта – М.: УМК МПС, 2002 – 638 с.
Почаевец В. С. Электрические подстанции: Учеб. Для техникумов и колледжей ж.-д. трансп – М.: Желдориздат, 2001. – 512 с.
Распоряжение ОАО "РЖД" от 11.02.2008 № 269р "Об энергетической стратегии ОАО "РЖД" на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года" - http://doc.rzd.ru/doc/public/ru?STRUCTURE_ID=704&layer_id=510 4&id=4043
Имаи М. Гемба Кайдзен: Путь к снижению затрат и повышению качества / Пер. с англ. — М.: Альпина Бизнес Букс, 2005.

Оригинал работы:

Внедрение реактора РЖФА-6500 как мера по снижению потерь электроэнергии в сглаживающем устройстве тяговой подстанции постоянного тока