Для некоторых это покажется странным, но, оказывается, в электрических сетях активно используют реакторы. Разумеется, что эти устройства совсем не такие, как на атомных электростанциях.
Хотя у нас на слуху такие понятия, как ядерный реактор или реактивный двигатель, реакторы для электросетей совсем на них непохожи. На самом деле такие устройства не приводят ничего в движение и не испускают потоки опасной радиации. Всё намного проще!
Что такое реактивная мощность и зачем её компенсировать?
Если заглянуть в толковый словарь, то станет понятно, что слово реактор применяют для определения устройств, использующих принцип реагирования на происходящий процесс. Но на что же в электросетях реактор реагирует?
Здесь нужно задать встречный вопрос: а чем занимаются электрические сети? Если ответить очень просто, то основная задача состоит в передаче электроэнергии на большие расстояния и распределения её среди потребителей.
К сожалению, при такой передаче, часть электроэнергии просто пропадает. Это явление так и называется – технические потери. Но потери можно значительно снизить – для этого достаточно только повысить напряжение в линии.
Однако при этом возникает ещё одна проблема: высоковольтные линии начинают генерировать реактивную мощность, которая не расходуется на полезную работу. Вместо этого реактивная мощность приводит к увеличению потерь и отклонению напряжения от номинальных значений. По своей сути высоковольтные линии являются конденсаторами.
При этом самый простой, на первый взгляд, способ регулирования реактивной мощности – путём простого отключения воздушных линий не всегда подходит. Ведь при этом снижается надёжность электроснабжения, что может привести к очень серьёзным проблемам. Поэтому применяются специальные устройства.
Способы компенсации
Всё вышесказанное вынуждает принимать меры по компенсации реактивной мощности. Причём отечественными энергетиками проделана огромная работа и не только разработаны теоретические способы, но и созданы устройства для компенсации этого явления. Рассмотрим эти устройства более подробно.
Синхронный генератор
Прежде чем мы приступим к рассмотрению принципа работы реакторов, следует кратко, рассказать о применяемых методах компенсации реактивной мощности. Как нам известно, на электростанциях механическая энергия преобразуется в электроэнергию специальными устройствами — синхронными генераторами.
Подавая на обмотку возбуждения генератора постоянный ток разного напряжения можно управлять режимом работы. Можно вводить генератор в режим недовозбужения. При этом из сети будет потребляться реактивная мощность. Также можно перевести генератор в режим перевозбуждения, при котором он будет генерировать реактивную мощность.
Способ вполне рабочий, но имеет некоторые ограничения. Так, в режиме недовозбуждения в генераторе происходит прогрев торцевых зон, что негативно отражается на надёжности его работы. При этом величина нагрева зависит от конструкции.
Синхронный компенсатор
Конструктивно синхронный компенсатор представляет собой обычный синхронный электродвигатель, с той лишь разницей, что он не подключён к механической нагрузке. Вместо этого он, как вышеописанный синхронный генератор, может компенсировать или вырабатывать реактивную мощность.
Принцип компенсации также схож с принципом работы синхронного генератора — при увеличении тока в обмотке возбуждения происходит генерация реактивной мощности, а при уменьшении тока — компенсация. Применение таких устройств позволяет оперативно реагировать на колебания реактивной мощности и регулировать напряжение в сети.
Нужно отметить, что конструкция таких компенсаторов довольно сложна, включает большое число вращающихся деталей и требует постоянного технического обслуживания, поэтому широкого распространения синхронные компенсаторы не получили.
Шунтирующий реактор
Теперь рассмотрим принцип работы шунтирующего реактора. Как уже говорилось выше, высоковольтная линия электропередач, по сути является большим конденсатором, который сам генерирует реактивную мощность. Как говорится, клин клином вышибают, поэтому компенсировать реактивную мощность можно при помощи индуктивности.
Для этого один конец катушки индуктивности подключают к фазному проводу, а другой конец заземляют.
Получается шунт – специальное устройство, позволяющее протекать электрическому току в обход основной схемы.
Таким образом, катушка индуктивности шунтирует конденсатор и компенсирует реактивную мощность.
На подстанциях применяются управляемые шунтирующие реакторы, где магнитная система управляется при помощи обмоток управления. При этом можно изменять величину насыщения магнитной системы, а значит, и менять индуктивность реактора в довольно широком пределе: от 3 до 100%.
Другие типы реакторов
Нужно отметить, что в электрических сетях реакторы применяют не только для компенсации реактивной мощности. Также реакторы используются для ограничения токов, возникающих при коротких замыканиях и токов замыкания на землю. Рассмотрим конструкцию таких реакторов подробнее.
Токоограничивающий реактор
Как уже понятно из названия такие реакторы позволяют снизить величину тока при замыкании, тем самым уменьшая его ударное действие на другие элементы электрических сетей.
Конструктивно такой реактор представляет собой катушку индуктивности большого размера и массы, которая включена в цепь последовательно. Обычно сердечник не применяется, так как протекающий через реактор значительный ток приведёт к быстрому насыщению сердечника, а это будет понижать эффективность.
Когда в сети происходит замыкание, то благодаря индуктивному сопротивлению реактора, сила тока будет значительно снижена. Таким образом, можно применять высоковольтные выключатели с меньшей отключающей способностью.
Дугогасящий реактор
В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю возникает электрическая дуга. При этом такое замыкание может из однофазного легко стать двухфазным или трёхфазным замыканием.
Дугогасящий реактор также конструктивно является катушкой индуктивности. Однако в отличие от своего токоограничивающего коллеги, один конец этой катушки подключается к нейтральной шпильке силового трансформатора, а другой конец заземляется.
При возникновении замыкания на землю дугогасящий реактор будет компенсировать опережающий ёмкостной ток, создавая отстающий индуктивный ток. При этом сила тока не будет превышать 5 А. Такого тока будет недостаточно для устойчивого горения дуги.
Заключение
В этой статье мы только попытались очень кратко рассказать о реактивной мощности, способах её компенсации и некоторых типах реакторов, применяемых в электросетях. Разумеется, что можно дать и более подробное описание конструктивных особенностей этих устройств и привести различные формулы. Однако такая статья окажется настолько скучной и большой, что прочитать её полностью мало кто сможет.
Автор статьи Илья Корчагин.