Mitä ovat reaktorit? Avaintarvikkeet sähköverkoissa

Reaktori (Induktori): Määritelmä ja tyypit

Reaktori, joka tunnetaan myös nimellä induktori, luo magneettikentän ympäröivään tilaan, kun virta kulkee johtimessa. Tämän vuoksi kaikki virtaa kantava johtin sisältää luonnostaan induktiivisuutta. Kuitenkin suoran johtimen induktiivisuus on pieni ja se tuottaa heikon magneettikentän. Praktiset reaktorit rakennetaan kiertämällä johtin solenoidimuotoon, jota kutsutaan ilmakernuksi reaktoriksi. Induktiivisuuden lisäämiseksi solenoisiin asetetaan ferromagneettinen ydin, mikä muodostaa rautakernuksen reaktorin.

1. Rinnakkaisreaktori
Rinnakkaisreaktorien prototyyppiä käytettiin alun perin generatorien täysiastelastutestaukseen. Rautakernuksilla varustetut rinnakkaisreaktorit tuottavat vaihtelevia magneettivoimia segmennoidyn ytimen osissa, mikä johtaa melutasoille, jotka ovat yleensä 10 dB korkeammat kuin vastaavan kapasiteetin muuntimilla. Rinnakkaisreaktorit kantavat vaihtovirtaa (AC) ja niitä käytetään systeemin kapasitiivisen induktiivisuuden kompensointiin. Ne yhdistetään usein thyristoreihin sarjassa, jotta voisi säännellä jatkuvasti reaktiivista virtaa.

2. Sarjareaktori
Sarjareaktorit kantavat vaihtovirtaa (AC) ja ne yhdistetään sarjaksi tehokapasitoreihin muodostaakseen sarjaresonanssikirjauksen vakioharmoniselle (esim. 5., 7., 11. ja 13. harmoniselle). Tyypillisillä sarjareaktoreilla on impedanssiarvo 5–6 %, ja ne luokitellaan korkean induktiivisuuden tyypeiksi.

3. Säädösjännitereaktori
Säädösjännitereaktorit kantavat vaihtovirtaa (AC) ja ne yhdistetään sarjaksi kapasitoreihin luodakseen sarjaresonanssin tiettyyn harmoniseen taajuuteen (n), mikä mahdollistaa kyseisen harmonisen komponentin absorboinnin. Yleisiä säädösasteita ovat n = 5, 7, 11, 13 ja 19.

4. Ulosvirtareaktori
Ulosvirtareaktori rajoittaa moottorikaapelin kapasitiivista ladattua virtaa ja rajoittaa moottoripyrstyjen jännite nousunopeuden alle 540 V/μs. Se on yleensä tarpeen, kun muuttuvan taajuuksisen ohjaajan (VFD) (4–90 kW) ja moottorin välinen kaapelin pituus ylittää 50 metriä. Se myös tasapainottaa VFD:n ulosvirtajännitettä (vähentää kytkemisreunan jyrkkyyttä), vähentäen häiriöitä ja stressiä inverterin komponenteissa, kuten IGBT-komponenteissa.

Ulosvirtareaktoreiden soveltaminen:
VFD:n ja moottorin välisen etäisyyden pidentämiseksi käytä paksuja kaapeleita parannetuilla eristysominaisuuksilla, parhaassa tapauksessa ei-suojattuja tyyppejä.

Ulosvirtareaktoreiden ominaisuudet:

• Sopiva reaktiivisen tehon kompensointiin ja harmonisten vaimentamiseen;

• Kompensoi levittynyttä kapasitiivisuutta pitkissä kaapeleissa ja vaimentaa ulosvirtaharmonisia;

• Tehokkaasti suojailee VFD:itä, parantaa voiman tekijää, estää verkon puolelta tulevia häiriöitä ja vähentää suodatusyksiköiden aiheuttamaa harmonista saastumista verkkoon.

5. Sisäänvirtareaktori
Sisäänvirtareaktori rajoittaa verkon puolella olevaa jännitelaskua muunnin kommutaatiolla, vaimentaa harmoniset ja irrottaa rinnakkaisten muunninryhmien. Se myös rajoittaa virtasuihdutuksia, jotka johtuvat verkon jännitehuippuista tai kytkentaoperaatioista. Kun verkon lyhytsulkukapasiteetti VFD-kapasiteetin suhteen ylittää 33:1, sisäänvirtareaktorin suhteellinen jännitelasku tulisi olla 2 % yhden kvadrantin toiminnalle ja 4 % neljän kvadrantin toiminnalle. Reaktori voi toimia, kun verkon lyhytsulkujännite ylittää 6 %. 12-pulsseiselle suodatusyksikölle tarvitaan vähintään 2 % jännitelaskua oleva linjan puoleinen sisäänvirtareaktori. Sisäänvirtareaktoreita käytetään laajasti teollisuudessa ja tehtauteknologiassa. Niitä asennetaan verkon ja VFD:n tai nopeusregulaattorin välille, jolloin ne vaimentavat näiden laitteiden aiheuttamia virta- ja jännitehuippuja, vähentäen huomattavasti järjestelmän korkeampia ja vääristyneitä harmonisia.

Sisäänvirtareaktoreiden ominaisuudet:

• Sopiva reaktiivisen tehon kompensointiin ja harmonisfilteröintiin;

• Rajoittaa virtasuihdutuksia, jotka johtuvat verkon jännitehuippuista ja kytkentaohjuista; filtteröi harmoniset vähentääkseen jännitekuvaajan vääristymistä;

• Tasoittaa jännitehuippuja ja suodatusyksikön kommutaatiopuolikuoria silmukkakirjauksissa.

6. Virtarajoitusreaktori
Virtarajoitusreaktorit käytetään yleensä jakeluverkoissa. Ne yhdistetään sarjaksi syöttökayleiden kanssa, jotka lähtevät samasta busbarista, rajoittaakseen lyhytsulkuvirtaa ja ylläpitääkseen bussijännitteen vakautta virhetilanteissa, estääkseen liian suuria jännitelaskuja.

7. Kaariharmonisvaimentaja (Petersen-ydin)
Laajasti käytetty resonanssitason yhdistettyjä järjestelmiä 10kV–63kV:ssa, kaariharmonisvaimentajat ovat yhä enemmän kuivatyyppisiä resiinakastettuja suunnitelmia öljyvapaan alueen trendin vuoksi, erityisesti järjestelmissä, jotka ovat alle 35kV.

8. Vaimennusreaktori (usein synonyymi sarjareaktorille)
Yhdistetty sarjaksi kapasitori-ryhmiin tai tiiviisiin kapasitoreihin, vaimennusreaktorit rajoittavat kapasitorin kytkemisen aikana syntyvää virtasuhdetta—funktio, joka on samankaltainen kuin virtarajoitusreaktorin. Suodatusreaktori: Kun yhdistetty sarjaksi suodatuskapasitoreihin, ne muodostavat resonanssusuodatuskirjauksen, jota yleensä käytetään 3. - 17. harmonisen suodattamiseen tai korkeampien järjestyskorkeiden suodattamiseen. HVDC-muunninlaitoksissa, vaihesäädetyissä statisissa VAR-kompensaattoreissa, suurissa suodatusyksiköissä, sähköistyneillä rautateillä ja suurtehoisissa thyristori-pohjaisissa elektronisissa kirjauksissa ovat kaikki harmonisen virtan lähteitä, jotka on suodatettava, jotta voidaan estää harmonisten virtojen pääsy verkkoon. Energia-alan yritykset määrittelevät tarkat säännöt harmonisten tason suhteen energiasysteemeissä.

9. Tasausreaktori (Jäykä virta-reaktori)
Tasausreaktorit käytetään jäykässä virtakirjauksessa suodatuksen jälkeen. Koska suodatuskirjaukset tuottavat äärellisen määrän pulssia, DC-jännite sisältää rippejä, jotka ovat usein haitallisia ja joita on vaimennettava tasausreaktorilla. HVDC-muunninlaitoksissa on tasausreaktorit, joiden tavoitteena on tehdä ulosvirta-DC mahdollisimman lähelle ideaalia. Tasausreaktorit ovat myös olennaisia thyristori-ohjatuissa DC-ajureissa. Suodatuskirjauksissa, erityisesti keskifrekvenssissä, niiden päätavoitteet ovat:

• Rajoittaa lyhytsulkuvirtaa (suodatusyksikön thyristorin kommutaation aikana, yhtäaikainen johtavuus on sama kuin suora lyhytsulkusilta suodatusyksikön ulosvirtajännitteen); ilman reaktoria tämä aiheuttaisi suoran lyhytsulku;

• Vaimentaa keskifrekvenssin komponenttien vaikutusta sähköverkkoon;

• Suodatusvaikutus—suodatettu virta sisältää AC-komponentteja; korkeafrekventti AC-johtavuus hidastetaan suurella induktiivisuudella—varmistaa jatkuva virtakuvio. Epäjatkuva virta (virta-asettelulla nollavirta-aikaluvi) aiheuttaisi suodatusyksikön pysähtymisen, mikä johtaisi suoraan lyhytsulkutilanteeseen suodatusyksikön ulosvirtajännitteessä;

• Rinnakkaissa suodatuskirjauksissa reaktiivinen teho vaihdetaan syötteessä; siksi energiavarastoelementit—reaktorit—ovat olennaisia syötekirjauksessa.

Tärkeitä huomioita

Sähköverkossa käytetyt reaktorit käytetään poistamaan kaapelijohtimiin syntynyttä kapasitiivista reaktiivipotentiaalia. Systeemin toiminnanjännitteen säätelyä varten voidaan säätää rinnakkaisreaktorien määrää. Ultra-korkean jännitteen (UHV) rinnakkaisreaktorit palvelevat useita rooleja reaktiivisen tehon hallinnassa sähköverkossa, mukaan lukien:

• Vaimentaa kapasitiivista vaikutusta kevyesti ladattuihin tai tyhjiin siirtolinjoihin, vähentää taajuusväliaikaisia väliaikaisia jännitehuippuja;

• Parantaa jännitejakautumista pitkiä siirtolinjoja pitkin;

• Tasapainottaa paikallista reaktiivipotentiaalia kevyesti ladattujen olosuhteissa, estää epäjärkevää reaktiivipotentiaalin virtausta ja vähentää linjan tehonkulutusta;

• Vähentää vakiojännitteiden taajuusväliaikaista jännitettä korkean jännitteen busbareissa, kun suuret generaattorit synkronoidaan verkkoon, helpottaa generaattorin synkronointia;

• Estää itsensäitsenaiheutuneen resonanssin, joka voi syntyä, kun generaattorit yhdistetään pitkiin siirtolinjoihin;

• Kun reaktorin neutraali on maadettu pienellä reaktorilla, pieni reaktori voi kompensoida vaiheiden välisen ja vaihe-maan välisen kapasitiivisuuden, kiihdyttää jäämävirtan itsekuolemaa ja mahdollistaa yhden napin automaattisen uudelleenkytkennän.

Reaktorit yhdistetään joko sarjaksi tai rinnakkain. Sarjareaktorit käytetään yleensä virtarajoituksessa, kun taas rinnakkaisreaktorit käytetään yleisesti reaktiivisen tehon kompensointiin.

• Rinnakkaisreaktori: Ultra-korkean jännitteen pitkien siirtolinjojen järjestelmissä ne yhdistetään transformatorin kolmanteen kierrokseen kompensoimaan siirtolinjojen kapasitiivista ladattua virtaa, rajoittaa jännitenen nousua ja kytkentaohjuista, ja varmistaa järjestelmän luotettavan toiminnan.

• Sarjareaktori: Asennetaan kapasitori-kirjauksiin, kun kapasitori-ryhmä on energisoitu.