Jaké jsou typy reaktorů Zásadní role v energetických systémech

Reaktor (Cívek): Definice a typy

Reaktor, také známý jako cívek, generuje magnetické pole v okolním prostoru, když proud protéká vodičem. Každý vodič, kterým proudí proud, tedy vlastně má indukci. Avšak indukce rovného vodiče je malá a vyvolává slabé magnetické pole. Praktické reaktory jsou konstruovány zavinutím vodiče do tvaru cívky, což se nazývá vzduchový cívek. Pro další zvýšení indukce se do cívky vloží feromagnetické jádro, čímž vzniká železný cívek.

1. Paralelní reaktor
Prototyp paralelních reaktorů byl používán pro testování generátorů na plný výkon. Železné paralelní reaktory generují střídavé magnetické síly mezi segmenty jádra, což vede k hlučnosti obvykle o 10 dB vyšší než u transformátorů stejné kapacity. Paralelní reaktory nesou střídavý proud (AC) a slouží k kompenzaci kapacitivní reaktance systému. Často jsou spojeny v sérii s thyristory, aby umožňovaly spojitou regulaci reaktivního proudu.

2. Seriální reaktor
Seriální reaktory nesou střídavý proud (AC) a jsou spojeny v sérii s kondenzátory, aby vytvořily sériový rezonanční obvod pro stabilní harmonické (např. 5., 7., 11. a 13. harmonické). Typické seriální reaktory mají hodnoty impedancí 5–6% a považují se za vysokou-indukční typy.

3. Rezonanční reaktor
Rezonanční reaktory nesou střídavý proud (AC) a jsou spojeny v sérii s kondenzátory, aby vytvořily sériovou rezonanci na specifické frekvenci harmonické složky (n), což umožňuje absorpci této harmonické složky. Běžné rezonanční pořadí jsou n = 5, 7, 11, 13 a 19.

4. Výstupní reaktor
Výstupní reaktor omezí kapacitivní nabíjecí proud v motorových kabelech a omezí rychlost vzrůstu napětí na motorových vinicích na maximálně 540 V/μs. Je typicky potřebný, když délka kabelu mezi čidlem s proměnnou frekvencí (VFD) (4–90 kW) a motorem přesahuje 50 metrů. Tento reaktor také vyhlazuje výstupní napětí čidlo (sníží ostré přechody), minimalizuje rušení a zatěžování inverzních komponent, jako jsou IGBT.

Poznámky k použití výstupních reaktorů:
Pro prodloužení vzdálenosti mezi VFD a motorem použijte silnější kabely s lepší izolací, preferovaně nestíněné typy.

Vlastnosti výstupních reaktorů:

• Hodí se pro kompenzaci reaktivního výkonu a snížení harmonických složek;

• Kompenzuje distribuovanou kapacitu dlouhých kabelů a potlačuje výstupní harmonické proudy;

• Efektivně chrání VFD, zlepšuje faktor moci, blokuje rušení ze strany sítě a snižuje harmonické znečištění z jednotek srážení do sítě.

5. Vstupní reaktor
Vstupní reaktor omezí klesání napětí na straně sítě během komutace převodníku, potlačí harmonické složky a oddělí paralelní skupiny převodníků. Také omezí proudové špičky způsobené transienčními změnami napětí nebo přepínacími operacemi v síti. Když poměr krátkozaměrné kapacity sítě k kapacitě VFD přesahuje 33:1, relativní klesání napětí vstupního reaktoru by mělo být 2% pro jedno-kvadrantovou operaci a 4% pro čtyř-kvadrantovou operaci. Reaktor může fungovat, když krátkozaměrné napětí sítě přesahuje 6%. Pro 12-pulsovou srážecí jednotku je potřeba vstupní reaktor na straně sítě s minimálním klesáním napětí 2%. Vstupní reaktory jsou široce používány v průmyslových a továrních automatizačních systémech. Jsou instalovány mezi elektrickou sítí a VFD nebo regulačními jednotkami rychlosti, aby potlačily špičkové napětí a proudy generované těmito zařízeními, což významně snižuje vyšší harmonické a zkreslené harmonické složky v systému.

Vlastnosti vstupních reaktorů:

• Hodí se pro kompenzaci reaktivního výkonu a filtraci harmonických složek;

• Omezí proudové špičky způsobené transienčními změnami napětí a přepínacími přetěžováními; filtre harmonické složky, aby snížil deformaci napěťové vlny;

• Vyhlazuje špičkové napětí a noty komutace v mostových obvodech.

6. Proudově omezující reaktor
Proudově omezující reaktory jsou obvykle používány v distribučních obvodech. Jsou spojeny v sérii s vedeními odbočujícími ze stejné sběrnice, aby omezily krátkozaměrný proud a udržely stabilitu napětí sběrnice při poruchách, zabránily nadměrnému klesání napětí.

7. Zhasínací cívek (Petersenova cívek)
Široce používány v rezonančně zemědělávaných systémech od 10kV až 63kV, zhasínací cívek jsou kvůli trendu ke bezolejovým rozvodným stanicím čím dál více navrženy jako suché lité resinové typy, zejména pro systémy pod 35kV.

8. Dampingový reaktor (často synonymní s seriálním reaktorem)
Připojený v sérii s kondenzátory nebo kompaktními kondenzátory, dampingové reaktory omezují spouštěcí proud během přepínání kondenzátorů – funkce podobná proudově omezujícím reaktorům. Filtrační reaktor: Při připojení v sérii s filtračními kondenzátory vytvářejí rezonanční filtrační obvody, obvykle používané pro filtraci 3. až 17. harmonické složky nebo vyšších harmonických složek s vysokým průchodem. Převodní stanice HVDC, fázově řízené statické var kompenzátory, velké srážecí jednotky, elektrifikované dráhy a vysokovýkonné thyristorové elektronické obvody jsou všechny zdroji harmonického proudu, které musí být filtrovány, aby se zabránilo jejich vstupu do sítě. Elektrárny mají specifická předpisy ohledně úrovní harmonických složek v elektrických systémech.

9. Vyhlazovací reaktor (DC link reaktor)
Vyhlazovací reaktory jsou používány v DC obvodech po srážení. Protože srážecí obvody produkují konečný počet impulsů, výstupní DC napětí obsahuje ripple, který je často škodlivý a musí být potlačen vyhlazovacím reaktorem. Převodní stanice HVDC jsou vybaveny vyhlazovacími reaktory, aby výstupní DC bylo co nejblíže ideálnímu. Vyhlazovací reaktory jsou také nezbytné v thyristorově řízených DC pohonech. V srážecích obvodech, zejména ve středofrekvenčních zdrojích napájení, jejich hlavní funkce zahrnují:

• Omezování krátkozaměrného proudu (během komutace inverzního thyristoru, současná vedení je ekvivalentní přímému krátkozaměru na výstupu srážecího mostu); bez reaktoru by to způsobilo přímý krátkozaměr;

• Potlačení vlivu středofrekvenčních složek na elektrickou síť;

• Filtrační efekt – srážený proud obsahuje AC složky; vysokofrekvenční AC je bráněno velkou indukcí – zajišťuje kontinuální vlnový obraz výstupního proudu. Nekontinuální proud (s intervaly beze proudu) by způsobil, že inverzní most zastaví, což vedlo by k otevření v srážecím mostu;

• V paralelních inverzních obvodech se reaktivní výkon vyměňuje na vstupu; proto jsou vstupní obvody energii ukládací prvky – reaktory – nezbytné.

Důležité poznámky

Reaktory v elektrických sítích se používají k absorpci kapacitního reaktivního výkonu generovaného kabelovými linkami. Regulací počtu paralelních reaktorů lze upravit provozní napětí systému. Ultra-vysoké napětí (UHV) paralelní reaktory slouží k několika funkcím týkajícím se správy reaktivního výkonu v elektrických systémech, včetně:

• Snížení kapacitního efektu na lehce zatěžovaných nebo nezatěžovaných přenosových linkách, snížení transienčních přetěžování napětí na pracovní frekvenci;

• Zlepšení distribuce napětí podél dlouhých přenosových linek;

• Místní vyvážení reaktivního výkonu za lehké zátěže, prevence nerozumného toku reaktivního výkonu a snížení ztrát v linech;

• Snížení stacionárního napětí pracovní frekvence na vysokonapěťových sběrnici při synchronizaci velkých generátorů s sítí, usnadnění synchronizace generátorů;

• Prevence samoexcitační rezonance, která může nastat, když jsou generátory připojeny k dlouhým přenosovým linekám;

• Pokud je neutrální bod reaktoru zemědělán malým reaktorem, tento malý reaktor může kompenzovat mezifázovou a fázově-zemskou kapacitu, urychlí samovýmírání reziduálních proudů a umožní automatické opětovné zapnutí jednopólového spínání.

Reaktory jsou připojeny buď v sérii, nebo paralelně. Seriální reaktory se obvykle používají k omezování proudu, zatímco paralelní reaktory jsou běžně používány k kompenzaci reaktivního výkonu.

• Paralelní reaktor: V ultra-vysokonapěťových dálkových přenosových systémech jsou připojeny k třetí vinici transformátorů, aby kompenzovaly kapacitní nabíjecí proud přenosových linek, omezily vzrůst napětí a přepínací přetěžování a zajistily spolehlivou operaci systému.

• Seriální reaktor: Jsou instalovány v kondenzátorových obvodech a používají se, když je banka kondenzátorů zapojena.