CAPITOLUL VII

BOBINE DE REACTAN 1. Consideraii teoretice

Bobinele de reactan care se monteaz n instalaiile de distribuie servesc, n primul rnd, la limitarea curenilor de scurtcircuit; pe lng aceasta, ele asigur meninerea tensiunii la barele centralei sau ale staiei de transformare n caz de scurtcircuit n reea, astfel nct n caz de scurtcircuit ntr-o derivaie oarecare, tensiunea la bare i deci la celelalte derivaii care pleac de la bare, s rmn la un nivel care s asigure funcionarea mai departe, fr ntrerupere a consumatorilor.

Bobina de reactan este o bobin inductiv fr miez de fier, adic o inductan cu o caracteristic tensiune-curent liniar.

Bobina de reactan se caracterizeaz prin urmtorii parametrii: - tensiunea nominal, Un; - curentul nominal, In; - reactan n mrimi relative, raportat la reactana nominal, n procente, x.

ntre aceste mrimi exist relaia:

n care: x = (L este reactana pe faz a bobinei de reactan, n ohmi; L inductana unei faze a bobinei de reactan, n H.

Valoarea curentului de scurtcircuit dup bobina de reactan, cu condiia ca alimentarea s se fac de la o surs de putere infinit de mare, este, n cazul scurtcircuitului trifazat:

Reactana bobinelor de montate pe cablurile de plecare este, de obicei, de cel mult 6-8%. Reactana bobinelor de reactan de pe barele colectoare, destinate s secioneze barele colectoare atinge 12%.

n figura 1. este reprezentat o schem n care se arat conectarea bobinelor de reactan la o linie care pleac de la barele centralei bobina de reactan de linie BR1, precum i a bobinei de reactan de bare BR2.

Bobinele de reactan de bare se instaleaz n cazul cnd exist necesitatea de a reduce curentul de scurtcircuit nu numai n reea, dar chiar i n instalaia respectiv.

n figura 2. se arat repartizarea cderii de tensiune n circuit, n regim nominal i n regim de scurtcircuit, dup bobin-de reactan de linie. La scurtcircuit, cderea principal de tensiune are loc n bobin, ceea ce asigur i meninerea la bare a unei tensiuni suficient de mari. n general, tensiunea rezidual la bare depinde, n special, de relaia dintre impedanele generatorului i ale bobinei de reactan.

Alegerea reactanei bobinei de reactan de linie fig.3. se face cu condiia limitrii curenilor de scurtcircuit (impus de cel mai sensibil element): stabilitatea termic a reelei de cabluri de distribuie, capacitatea de comutaie a ntreruptoarelor reelei de alimentare.

n marea majoritate a reelelor complexe de distribuie, elementul care impune cel mai redus nivel al curenilor de scurtcircuit este stabilitatea termic a cablurilor reelei de distribuie.

Fig.1. Scheme de conectare a bobinei de reactan

Fig. 2. Repartizarea cderii de tensiune n circuit, la regimul nominal (1) i la regim de scurtcircuit (2)

Fig. 3. Limitarea curenilor de scurtcircuit produs de o bobin de reactan de linie: a schema electric; b variaia curenilor de scurtcircuit i a tensiunii pe barele colectoare n funcie de reactana reactorului

n figura 3., b se prezint variaia tensiunii reziduale, i a curentului de scurtcircuit, dup bobina de reactana, n funcie de raportul dintre reactana bobinei i reactana sistemului.

Se vede c cu ct reactana sistemului este mai mic, cu att nivelul tensiunii reziduale este mai mare.

Fig.4. Variaia pierderii de tensiune n bobina de reactan n funcie de sarcin

n regim normal de funcionare, pierderea de tensiune n bobina de reactan nu este egal numeric cu valoarea cderii de tensiune n bobin i depinde de cos ( al reelei (dup bobin). n figura 4. este redat o diagram aproximativ, care permite determiarea pierderii de tensiune (U% n funcie de cos ( al reelei, pentru diferite reactane x(. Dup cum se vede, pentru cos ( = 0 pierderea de tensiune este egal numeric cu cderea de tensiune n bobin, adic (U%.

Pentru , (U% este aproximativ egal cu zero.

Valorile intermediare ale pierderii de tensiune se gsesc ntre valori extreme ale lui (U, adic ntre x( i 0.

Pierderea de tensiune n bobina de reactan este egal cu

sau

2. Inductana bobinei de reactan fr miez de fier

Inductana bobinei de reactan se poate calcula n funcie de parametrii si geometrici cu ajutorul relaiei :

Fig.8. Dimensiunile principale ale nfurrii bobinei de reactan

n care: ( este numrul de spire ale nfurrii; D diametrul mediu al nfurrii, n cm; B perimetrul nfurrii; n cm; K exponent, care se ia:

pentru

pentru

Pentru formele nfurrilor, care se folosesc n bobinele de reactan, cel mai des se ia valoarea .

Teoretic, nfurarea cea mai economic este cea a crei form este determinat de urmtorul raport:

n care: h este nlimea nfurrii; b limea nfurrii.

Cu alte cuvinte, cea mai economic este nfurarea cu seciunea ptrat, la care nlimea i limea nfurrii reprezint aproximativ o treime din diametrul mediu al nfurrii.

3. Rezistena activ a nfurrii de reactan i pierderile de putere n bobin

Pierderea total de putere n nfurarea unei faze a bobinei de reactan este:

Temperatura conductorului cu cupru, izolat cu hrtie de cablu cu estur de bumbac, la scurtcircuit, nu trebuie s depeasc 250(C-100 = 150(C).

Plecnd de la aceast valoare a creterii admisibile de temperatur la scurtcircuit, se poate determina seciunea necesar pentru conductorul nfurrii bobinei de reactan, n funcie de o durat dat pentru scurtcircuit, sau, invers, n funcie de seciunea dat se poate gsi durata admisibil a scurtcircuitului.4. Eforturi electrodinamice n bobine de reactan

La scurtcircuite apar fore electrodinamice att n nfurarea unei faze a bobinei de reactan, ct i ntre fazele bobinei.

Deoarece forele electrodinamice sunt ntotdeauna astfel orientate nct s mreasc inductana ntregului sistem, rezult c aceste eforturi ntr-o faz au tendina de a comprima nfurarea n toate direciile i de a-i mri diametrul .

Din punctul de vedere al proiectrii instalaiilor de distribuie electrice, de interes este studiul eforturilor care iau natere ntre fazele bobinelor de reactan.

n cazul general, fora de aciune reciproc ntre dou bobine, se determin:

n care: i1 i i2 sunt valorile instantanee ale curenilor din nfurrile celor dou bobine; 1 distana dintre bobine; M inductivitatea mutual ntre bobine.

Fig. 9. Direciile n care acioneaz eforturile electrodinamice

Efortul maxim, toate celelalte condiii fiind aceleai, se va produce atunci cnd produsul dintre valorile instantanee ale curenilor din fazele vecine va atinge valoarea maxim.

Fig.10. Variaia eforturilor de acionare reciproc ntre fazele bobinei de reactan

Una dintre aceste dou valori maxime d fora de atracie maxim, iar cealalt fora de respingere maxim care ia natere ntre nfurri (bobine).

n calculele tehnice se ine seama de obicei de fora care ia natere ntre fazele vecine. Se neglijeaz fora de aciune reciproc ce ia natere ntre fazele mai deprtate, dei n cazul general cnd acest lucru este necesar, se poate seam i de influena celei de-a treia faze.

n timpul unei perioade a curentului alternativ, eforturile ntre dou faze au dou valori maxime negative fig.10.

Aceast for va fi o for de respingere, deoarece, n acel moment, curneii din nfurrile fazelor 1 i 2 circul n sensuri opuse. Se poate aranja ns astfel nct fora maxim s fie o for de atracie. n acest scop este necesar s se rstoarne faza mijlocie, adic ea s fie bobinat n sens invers, sau, dac ea a fost bobinat n acelai sens cu fazele marginale, s fie conectat invers, cum se arat n figura 7.12. n acest caz, fora de atracie va fi egal cu iar fora de respingere va fi de trei ori mai mic, adic .

n cazul unei aezri verticale a bobinelor de reactan, adic atunci cnd toate cele trei faze sunt aezate una desupra celeilalte, acest lucru este raional, deoarece, n aceast situaie, fora maxim va compirma izolatoarele care separ fazele una de alta. Dup cum se tie, porelanul rezist mult mai bine la compresiune dect la ntindere.

n cazul aezrii orizontale a bobinelor de reactan direcia forei este indiferent, deoarece n acest caz izolatorii de susineri lucreaz la ncovoiere. Dac n cazul aezrii orizontale a bobinelor de reactan se folosesc izolatori de distan ntre faze este dorit ca fora maxim de aciune reciproc ntre faze s fie o for de atracie.

n figura 7.13. se dau curbele cu ajutorul crora se poate aprecia valoarea forei pe o amperspir, pentru aezarea vertical sau orizontal a nfurrilor bobinelor de reactan, n funcie de raportul dintre distana ntre nfurri i diametrul mediu al acestora.

Curbele sunt date pentru diferite valori ale raportului dintre nlimea nfurrilor h i diametrul mediu D, att pentru aezarea vertical a bobinelor, ct i pentru aezarea orizontal.

Curbele sunt date pentru o valoare constant a raportului dintre limea nfurrii i diametrul mediu (b/D