Обеспечение производственной электромагнитной безопасности токоограничивающих реакторов

Рис. 1. Схема размещения четырех токоограничивающих реакторов РТОС-10-3150-0,25-У3 и осей XOY в здании ОПУ и ЗРУ-10 кВ. Первый этаж

Каждый виток реактора (см. рис. 3) выполнен в виде пучка, состоящего из четырех проводов (см. рис. 4). Высота пучка 11,7 мм, а ширина 18 мм. Плоскость витка расположена на расстоянии середины высоты пучка, т.е. на расстоянии 5,85 6 мм выше нижнего торца пучка. Высота фундамента над уровнем z=0 м составляет 0,15 м. Расстояние между фундаментом и плоскостью нижнего витка обмотки реактора 0,662 м . Тогда h_HB=0,15+0,662+0,006= 0,778 м. Число витков в ряду обмотки реактора N=37. Зазор между соседними витками в ряду составляет 16 мм, тогда расстояние между плоскостями соседних витков, т.е. шаг «п» намотки витков в ряду, составит п=16+11,7=27,7 мм. Высота обмотки реактора h=n - (N-1)=27,7 - 36 =997,2 мм, т.е. h=0,997 м. Радиус R_0ТОР внутреннего торца внутреннего ряда обмотки реактора составляет 420 мм (см. рис. 5), тогда радиус витка внутреннего ряда R₀=429 мм, т.е. R₀=0,429 м. Аналогично определяется шаг намотки рядов A R₀=0,034 м. Координаты расположения осей обмоток реакторов по оси OX даны в таблице 2.

Рис. 2. Схема размещения токоограничивающих реакторов РТОС-10-3150-0,25-У3 и расчетных уровней по осям 0Z и 0Y в помещении ЗРУ-10 кВ

Каждый виток реактора (см. рис. 3) выполнен в виде пучка, состоящего из четырех проводов (см. рис. 4). Высота пучка 11,7 мм, а ширина 18 мм. Плоскость витка расположена на расстоянии середины высоты пучка, т.е. на расстоянии 5,85 6 мм выше нижнего торца пучка. Высота фундамента над уровнем z=0 м составляет 0,15 м. Расстояние между фундаментом и плоскостью нижнего витка обмотки реактора 0,662 м. Тогда hHB=0,15+0,662+0,006 = 0,778 м. Число витков в ряду обмотки реактора N=37. Зазор между соседними витками в ряду составляет 16 мм, тогда расстояние меж ду плоскостями соседних витков, т.е. шаг «п»

намотки витков в ряду, составит п= 16+11,7=27,7 мм. Высота обмотки реактора h=n-(N-1)=27,7-36 =997,2 мм, т.е. h=0,997 м. Радиус R0ТОР внутреннего торца внутреннего ряда обмотки реактора составляет 420 мм (см. рис. 5), тогда радиус витка внутреннего ряда R0=429 мм, т.е. R0=0,429 м. Аналогично опре деляется шаг намотки рядов AR0=0,034 м. Ко ординаты расположения осей обмоток реакто- ров по оси OX даны в таблице 2.

Рис. 3. Схема обмотки реактора

оооооа оооооа оооооа оооооа оооооа оааооа

КН ЮК VI КН ЮК V2

□□□□□□ □□□□□□ оооооа оооооа

□□□□□□ оооооа оооооа

Рис. 4. Пучок из четырех проводов, образующий виток

Рис. 5. К определению радиуса внутреннего ряда и шага намотки по рядам

Число витков обмотки реактора Р=8. Число параллельных электрических ветвей, витки которых прошли транспозицию с целью выравнивания сопротивлений этих ветвей, равно G=8. Токи во всех ветвях реактора одинаковы и составляют IР/G. Наибольшее значение модуля тока в обмотке реактора 1Р=2850 А (по данным проектировщиков). Шкафы, содержащие микропроцессорные платы, расположены в помещении ЗРУ-10 кВ на втором этаже. На рис. 2 показана схема размещения шкафов и расчетных уровней по осям 0Z и 0Y в помещении ЗРУ-10 кВ. Распределение напряженности МП на расчетных уровнях рассчитывалось по программе «Реактор МП» [3]. На рис. 6 показано распределение напряженности Hmax (действующее значение по большей полуоси эллипса) МП, создаваемого четырьмя трехфазными реакторами на уровне +5,6 м (z=5,6 м, или 2,0 м от поверхности пола помещения ЗРУ-10 кВ) при номинальном токе реактора 3150 А.

Таблица 2. Координаты расположения осей обмоток реакторов по оси OX, м

Реакт.	1			2
Фаза	А1	В1	С1	А2	В2	С2
х, м	-16,07	-13,42	-10,77	-6,77	-4,12	-1,47
Реакт.	3			4
Фаза	А3	В3	С3	А4	В4	С4
х, м	1,47	4,12	6,77	10,77	13,42	16,07

Рис. 6. Распределение напряженности H_max в помещении ЗРУ-10 кВ на уровне +5,6 м для у=2 м, 2,5 м, 2,95 м, 3,45 м, 3,95 м и 4,1 м при номинальном токе реактора 3150 А

Наибольшее воздействие МП со стороны реакторов оказывается на технические средства, размещенные в ближнем к реакторам ряде рабочих шкафов помещения ЗРУ-10 кВ. Для второго (удаленного от реакторов) ряда рабочих шкафов Hmax не достигает значения 30 А/м даже при токе 3150 А. В рабочих шкафах размещены блоки, содержащие микропроцессорные платы, на которые воздействие МП ограничено величиной напряженности 30 А/м. Блоки, содержащие микропроцессорные платы, расположены в шкафах на расстоянии 1,8 м от пола помещения ЗРУ-10 кВ, т.е. на уровне z=5,4 м. Наибольшее значение тока в реакторах при максимальной нагрузке составляет по данным проектировщиков 2850 А. На рис. 7 показано перевернутый относительно координаты х=0 м график распределения напряженности МП на уровне z=5,4 м для у=3,7 м и 4,1 м при изменении х от -24 м до 33 м. График совмещен с планом помещения ЗРУ-10 кВ.

Рис. 7. График распределения напряженности МП на уровне z = 5,4 м для у = 3,7 м и 4,1 м при изменении х от -24 м до 33 м, совмещенный с планом помещения ЗРУ-10 кВ

Для всех шкафов на расчетном уровне напряженность МП превышает 30 А/м (наибольшие значения H_max: 54 А/м для у=3,7 м и 44 А/м для у=4,1 м), что может привести к выходу из строя микропроцессоров, регламентированных для четвертой степени жесткости по помехоустойчивости. Для устранения такой возможной причины выхода из строя микропроцессоров необходимо либо перенести реакторы хотя бы на 0,5 м к наружной стенке здания, либо использовать блоки, содержащие микропроцессоры, регламентированные по пятой степени жесткости [2] (H _max < 100 А/м), либо установить на реакторы электромагнитные экраны.

МП, создаваемое токоограничивающими реакторами на лестничной клетке. На расстоянии 1572 мм от оси крайнего реактора расположена поверхность стены лестничной клетки (см. рис. 1 и 8). На рис. 8 показана область расчета напряженности МП на лестничной клетке здания ОПУ и ЗРУ-10 кВ. Расчет проводился по прямой, соединяющей оси реакторов (при у=0 м, где Hmax имеет наибольшие значения) для уровней х=17,644 м, 18,144 м, 18,644 м, 19,144 м и 19,644 м при изменении z от 0 м до 7 м. IP=2850 А. На рис. 9 показано распределение Hmax на расчетных уровнях.

Напряженность МП на поверхности стены лестничной клетки на высоте 0,94 м и 1,58 м составляет 1,954 кА/м, что (см. табл. 1) исключает возможность появления обслуживающего персонала в данном помещении. На расстоянии 0,5 м от стены H_max=860 А/м, на расстоянии 1 м — H_max=450 А/м, на расстоянии 1,5 м — H_max=260 А/м, а на расстоянии 2 м -H_max=170 А/м. Для устранения вредного воздействия МП на обслуживающий персонал необходимо либо перенести лестничную клетку на противоположенную сторону здания ОПУ и ЗРУ-10 кВ, либо отодвинуть реакторы от стены лестничной клетки на 3 м, увеличив на 3 м длину здания ОПУ и ЗРУ, либо экранировать стену камеры реактора с помощью ферромагнитного экрана (листы пермаллоя, трансформаторное железо и т.п.) хотя бы до значения напряженности МП на поверхности стены лестничной клетки H_max < 1600 А/м со временем пребывания персонала в данном помещении менее 1 часа в сутки, либо установить на токоограничивающие реакторы электромагнитные экраны, обеспечивающие снижение уровней МП до необходимых значений.

Рис. 8. Область расчета напряженности МП на лестничной клетке здания ОПУ и ЗРУ-10 кВ

Рис. 9. Распределение напряженности H _max на лестничной клетке для расчетных уровней х=17,644 м, 18,144 м, 18,644 м, 19,144 м и 19,644 м. I_P=2850 А

Ограничение уровня напряженности МП с помощью комбинированных электромагнитных экранов. Снизить уровень напряженности МП в помещении ЗРУ-10 кВ и на лестничной площадке можно в результате установки на реакторы комбинированных электромагнитных экранов (КЭМЭ) [4]. Рассмотрим один реактор РТОС-10-3150-0,25-У3 (см. рис. 10), на котором на середине его обмотки установим однорядный электромагнитный экран (ЭМЭ4в), содержащий 4 витка (N=4, P=1) радиусом 0,8 м, намотанных с шагом n=0,1 м.

Рис. 10. Реактор РТОС-10-3150-0,25-У3 с КЭМЭ

На расстоянии 0,2 м от торцов обмотки реактора разместим двухслойные электромагнитные экраны (ЭМЭ2Ч2), содержащие по два витка в слое (N=2, Р=2), намотанных с шагом по слоям n=0,1 м и по виткам R0=0,1 м. Все ЭМЭ выполнены медным прямоугольным проводом с размерами «по меди» - высотой ЬПР=5 см и шириной д=4 см. Соединение всех ЭМЭ в КЭМЭ - согласно-параллельное, выполненное шинами из того же провода. Расчет параметров реактора, КЭМЭ и напряженности МП проводился по программе «Реактор -ЭМЭ» [5]. При полном токе реактора 2850 А ■ в крайних ЭМЭ наводятся токи IgD=2605e-j179 А, а в среднем ЭМЭ ток I^=5210e-j179 А. МП, создаваемое токами КЭМЭ, направлено встречно магнитному полю реактора и компенсирует последнее. Индуктивное сопротивление обмотки реактора составляет 0,270 Ом, а с учетом влияния комбинированного ЭМЭ при его согласнопараллельном соединении снижается до 0,184 Ом. На рис. 11 показано распределение напряженности Hmax МП на уровне z=5,4 м (уровень расположения микропроцессорных плат в рабочих шкафах ЗРУ-10 кВ) для у=3,7 м (ближний торец микропроцессорной платы), создаваемого одним реактором (первый реактор третьей группы с координатой оси х=1,47 м, см. рис. 1 и табл. 2) - кривая «Реактор», установленным на нем КЭМЭ -кривая «Экран» и совместно реактором и экраном - кривая «Реактор+экран». На рис. 12 показана отдельно кривая «Реактор+экран».

Рис. 11. Распределение напряженности H_max МП на уровне z=5,4 м для у=3,7 м

Рис. 12. Кривая «Реактор+экран» распределения напряженности H_max МП на уровне z=5,4 м для у=3,7 м

Установка на реактор КЭМЭ позволила снизить напряженность МП в месте расположения микропроцессорных плат с 77,56 А/м до 1,043 А/м. МП токов соседних обмоток трехфазного реактора и МП токов обмоток соседних реакторов, если обмотки соседних реакторов установлены в последовательности типа А1,В1,С1 — А2,В2,С2 - и т.д. (см. рис. 1 и табл. 2), за счет сдвига фазных токов на 120° компенсируют МП, создаваемое током рассматриваемой обмоткой реактора. В нашем случае Hmax компенсируется примерно с 78 А/м до 30 А/м (см. рис.11, рис. 12 и рис. 7, кривая у=3,7 м, для х=1,47 м), т.е. более, чем в 2 раза для данного расположения реакторов. Тогда, если на обмотки всех реакторов одинаково установить КЭМЭ одинаковой конструкции, то напряженность результирующего МП по сравнению с напряженностью МП одного реактора с КЭМЭ также уменьшится более, чем в 2 раза и составит на рассматриваемом месте расчетного уровня z=5,4 м при у=3,7 м порядка 0,5 А/м, что меньше 1 А/м (придельный уровень напряженности МП по помехоустойчивости для степени жесткости 1).

Таким образом, оснащение токоограничивающих реакторов РТ0С-10-3150-0,25-У3 комбинированными электромагнитными экранами позволит использовать в помещении рассмотренного ЗРУ-10 кВ электронные устройства отвечающие любой степени жесткости по помехоустойчивости к МП промышленной частоты. Рассчитаем напряженность МП, создаваемое реакторами на лестничной площадке здания ОПУ и ЗРУ-10 кВ. На рис. 13 показано распределение напряженности МП, создаваемого токами реакторов на поверхности стены лестничной клетки: H_maxP -реактором, Н_{тахЭ Е} - КЭМЭ, H_{ma x 7} - реактором и КЭМЭ. Установка комбинированного ЭМЭ позволила снизить напряженность МП на поверхности стены лестничной клетки до значения H_max<800 А/м.

Рис. 13. Распределение напряженности МП, создаваемого токами реактора и КЭМЭ на поверхности стены лестничной клетки

На рис. 14 показано распределение напряженности МП, создаваемого реактором с комбинированным ЭМЭ на лестничной клетке: на поверхности стены Hmax<800 А/м, на расстоянии 0,5 м от поверхности стены Hmax<200 А/м и на расстоянии 1 м от стены Hmax<60

А/м. Таким образом, установка на токоограничивающий реактор РТ0С-10-3150-0,25-У3 комбинированного электромагнитного экрана дает возможность пребывания на лестничной клетке персонала не менее двух часов в сутки (см. табл. 1).

Рис. 14. Распределение напряженности МП, создаваемого токами реакторов на лестничной клетке на расстоянии 0 м, 0,5 м и 1 м от поверхности стены