Suporte de limitadores de corrente e reatores de supressão de arco

Os reatores limitadores de corrente são projetados para limitar as correntes de curto-circuito e manter um certo nível de tensão do barramento no caso de uma falha atrás dos reatores.

Os reatores são usados ​​​​em subestações principalmente para redes de 6 a 10 kV, com menos frequência para tensão de 35 kV. O reator é uma bobina sem núcleo, sua resistência indutiva não depende do fluxo de corrente. Tal indutância é incluída em cada fase de uma rede trifásica. A resistência indutiva do reator depende do número de voltas, do tamanho, da posição relativa das fases e das distâncias entre elas. A resistência indutiva é medida em ohms.

Em condições normais, quando a corrente de carga passa pelo reator, a perda de tensão no reator não excede 1,5-2%. No entanto, quando a corrente de curto-circuito flui, a queda de tensão no reator aumenta acentuadamente. Neste caso, a tensão residual das barras da subestação ao reator deve ser de no mínimo 70% da tensão nominal.Isso é necessário para manter a operação estável dos demais usuários conectados às barras da subestação. A resistência ativa do reator é pequena, portanto a perda de potência ativa no reator é de 0,1–0,2% da potência que passa pelo reator no modo normal.

No ponto de comutação, é feita uma distinção entre reatores lineares e seccionais conectados entre seções de barramento. Por sua vez, os reatores lineares podem ser individuais (Fig. 1, a) — para uma linha e grupo (Fig. 1, b) — para várias linhas. O projeto distingue entre reatores simples e duplos (Fig. 1, c).

Os enrolamentos do reator são geralmente feitos de fio isolado trançado - cobre ou alumínio. Para correntes nominais de 630 A e acima, o enrolamento do reator consiste em vários ramos paralelos. Na fabricação do reator, os enrolamentos são enrolados em uma estrutura especial e depois vazados com concreto, o que evita o deslocamento das espiras sob a ação de forças eletrodinâmicas quando circulam correntes de curto-circuito. A parte de concreto do reator é pintada para evitar a penetração de umidade. Os reatores instalados ao ar livre são submetidos a uma impregnação especial.

Arroz. 1. Esquemas para inclusão de reatores limitadores de corrente: a — reator único individual para uma linha; b — reator de unidade de grupo; com — reator duplo de um grupo

Para isolar reatores de diferentes fases entre si e de estruturas aterradas, eles são montados em isoladores de porcelana.

Juntamente com os reatores simples, os reatores duplos encontraram aplicação. Ao contrário dos reatores simples, os reatores duplos têm dois enrolamentos (duas pernas) por fase. Os enrolamentos têm uma direção de voltas.As ramificações do reator são feitas para as mesmas correntes e têm a mesma indutância. Uma fonte de energia (geralmente um transformador) é conectada ao terminal comum e uma carga é conectada aos terminais de ramificação.

Entre as ramificações da fase do reator existe um acoplamento indutivo caracterizado pela indutância mútua M. No modo normal, quando correntes aproximadamente iguais fluem em ambas as ramificações, a perda de tensão em um reator duplo devido à indução mútua é menor do que em um reator convencional com a mesma resistência de indutância. Esta circunstância torna possível usar efetivamente um reator duplo como um reator descontínuo.

Com um curto-circuito em um dos ramos do reator, a corrente neste ramo torna-se muito maior do que a corrente no outro ramo não danificado. Nesse caso, a influência da indução mútua diminui e o efeito de limitar a corrente de curto-circuito é determinado principalmente pela resistência indutiva inerente no ramo do reator.

Durante a operação dos reatores, eles são verificados. Durante a inspeção, é dada atenção ao estado dos contatos nos pontos de conexão dos barramentos aos enrolamentos do reator de acordo com as cores escurecidas, os filmes térmicos indicadores, o estado do isolamento dos enrolamentos e a presença de deformação das espiras, ao grau de poeira e integridade dos isoladores de suporte e suas armaduras, ao estado do concreto e revestimento de laca.

O molhamento do concreto e a redução de sua resistência são particularmente perigosos em caso de curto-circuito e sobretensão na rede devido a possíveis sobreposições e destruição dos enrolamentos do reator. Sob condições normais de operação, a resistência de isolamento dos enrolamentos do reator ao terra deve ser de pelo menos 0,1 MΩ.A funcionalidade dos sistemas de resfriamento (ventilação) dos reatores é verificada. Se for detectado um mau funcionamento da ventilação, devem ser tomadas medidas para reduzir a carga. A sobrecarga dos reatores não é permitida.

Reatores de supressão de arco.

Uma das falhas mais comuns na rede elétrica é o aterramento de partes vivas de uma instalação elétrica. Em redes de 6 a 35 kV, esse tipo de dano representa pelo menos 75% de todos os danos. No fechamento; ao solo de uma das fases (Fig. 2) de uma rede elétrica trifásica operando com neutro isolado, a tensão da fase C danificada em relação ao solo torna-se zero e as outras duas fases A e B aumentam em 1,73 vezes (até a tensão da rede). Isso pode ser monitorado pelos voltímetros de monitoramento de isolação incluídos no enrolamento secundário do transformador de potencial.

Arroz. 2. Falta fase-terra em rede elétrica trifásica com compensação de correntes capacitivas: 1-enrolamento de transformador de potência; 2 — transformador de tensão; 3 — reator de supressão de arco; H — relé de tensão

A corrente da fase danificada C que flui pelo ponto de aterramento é igual à soma geométrica das correntes das fases A e B:

onde: Ic — corrente de falta à terra, A; Uf — tensão de fase da rede, V; ω = 2πf-frequência angular, s-1; C0 é a capacitância de fase relativa ao solo, por unidade de comprimento da linha, μF/km; L é o comprimento da rede, km.

Pode-se observar pela fórmula que quanto maior o comprimento da rede, maior o valor da corrente de falta à terra.

Uma falta entre fase e terra em uma rede com neutro isolado não atrapalha o funcionamento dos consumidores, pois a simetria das tensões da linha é preservada.Em grandes correntes IC, as faltas à terra podem ser acompanhadas pelo aparecimento de um arco de interrupção no local da falta. Esse fenômeno, por sua vez, leva ao fato de que sobretensões de até (2,2-3,2) Uf aparecem na rede.

Na presença de isolação enfraquecida na rede, tais sobretensões podem causar quebra de isolação e curto-circuito fase-fase. Além disso, o efeito de ionização térmica de um arco elétrico resultante de uma falta à terra cria um risco de faltas fase-fase.

Levando em consideração o perigo de faltas à terra em uma rede com neutro isolado, é usada a compensação da corrente capacitiva de falta à terra usando reatores de supressão de arco.

No entanto, a pesquisa e a experiência operacional mostram que é aconselhável usar reatores de supressão de arco em redes de 6 e 10 kV, mesmo com correntes capacitivas de falta à terra atingindo 20 e 15 A, respectivamente.

A corrente que flui através do enrolamento do reator de supressão de arco surge como resultado da ação da tensão de polarização do neutro. Ele, por sua vez, ocorre no neutro quando uma fase está em curto com o terra. A corrente no reator é indutiva e direcionada contra a corrente capacitiva de falta à terra. Desta forma, a corrente é compensada no local da falta à terra, o que contribui para a rápida extinção do arco. Sob tais condições, as redes aéreas e de cabo podem operar por um longo tempo com uma falta fase-terra.

A mudança na indutância, dependendo do projeto do reator de supressão de arco, é feita trocando os ramos do enrolamento, alterando a folga no sistema magnético, movendo o núcleo com corrente contínua.

Os reatores do tipo ZROM são produzidos para tensão 6-35 kV.O enrolamento de tal reator tem cinco ramificações. Em alguns sistemas de energia, são produzidos reatores de supressão de arco, cuja indutância é alterada alterando a lacuna no sistema magnético (por exemplo, reatores do tipo KDRM, RZDPOM para tensão 6-10 kV, com capacidade de 400 -1300 kVA)

Arroz. 3. Esquema dos enrolamentos de um reator de supressão de arco do tipo RZDPOM (KDRM): A — X — enrolamento principal; a1 — x1 — bobina de controle 220 V; a2 — x2 — bobina de sinal 100 V, 1A.

Reatores de supressão de arco de tipo semelhante, fabricados na RDA, Tchecoslováquia e outros países, operam em redes elétricas. Estruturalmente, os reatores de supressão de arco dos tipos KDRM, RZDPOM consistem em um circuito magnético de três estágios e três enrolamentos: fonte de alimentação, controle e sinal. O diagrama de enrolamento é mostrado na fig. 3. Todos os enrolamentos estão localizados na perna intermediária do circuito magnético de três estágios.

Arroz. 4. Esquemas para inclusão de reatores de supressão de arco

O circuito magnético com bobinas é colocado em um tanque de óleo de transformador. A haste do meio é feita de uma parte fixa e duas partes móveis, entre as quais são formados dois espaços de ar ajustáveis.

Na bobina de potência, o terminal A é conectado ao terminal neutro do transformador de potência, o terminal X é aterrado através do transformador de corrente. A bobina de controle a1 — x1 foi projetada para conectar um regulador de reator de supressão de arco (RNDC).

A bobina de sinal a2-x2 é usada para conectar dispositivos de controle e medição a ela. O ajuste do reator de supressão de arco é feito automaticamente usando um acionamento elétrico. A limitação do movimento das partes móveis do circuito magnético é feita por interruptores de limite.Os diagramas de circuito para reatores de supressão de arco são mostrados na fig.

Na fig. 4a mostra um circuito universal que permite conectar reatores de supressão de arco a qualquer um dos transformadores. Na fig. 4b, os reatores de supressão de arco estão incluídos em sua própria seção. A potência do reator de supressão de arco é selecionada com base na compensação da corrente de terra da rede capacitiva fornecida pela seção de barramento relevante.

Um seccionador é instalado no reator de supressão de arco para desligá-lo durante a recuperação manual. É inaceitável usar uma chave em vez de um seccionador, pois o desligamento incorreto do reator de supressão de arco por uma chave durante o aterramento na rede levará a um aumento da corrente no ponto de aterramento, sobretensão na rede, danos ao isolamento do enrolamento do reator, curto-circuito de fase.

Como regra, os supressores de arco são conectados aos neutros dos transformadores que possuem um esquema de conexão estrela-triângulo, embora existam outros esquemas de conexão (na parte neutra de geradores ou compensadores síncronos).

A potência dos transformadores que não têm carga no enrolamento secundário e são usados ​​para conectar reatores de arco ao seu neutro é escolhida igual à potência do reator de supressão de arco. Se o transformador do reator de supressão de arco também for usado para conectar a carga a ele, sua potência deve ser selecionada 2 vezes a potência do reator de supressão de arco.

Configuração do Reator de Supressão de Arco.Idealmente, pode ser escolhido de forma que a corrente de falta à terra seja totalmente compensada, ou seja,

onde Ic e Ip são os valores reais das correntes capacitivas de aterramento da rede e da corrente do reator de supressão de arco.

Esta configuração do reator de supressão de arco é chamada de ressonante (ressonância de correntes ocorre no circuito).

Regular o reator com sobrecompensação é permitido quando

Neste caso, a corrente de falta à terra não deve exceder 5 A e o grau de desafinação

não exceda 5% É permitido configurar reatores de supressão de arco subcompensado em redes de cabos e aéreas, se quaisquer desequilíbrios de emergência nas capacidades de fase da rede não levarem ao aparecimento de uma tensão de polarização de neutro superior a 0,7 Uph .

Numa rede real (especialmente em redes aéreas) existe sempre uma assimetria da capacitância de fase em relação à terra, dependendo da localização dos condutores nos suportes e da distribuição dos condensadores de acoplamento das fases. Essa assimetria faz com que uma tensão simétrica apareça no neutro. A tensão de desequilíbrio não deve exceder 0,75% Uph.

A inclusão de um reator de supressão de arco no neutro altera significativamente os potenciais do neutro e das fases da rede. Uma tensão de polarização neutra U0 aparece no neutro devido à presença de assimetria na rede. Na ausência de aterramento na rede, a tensão de desvio do neutro não é permitida superior a 0,15 Uph por um longo período e 0,30 Uph por 1 hora.

Com a sintonia ressonante do reator, a tensão de polarização do neutro pode atingir valores comparáveis ​​à tensão de fase Uf.Isso distorcerá as tensões de fase e até gerará um falso sinal de terra. Nesses casos, o disparo artificial do reator de supressão de arco torna possível reduzir a tensão de polarização do neutro.

O ajuste ressonante do reator de supressão de arco ainda é ideal. E se com tal configuração a tensão de desvio de neutro for maior que 0,15 Uph e a tensão de desequilíbrio for maior que 0,75 Uph, medidas adicionais devem ser tomadas para equalizar a capacidade das fases da rede, transpondo os fios e redistribuindo os capacitores de acoplamento pela rede fases.

Durante a operação, os reatores de supressão de arco são verificados: em subestações com pessoal de manutenção permanente uma vez ao dia, em subestações sem pessoal de manutenção - pelo menos uma vez por mês e após cada falta à terra na rede. Ao examinar, preste atenção ao estado dos isoladores, sua limpeza, ausência de trincas, lascas, estado das vedações e ausência de vazamentos de óleo, bem como o nível de óleo no tanque de expansão; sobre o estado da barra supressora de arco, conectando-a ao ponto neutro do transformador e ao loop de terra.

Na ausência de ajuste automático do reator para suprimir o arco para ressonância, sua reestruturação é realizada por ordem do despachante, que, dependendo da alteração da configuração da rede (conforme tabela previamente compilada), instrui o plantão da subestação a comutar a ramificação no reator.O oficial de plantão, certificando-se de que não há aterramento na rede, desliga o reator, instala nele o ramal necessário e liga-o com um seccionador.