Токоограничивающие реакторы (ТР) — устройства, используемые для ограничения токов короткого замыкания (КЗ) и сохранения напряжения в электрических сетях. ТР работают по принципу противодействия нарастающему аварийному процессу. Основная задача реакторов — обеспечить безопасность и надежность распределительных систем 6–10 кВ.
В современных электрических сетях токи КЗ могут достигать больших значений, угрожая целостности оборудования и стабильной работе системы. ТР снижают эти токи до безопасного уровня, способствуют корректному срабатыванию защитных устройств и предотвращают аварийные ситуации. 

Токоограничивающие реакторы чаще всего применяются в сетях 6–10 кВ. Могут использоваться в высоко- и низковольтных системах при наличии соответствующих технических условий.

Общее представление о токоограничивающих реакторах

ТР представляют собой катушку с индуктивным сопротивлением, включенную последовательно в электрическую цепь. Основой реактора является индуктивная катушка, с магнитопроводом или без него — выбор зависит от типа устройства.

Принцип работы и конструкция

Обмотка реактора изготавливается из медного или алюминиевого провода, который может быть прямоугольного или круглого сечения, с пропиткой кремнийорганическим лаком или покрытым эмалью. Основные компоненты конструкции также включают в себя изоляторы, шины (вводные, выводные).

В обычном режиме сопротивление реактора минимально и практически не влияет на токовую цепь. 

При коротком замыкании ток резко возрастает, что приводит к увеличению реактивного индуктивного сопротивления X(L): 

X(L) = 2πfL,

где

  • X(L) — сопротивление индуктивное, Ом; 

  • f — частота тока (обычно 50 Гц); 

  • L — индуктивность реактора, Гн.

Чем выше индуктивность, тем больше сопротивление и меньше ток КЗ. 

Таким образом, реактор позволяет позволяет защищать оборудование от повреждений, снижать нагрузку на коммутационные аппараты и улучшать селективность (избирательность срабатывания) защиты.

Разновидности реакторов

ТР классифицируются по конструкции и условиям эксплуатации:

  • Бетонные — используются в сетях до 35 кВ, витки залиты бетоном. Считаются устаревшими.

  • Сухие — компактны, не требуют жидкостной изоляции, просты в обслуживании. Применяются в сетях с умеренными нагрузками.

  • Масляные — для сетей свыше 35 кВ, заполнены трансформаторным маслом для изоляции и теплоотвода, выдерживают высокие нагрузки.

  • Специальной конструкции — адаптированы для специфических условий эксплуатации (экстремальные температуры, высокая влажность).

Наиболее распространенным вариантом является сухой токоограничивающий реактор с воздушным охлаждением на 6–10 кВ.

Применение токоограничивающих реакторов

ТР широко применяются на генерирующих и распределительных подстанциях, в электросетях, на энергоемких объектах инфраструктуры и промышленных предприятиях.

Реакторы в сетях 6–10 кВ защищают трансформаторы, кабели и коммутационные аппараты, снижая пиковые значения токов КЗ и предотвращая аварии.

На промышленных предприятиях и в коммунальных хозяйствах реакторы уменьшают механические и тепловые нагрузки на оборудование, повышают надежность энергосистемы и продлевают срок службы оборудования.

Технические характеристики и параметры

Основные параметры ТР:

  • индуктивность — определяет сопротивление переменному току, обычно находится в диапазоне от 0,2 до 2 мГн (6–10 кВ);

  • максимальный ток — предельное значение тока, который реактор может пропустить без повреждений (80–120 А);

  • напряжение номинальное — соответствующее напряжению сети;

  • тепловая устойчивость — способность устройства рассеивать тепло без перегрева;

  • электродинамическая — стойкость к кратковременным механическим воздействиям током КЗ.

Все параметры реактора 6–10 кВ подбираются с учетом условий эксплуатации.

Эффективность и преимущества

Преимущества использования:

  • ограничение ударных токов КЗ, защита оборудования от повреждения; 

  • повышение надежности работы электрооборудования;

  • минимизация последствий аварий и ускорение восстановления системы.

Сухие ТР отличаются меньшим весом, компактностью, большей электродинамической и термостойкостью по сравнению с бетонными аналогами.

Недостатки и ограничения

Одним из недостатков ТР является эффект вытеснения тока (скин-эффект). При протекании переменного тока основная его часть концентрируется на поверхности проводника, что приводит:

  • к увеличению сопротивления и потерям энергии;

  • повышенному нагреву проводника, требующему улучшения теплоотвода.

Для снижения этих эффектов используют многожильные проводники (литцендраты), оптимизируют геометрию катушек и применяют современные материалы.

Заключение

Токоограничивающий реактор обеспечивают надежную работу электрических систем при коротких замыканиях 6–10 кВ. Их применение снижает эксплуатационные затраты, продлевает работу оборудования и повышает общую стабильность энергосистемы. Для эффективной работы ТР важно учитывать их ограничения и соблюдать нормативные требования (ГОСТ, ПУЭ, IEC).