Фильтровые реакторы

Сухие фильтровые реакторы производятся ООО «КПМ» на основе технологии, хорошо себя зарекомендовавшей при производстве токоограничивающих реакторов.

Назначение

Необходимость обеспечения баланса реактивной мощности и напряжения на шинах подстанций потребителей привела к широкому использованию конденсаторных батарей. Сопротивление таких батарей обратно пропорционально частоте напряжения .

При любых переходных процессах в электрической сети возникают свободные составляющие, которые представляют собой реакцию элементов энергосистемы на изменения. Свободные составляющие, в отличие от вынужденных, могут иметь любую частоту колебаний или быть апериодическими. Вынужденные колебания — это колебания с частотой сети — в России 50 Гц.

Во время переходного процесса в цепях с конденсаторными батареями происходит изменение состава частот — энергия перераспределяется в область колебаний высоких частот, где сопротивление конденсаторных батарей ниже, чем для колебаний промышленной частоты. Это опасно для электрической сети, поскольку возникает возможность протекания сверхтоков. Которые могут вести к перегреву и выходу из строя конденсаторов и других элементов сети.

При анализе реальной формы кривой токов и напряжений обычным методом является аналитическое разложение сигнала сложной формы в ряд Фурье. В котором искажения представляются в виде синусоидальных сигналов с частотами, кратными промышленной частоте (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц и т.д.) - так называемых высших гармоник. Поэтому часто используется выражение "высшие гармоники", хотя в общем случае речь идёт об искажении формы кривой токов и напряжений в переходных режимах.

Другими источниками высших гармоник традиционно являются фидеры контактной сети железных дорог, метрополитена и городского транспорта. Это связано с режимом работы, который, как правило, предполагает рекуперацию энергии в сеть при торможении электрофицированного транспорта.

Источником высших гармоник могут служить и самые обычные устройства электрической сети — трансформаторы и реакторы с ферромагнитным сердечником, электрические двигатели и генераторы. При их перегрузке (перевозбуждении), их вольт-амперная характеристика становится выраженно нелинейной, что приводит к появлению 5-й, 7-й и более высоких гармоник.

Современные электрические системы характеризуются большим процентом нелинейной нагрузки — электрических аппаратов и машин, имеющих нелинейные вольт-амперные характеристики. К таковым, например, относятся устройства на базе силовой электроники (тиристоров, IGBT-транзисторов и др.) — выпрямительные аппараты, устройства плавного пуска, частотно-регулируемые привода, импульсные блоки питания и т.д. Их применение обусловлено требованиями к современным электрическим устройствам — их повышенной управляемости, снижению энергопотребления. Применение силовой электроники ведёт к возмущениям в электрической сети. В сети переменного тока возникают бестоковые паузы, крутые фронты ("скачки") электрических величин. Всё это может потребовать использования фильтровых реакторов.

Фильтровые реакторы требуются и при подключении в сеть малораспространённых в Российской Федерации устройств: вставок и линий постоянного тока высокого напряжения (HVDC) и устройств типа SVC/STATCOM — статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Появление высших гармоник в сети  во многих случаях неизбежно. Но их наличие в сети является деструктивным и нежелательным:

  • Все электрические машины и аппараты рассчитаны на использование переменного электрического тока промышленной частоты. Высшие гармонические составляющие как минимум не могут быть использованы ими в полезных целях, а как максимум могут привести к выходу из строя.
  • Протекание токов высокой частоты приводит к бесполезной трате электрической энергии. Растут токи утечки, потери.
  • Токи высокой частоты могут вести к локальным перегревам оборудования и изоляции, к их ускоренному старению.

Для защиты конденсаторных батарей и других элементов сети от высших гармоник применяются сетевые фильтры. Простейший сетевой фильтр состоит из единственного элемента — фильтрового реактора. При необходимости дополнительного ограничения токов в состав фильтра входят резисторы. При необходимости ограничения импульсных перенапряжений должны предусматриваться средства координации изоляции — нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН).

Принцип действия сетевого фильтра основан на том, что реактор является катушкой индуктивности. Свойством катушки индуктивности является прямая зависимость её сопротивления от частоты протекающего тока . Таким образом, чем выше частота гармоник, тем больше они задерживаются и ослабляются реактором.

Сетевые фильтры и фильтровые реакторы включаются в электрическую сеть последовательно и/или параллельно с источниками высших гармоник. Выбор схемы включения фильтра и его параметров зависят от характеристик сети и особенностей источника высших гармоник. Основой для выбора должен быть проектный расчёт соответствующего участка сети.

Конструкция

Конструкция фильтровых реакторов схожа с конструкцией токоограничивающих реакторов, производимых ООО «КПМ». Фильтровые реакторы имеют характеристики, адаптированные к особенностям их использования — усиленную изоляцию.

Важнейшими особенностями конструкции реактора ООО «КПМ» являются:

  • Реактор представляет собой монолитную конструкцию, основу которой и главный несущий элемент представляет собой сама обмотка реактора. Обмотка не нуждается в опорном каркасе или других элементах для дополнительной прочности.
  • Все металлические части реактора находятся под тем же напряжением, что и его обмотка. Отсутствие существенных разностей потенциалов внутри конструкции реактора минимизирует вероятность внутренних повреждений реактора. Таких как пробой между слоями, пробой между крестовиной и обмоткой и др.
  • Вспомогательные элементы реактора (рейки, бандажи) выполнены из полностью немагнитных материалов, не обладающих электрической проводимостью. Что полностью исключает их взаимодействие с магнитным полем реактора. Поскольку элементы являются вспомогательными, их прочность многократно превышает нагрузки на них, возникающие в процессе эксплуатации.
  • В конструкции реактора полностью отсутствуют разборные механические соединения (такие как винт-гайка и др.). Что обеспечивает высочайшую прочность, долговечность и надёжность конструкции в целом; исключает необходимость технического обслуживания механических соединений в процессе эксплуатации.
  • Все электрические соединения выполняются методом пайки (сварки) что исключает их нагрев, старение контактных соединений, минимизирует потери.
  • Реактор не содержит в своей конструкции жидкостей и легковоспламеняющихся материалов, не может быть источником пожара, взрывобезопасен. Конструкция реактора рассчитана на длительный срок службы без обслуживания.
  • Наличие сквозных вертикальных и горизонтальных каналов между обмотками обеспечивает надёжное естественное охлаждение реактора.