Реакторы

Общие сведения

В электроэнергетике под реактором понимается катушка индуктивности с заданным реактивным сопротивлением.

Реакторы имеют разное назначение. Так бывают шутнирующие реакторы, задача которых потреблять избыточную реактивную мощность в сети. Такие реакторы включаются в сеть параллельно потребителю и шунтируются другим концом на землю. Также существуют шунтирующие реакторы, которые включаются в нейтраль трансформатора, что позволяет скомпенсировать емкостную проводимость сети и увеличивает токи замыкания на землю. Токи замыкания большей величинымогут быть селективно отключены релейной защитой.

Токоограничивающие реакторы, как следует из названия, предназначены для ограничения уровня тока короткого замыкания в сети. Таким образом кабельное оборудование становится более устойчивым к повреждениям. Токоограничивающие реакторы включаются в сеть последовательно. В результате этого на сопротивлении токоограничивающих реакторов образуется падение напряжения, что приводит к дополнительным потерям.

Чтобы в рабочем режиме падение напряжения было незначительным, используют сдвоенные токоограничивающие реакторы, имеющие две ветви. Если ток в этих ветвях одинаковый, то эквивалентное реактивное сопротивление снижается.

Токоограничивающие реакторы

Схема замещения простого одинарного (единственная ветвь) реактора включает в себя его активное и индуктивное сопротивление, как показано на рисунке ниже

Схема замещения одинарного
токоограничивающего реактора

Индуктивное сопротивление одинарного реактора $X_{р}$ нормируется и указывается в паспортных данных. Активное сопротивление реактора $R_{р}$ можно получить на осное данных о номинальных потерях $\Delta P_{ном}$ при протекании через реактор его номинального тока $I_{ном}$:

$$R_{р}= \cfrac{\Delta P_{ном}}{I_{ном}^{2}}$$

В данной формуле активные потери $\Delta P_{ном}$ берутся для одной фазы, поскольку расчет ведется относительно фазного тока $I_{ном}$.

Как уже писалось выше, одиночные реакторы создают значительное падение напряжения в нормальном режиме, поэтому при боольших токах нагрузки применяются сдвоенные реакторы.
Такие реакторы имеют две индуктивных ветви с магнитной связью $X_{m}$ между ними. Поскольку ветви включены встречно друг другу, взаимное индуктивное сопротивление $X_{m}$ действует на ослабление сопротивления ветви. Чем выше значение тока в смежной ветви, тем меньше эквивалентное сопротивление ветви реактора.

Схема замещения сдвоенного
токоограничивающего реактора

В общем виде падение напряжения на каждой ветви можно описать в следующей системе уравнений:

$${\begin{cases} \Delta U_{1}=X_{р} I_{1} - X_{m} I_{2} \\ \Delta U_{2}=X_{р} I_{2} - X_{m} I_{1} \\ \end{cases}}$$

Если токи по обоим ветвям равны, то:

$$I_{1} = I_{2} = I$$

$${\begin{cases} \Delta U_{1}=X_{р} I - X_{m} I \\ \Delta U_{2}=X_{р} I - X_{m} I \\ \end{cases}}$$

$${\begin{cases} \cfrac{\Delta U_{1}}{I}=X_{р} - X_{m} \\ \cfrac{\Delta U_{2}}{I}=X_{р} - X_{m} \\ \end{cases}}$$

$${\begin{cases} X_{э1} = X_{р} - X_{m} \\ X_{э2} = X_{р} - X_{m} \\ \end{cases}}$$

Отсюда видно, что при равенстве токов в двух ветвях эквивалентное сопротивление в каждой из ветвей меньше собственного сопротивления этой ветви.

При коротком замыкании ток в одной из ветвей (например, $I_{1}$) гораздо больше, чем в другой. Тогда можно условно принять $I_{2}\approx 0$.
В таком случае

$${\begin{cases} X_{э1} \approx X_{р} \\ X_{э2} = X_{р} - X_{m}\cfrac{I_1}{I_2} \\ \end{cases}}$$

Эквивалентное сопротивление поврежденной ветви становится примерно равным собственному реактивному сопротивлению $X_{р}$, а сопротивление неповрежденной ветви значительно падает и может даже принять отрицательное значение.

Значение взаимного индуктивного сопротивление между ветвями сдвоенного реактора определяется через коэффициент связи $k_{св}$:

$$X_{m} = k_{св} X_{р}$$

Значение коэффициента связи обычно лежит в диапазоне $k_{св} = 0,4 \dots 0,6$, но никогда не достигает значения $1,0$ в силу естественных физических ограничений.

Активное сопротивление сдвоенного реактора считается по немного отличной формуле. Предполагается, что если по каждой из ветвей реактора будет протекать номинальный ток ($I_{1} = I_{2} = I_{ном}$), то на реакторе будет рассеиваться активная мощность $\Delta P_{ном}$. Следовательно на одной ветви рассеивается половина этой мощности. Тогда активное сопротивление ветви $R_{р}$ определяется, как

$$R_{р}= \cfrac{\Delta P_{ном}}{2 \cdot I_{ном}^{2}}$$