Учет действия токоограничивающих устройств

Общие требования к токоограничивающим устройствам

Короткие замыкания сопровождаются появлением значитель­ных токов КЗ, снижением напряжения в узлах сети и сбросом активной нагрузки генераторов электростанций. С учетом этого к токоограничивающим устройствам целесообразно предъявить сле­дующие общие требования:

• ограничить значения токов КЗ;

• поддержать на возможно более высоком уровне напряжение в узлах сети;

• уменьшить по возможности сброс активной нагрузки с гене­раторов электростанций;

• не оказывать существенного влияния на нормальный режим работы сети;

• обеспечить в аварийном режиме условия, необходимые для действия релейной защиты сети;

• не вносить существенных нелинейных искажений в парамет­ры режима сети, особенно при нормальном режиме ее работы;

• иметь стабильные характеристики при изменении схемы сети. Отсюда следует, что параметры ТОУ должны удовлетворять

следующим условиям:

• при I< I_гр должно быть

ΔU→0; ΔP→min; Z→0

где I_гр — граничный ток, при котором ТОУ должно вступить в действие или «сработать»; ΔU— падение напряжения в ТОУ; ΔР — потери мощности в ТОУ; Z— сопротивление ТОУ;

• при I< I_гр должно быть

X ≈ - ΔХнг (9.4)

R ≈ - ΔRнг (9.5)

Z ≈ - ΔZнг (9.6)

Iгр > Iпрод.нб (9.7)

Iгр > Iпг.доп (9.8)

где Iпрод.нб — наибольший ток продолжительного режима; Iпг.доп — допустимый ток перегрузки цепи с ТОУ.

В отдельных случаях, если это необходимо, может быть нало­жено более жесткое условие:

I_гр > I_a.x

где I_a.x — ток допустимого асинхронного режима (асинхронного хода) по цепи с ТОУ.

Если выполняется условие (9.6), являющееся следствием усло­вий (9.4) и (9.5), то режим работы генераторов и предвключен- ной нагрузки нг1 (рис. 9.8) не изменяется при переходе от нормального режима к режиму КЗ. Однако выполнить условие (9.6) обычно не представляется возможным из-за трудности выполне­ния условия (9.5). В реальных мощных электроустановках наиболее просто и полно может быть выполнено условие (9.4) путем под­бора и введения в поврежденную цепь дополнительного индук­тивного сопротивления

Анализ показывает, что для удовлетворения перечисленных выше общих требований и условий токоограничивающее устрой­ство должно обладать нелинейной характеристикой.

Рис. 9.8. Схема, поясняющая требо­вания к ТОУ:

Q — выключатель; Rнг и Xнг — активное и индуктивное сопротивления нагрузки; нг1 — нагрузка на шинах с напряжени­ем U₁.

Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения ударного тока короткого замыкания. Включается последовательно в схему и работает как индуктивное дополнительное сопротивление, уменьшающее ударный 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 таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения ударного тока короткого замыкания 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 I_H — 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.