Soporte de limitadores de corriente y reactores de supresión de arco

Los reactores limitadores de corriente están diseñados para limitar las corrientes de cortocircuito y mantener un cierto nivel de tensión de barra en caso de falla detrás de los reactores.

Los reactores se utilizan en subestaciones principalmente para redes de 6-10 kV, con menos frecuencia para voltaje de 35 kV. El reactor es una bobina sin núcleo, su resistencia inductiva no depende de la corriente que circula. Tal inductancia está incluida en cada fase de una red trifásica. La resistencia inductiva del reactor depende del número de sus vueltas, del tamaño, de la posición relativa de las fases y de las distancias entre ellas. La resistencia inductiva se mide en ohmios.

En condiciones normales, cuando la corriente de carga pasa por el reactor, la pérdida de tensión en el reactor no supera el 1,5-2 %. Sin embargo, cuando fluye la corriente de cortocircuito, la caída de tensión en el reactor aumenta considerablemente. En este caso, la tensión residual de las barras de la subestación al reactor debe ser al menos el 70% de la tensión nominal.Esto es necesario para mantener la operación estable de los demás usuarios conectados a los buses de la subestación. La resistencia activa del reactor es pequeña, por lo que la pérdida de potencia activa en el reactor es del 0,1 al 0,2 % de la potencia que pasa por el reactor en modo normal.

En el punto de conmutación, se hace una distinción entre reactores lineales y seccionales conectados entre secciones de barras. A su vez, los reactores lineales pueden ser individuales (Fig. 1, a) — para una línea y grupales (Fig. 1, b) — para varias líneas. El diseño distingue entre reactores simples y dobles (Fig. 1, c).

Los devanados del reactor generalmente están hechos de alambre aislado trenzado: cobre o aluminio. Para corrientes nominales de 630 A y superiores, el devanado del reactor consta de varias ramas paralelas. En la fabricación del reactor, los devanados se enrollan en un marco especial y luego se vierten con hormigón, lo que evita el desplazamiento de las espiras bajo la acción de fuerzas electrodinámicas cuando fluyen corrientes de cortocircuito. La parte de hormigón del reactor está pintada para evitar la penetración de humedad. Los reactores instalados al aire libre están sujetos a una impregnación especial.

Arroz. 1. Esquemas para la inclusión de reactores limitadores de corriente: a — reactor único individual para una línea; b — reactor unitario de grupo; con — doble reactor de un grupo

Para aislar reactores de diferentes fases entre sí y de estructuras puestas a tierra, se montan sobre aisladores de porcelana.

Junto con los reactores simples, los reactores dobles han encontrado aplicación. A diferencia de los reactores simples, los reactores dobles tienen dos devanados (dos patas) por fase. Los devanados tienen una dirección de vueltas.Las ramas del reactor están hechas para las mismas corrientes y tienen la misma inductancia. Una fuente de alimentación (normalmente un transformador) se conecta al terminal común y una carga se conecta a los terminales derivados.

Entre las ramas de la fase del reactor existe un acoplamiento inductivo caracterizado por la inductancia mutua M. En modo normal, cuando fluyen corrientes aproximadamente iguales en ambas ramas, la pérdida de tensión en un reactor doble debido a la inducción mutua es menor que en un reactor convencional con la misma resistencia de inductancia. Esta circunstancia permite utilizar eficazmente un reactor doble como reactor discontinuo.

Con un cortocircuito en una de las ramas del reactor, la corriente en esta rama se vuelve mucho más alta que la corriente en la otra rama no dañada. En este caso, la influencia de la inducción mutua disminuye y el efecto de limitar la corriente de cortocircuito es determinado principalmente por la resistencia inductiva inherente en la rama del reactor.

Durante la operación de los reactores, estos son controlados. Durante la inspección se presta atención al estado de los contactos en los puntos de conexión de las barras a los devanados del reactor según los colores oscurecidos, las películas térmicas indicadoras, el estado del aislamiento de los devanados y la presencia de deformación de las espiras, al grado de polvo y la integridad de los aisladores de soporte y su refuerzo, a la condición del revestimiento de hormigón y laca.

El mojado del hormigón y la reducción de su resistencia son especialmente peligrosos en caso de cortocircuito y sobretensión en la red por posibles solapamientos y destrucción de los devanados del reactor. En condiciones normales de funcionamiento, la resistencia de aislamiento de los devanados del reactor a tierra debe ser de al menos 0,1 MΩ.Se comprueba la funcionalidad de los sistemas de refrigeración (ventilación) de los reactores. Si se detecta un mal funcionamiento de la ventilación, se deben tomar medidas para reducir la carga. No se permite la sobrecarga de los reactores.

Reactores de supresión de arco.

Uno de los fallos más comunes en la red eléctrica es la puesta a tierra de partes vivas de una instalación eléctrica. En las redes de 6-35 kV, este tipo de daño representa al menos el 75 % de todos los daños. Al cierre; a tierra de una de las fases (Fig. 2) de una red eléctrica trifásica que funciona con neutro aislado, la tensión de la fase C dañada con respecto a tierra se vuelve cero, y las otras dos fases A y B aumentan en 1,73 veces (hasta tensión de red). Esto puede ser monitoreado por los voltímetros de monitoreo de aislamiento incluidos en el devanado secundario del transformador de voltaje.

Arroz. 2. Defecto fase-tierra en una red eléctrica trifásica con compensación de corrientes capacitivas: 1-devanado de un transformador de potencia; 2 — transformador de tensión; 3 — reactor de supresión de arco; H — relé de tensión

La corriente de la fase C averiada que circula por el punto de puesta a tierra es igual a la suma geométrica de las corrientes de las fases A y B:

donde: Ic — corriente de falla a tierra, A; Uf — tensión de fase de la red, V; ω = 2πf-frecuencia angular, s-1; C0 es la capacitancia de fase relativa a tierra, por unidad de longitud de la línea, μF/km; L es la longitud de la red, km.

De la fórmula se puede ver que cuanto mayor es la longitud de la red, mayor es el valor de la corriente de falla a tierra.

Un defecto entre fase y tierra en una red con neutro aislado no perturba el funcionamiento de los consumidores, ya que se conserva la simetría de las tensiones de línea.Con grandes corrientes IC, las fallas a tierra pueden estar acompañadas por la aparición de un arco de interrupción en la ubicación de la falla. Este fenómeno, a su vez, conduce al hecho de que aparecen en la red sobretensiones de hasta (2,2-3,2) Uf.

En presencia de un aislamiento debilitado en la red, dichas sobretensiones pueden provocar la ruptura del aislamiento y un cortocircuito entre fases. Además, el efecto termoionizante de un arco eléctrico resultante de una falla a tierra crea un riesgo de fallas de fase a fase.

Teniendo en cuenta el peligro de faltas a tierra en una red con neutro aislado, se utiliza la compensación de la corriente de falta a tierra capacitiva mediante reactores de supresión de arco.

Sin embargo, la investigación y la experiencia operativa muestran que es recomendable utilizar reactores de supresión de arco en redes de 6 y 10 kV, incluso con corrientes de falla a tierra capacitivas que alcanzan los 20 y 15 A, respectivamente.

La corriente que fluye a través del devanado del reactor de supresión de arco surge como resultado de la acción del voltaje de polarización neutral. A su vez, ocurre en neutro cuando una fase se cortocircuita a tierra. La corriente en el reactor es inductiva y está dirigida contra la corriente de falla a tierra capacitiva. De esta forma se compensa la corriente en el lugar de la falta a tierra, lo que contribuye a la rápida extinción del arco. En tales condiciones, las redes aéreas y de cable pueden operar durante mucho tiempo con una falla de fase a tierra.

El cambio de inductancia, según el diseño del reactor de supresión de arco, se realiza cambiando las ramas del devanado, cambiando el espacio en el sistema magnético, moviendo el núcleo con corriente continua.

Los reactores del tipo ZROM se producen para voltajes de 6-35 kV.El devanado de dicho reactor tiene cinco ramas. En algunos sistemas de energía, se producen reactores de supresión de arco, cuya inductancia se cambia cambiando el espacio en el sistema magnético (por ejemplo, reactores del tipo KDRM, RZDPOM para voltaje 6-10 kV, con una capacidad de 400 -1300 kVA)

Arroz. 3. Esquema de devanados de un reactor de supresión de arco del tipo RZDPOM (KDRM): A — X — devanado principal; a1 — x1 — bobina de control 220 V; a2 — x2 — bobina de señal 100 V, 1A.

Los reactores de supresión de arco de un tipo similar, fabricados en la RDA, Checoslovaquia y otros países, operan en redes eléctricas. Estructuralmente, los reactores de supresión de arco de los tipos KDRM, RZDPOM consisten en un circuito magnético de tres etapas y tres devanados: fuente de alimentación, control y señal. El diagrama de bobinado se muestra en la fig. 3. Todos los devanados están ubicados en la pata central del circuito magnético de tres etapas.

Arroz. 4. Esquemas para la inclusión de reactores de supresión de arco

El circuito magnético con bobinas se coloca en un tanque de aceite de transformador. La barra central está compuesta por una parte fija y dos móviles, entre las cuales se forman dos entrehierros ajustables.

En la bobina de potencia, el terminal A está conectado al terminal neutro del transformador de potencia, el terminal X está conectado a tierra a través del transformador de corriente. La bobina de control a1 — x1 está diseñada para conectar un regulador de reactor de supresión de arco (RNDC).

La bobina de señal a2-x2 se utiliza para conectarle dispositivos de control y medición. El ajuste del reactor de supresión de arco se realiza automáticamente mediante un accionamiento eléctrico. La limitación del movimiento de las partes móviles del circuito magnético se realiza mediante interruptores de límite.Los diagramas de circuito para los reactores de supresión de arco se muestran en la fig.

En la Fig. 4a muestra un circuito universal que le permite conectar reactores de supresión de arco a cualquiera de los transformadores. En la Fig. 4b, los reactores de supresión de arco están incluidos cada uno en su propia sección. La potencia de la reactancia de supresión de arco se selecciona en función de la compensación de la corriente de tierra capacitiva de la red suministrada por la sección de barra correspondiente.

Se instala un seccionador en el reactor de supresión de arco para apagarlo durante la recuperación manual. Es inaceptable usar un interruptor en lugar de un seccionador, ya que el apagado erróneo del reactor de supresión de arco mediante un interruptor durante la puesta a tierra en la red provocará un aumento de la corriente en el punto de puesta a tierra, sobretensión en la red, daño a la aislamiento del devanado del reactor, cortocircuito de fase.

Por regla general, los supresores de arco se conectan a los neutros de los transformadores que tienen un esquema de conexión estrella-triángulo, aunque existen otros esquemas de conexión (en la parte neutra de los generadores o compensadores síncronos).

La potencia de los transformadores que no tienen carga en el devanado secundario y se utilizan para conectar los reactores de arco a su neutro se elige igual a la potencia del reactor de supresión de arco. Si el transformador para el reactor de supresión de arco también se usa para conectarle la carga, su potencia debe seleccionarse 2 veces la potencia del reactor de supresión de arco.

Configuración del reactor de supresión de arco.Idealmente, se puede elegir de modo que la corriente de falla a tierra esté totalmente compensada, es decir,

donde Ic e Ip son los valores reales de las corrientes capacitivas de puesta a tierra de la red y la corriente del reactor de supresión de arco.

Esta configuración del reactor de supresión de arco se llama resonante (se produce resonancia de corrientes en el circuito).

Se permite regular el reactor con sobrecompensación cuando

En este caso, la corriente de falla a tierra no debe exceder los 5 A y el grado de desafinación

no supere el 5% Se permite configurar reactores de supresión de arco subcompensados ​​en redes cableadas y aéreas, si los desajustes de emergencia en las capacidades de fase de la red no dan lugar a la aparición de una tensión de polarización del neutro superior a 0,7 Uph.

En una red real (especialmente en redes aéreas) siempre existe una asimetría de la capacitancia de fase respecto a tierra, dependiendo de la ubicación de los conductores en los soportes y de la distribución de los capacitores de acoplamiento de las fases. Esta asimetría hace que aparezca una tensión simétrica en el neutro. El voltaje de desequilibrio no debe exceder el 0,75% Uph.

La inclusión de un reactor de supresión de arco en el neutro cambia significativamente los potenciales de las fases del neutro y de la red. Aparece una tensión de polarización de neutro U0 en el neutro debido a la presencia de asimetría en la red. En ausencia de puesta a tierra en la red, se permite una tensión de desviación del neutro no superior a 0,15 Uph durante mucho tiempo y 0,30 Uph durante 1 hora.

Con la sintonía resonante del reactor, la tensión de polarización del neutro puede alcanzar valores comparables a la tensión de fase Uf.Esto distorsionará los voltajes de fase e incluso generará una señal de tierra falsa. En tales casos, el disparo artificial del reactor de supresión de arco permite reducir la tensión de polarización del neutro.

El ajuste resonante del reactor de supresión de arco sigue siendo óptimo. Y si con dicho ajuste la tensión de desviación del neutro es superior a 0,15 Uph y la tensión de desequilibrio es superior a 0,75 Uph, se deben tomar medidas adicionales para igualar la capacidad de las fases de la red mediante la transposición de los cables y la redistribución de los condensadores de acoplamiento a través de la red. etapas.

Durante la operación, los reactores de supresión de arco se verifican: en subestaciones con personal de mantenimiento permanente una vez al día, en subestaciones sin personal de mantenimiento, al menos una vez al mes y después de cada falla a tierra en la red. Al examinar, preste atención al estado de los aisladores, su limpieza, la ausencia de grietas, astillas, el estado de los sellos y la ausencia de fugas de aceite, así como el nivel de aceite en el tanque de expansión; del estado de la barra supresora de arco, conectándola al punto neutro del transformador y al bucle de tierra.

En ausencia de ajuste automático del reactor para suprimir el arco a resonancia, su reestructuración se lleva a cabo por orden del despachador, quien, dependiendo del cambio de configuración de la red (según una tabla compilada previamente), instruye al servicio de la subestación para cambiar la rama en el reactor.El oficial de servicio, después de asegurarse de que no haya conexión a tierra en la red, apaga el reactor, instala la rama necesaria en él y lo enciende con un seccionador.