Koji su vrste reaktora Ključne uloge u energetskim sustavima

Reaktor (Induktor): Definicija i vrste

Reaktor, također poznat kao induktor, generira magnetsko polje u okružnom prostoru kada struja teče kroz vodil. Stoga svaki vodil koji nosi struju intrinzično posjeduje induktivnost. Međutim, induktivnost ravne žice je mala i stvara slabo magnetsko polje. Praktični reaktori izrađuju se namotavajući vodil u oblik solenoida, poznat kao reaktor s zračnim jezgrom. Za daljnju povećanju induktivnosti, feromagnetska jezgra umetnuta je u solenoid, formirajući reaktor s željeznom jezgrom.

1. Shunt reaktor
Prototip shunt reaktora koristio se za testiranje generatora pod punom opterećenjem. Željeznički shunt reaktori generiraju alternirajuće magnetske sile između segmentiranih dijelova jezgre, što rezultira nivoima buke tipično 10 dB višim od transformatora s ekvivalentnom kapacitetom. Shunt reaktori prenose izmjeničnu struju (AC) i koriste se za kompenzaciju kapacitivne reaktivne snage sustava. Često su spojeni serijalno s tiristorima kako bi omogućili kontinuiranu regulaciju reaktivne struje.

2. Serijski reaktor
Serijski reaktori prenose izmjeničnu struju (AC) i spojeni su serijalno s moćnim kondenzatorima kako bi formirali serijski rezonantni krug za stabilne harmonike (npr. 5., 7., 11., 13. harmonika). Tipični serijski reaktori imaju vrijednosti impedancije od 5–6% i smatraju se visokoinduktivnog tipa.

3. Tuning reaktor
Tuning reaktori prenose izmjeničnu struju (AC) i spojeni su serijalno s kondenzatorima kako bi stvorili serijsku rezonanciju na određenoj frekvenciji harmonike (n), time apsorbirajući taj harmonski dio. Uobičajeni redovi tuninga su n = 5, 7, 11, 13 i 19.

4. Izlazni reaktor
Izlazni reaktor ograničava kapacitivnu napajnu struju u motor kabelima i ograničava brzinu porasta napona na motor windingu do 540 V/μs. Obično je potreban kada duljina kabla između varijabilnog frekvencijskog upravljača (VFD) (4–90 kW) i motora premaši 50 metara. Također izgladjava izlazni napon VFD-a (smanjujući oštrinu preklapanja), minimizirajući perturbacije i opterećenje na inverterske komponente poput IGBT-ova.

Napomena o primjeni izlaznih reaktora:
Za proširenje udaljenosti između VFD i motora, koristite deblji kabeli s poboljšanim izolacijama, najbolje neekranirane vrste.

Značajke izlaznih reaktora:

• Pogodan za kompenzaciju reaktivne snage i mitigaciju harmonika;

• Kompenzira distribuiranu kapacitivnost u dugačkim kablama i supresira izlazne harmonijske struje;

• Učinkovito štiti VFD-e, poboljšava faktor snage, blokira interferenciju sa strane mreže i smanjuje harmonijsku zagađenost od jedinica pravokutnog toka prema mreži.

5. Ulazni reaktor
Ulazni reaktor ograničava pad napona na strani mreže tijekom komutacije pretvarača, supresira harmonike i dekuplira paralelne skupine pretvarača. Također ograničava strujne talasi nastali zbog transijentnih napona mreže ili operacija prekidanja. Kada omjer kapaciteta kratkog spoja mreže i kapaciteta VFD-a premaši 33:1, relativni pad napona ulaznog reaktora treba biti 2% za rad u jednoj kvadranti i 4% za rad u četiri kvadrante. Reaktor može raditi kada napon kratkog spoja mreže premaši 6%. Za 12-pulsni pravokutni jedinici, potreban je ulazni reaktor s barem 2% padom napona. Ulazni reaktori široko se koriste u industrijskim i fabričnim automatiziranim kontrolnim sustavima. Instalirani između mreže struje i VFD-ova ili regulatora brzine, oni supresiraju talasne napone i struje generirane tim uređajima, značajno atenuirajući više-redne i iskrivljene harmonike u sustavu.

Značajke ulaznih reaktora:

• Pogodan za kompenzaciju reaktivne snage i filtriranje harmonika;

• Ograničava strujne talase nastale zbog transijentnih napona mreže i prekomjernih napona pri prekidanju; filtrira harmonike kako bi smanjila distorziju valne forme napona;

• Izgladjava talasne vrhove i notche u mostovim krugovima tijekom komutacije pravokutnika.

6. Reaktor za ograničavanje struje
Reaktori za ograničavanje struje obično se koriste u distribucijskim krugovima. Spojeni su serijalno s feeder linijama koje se granaju s istog busbara kako bi ograničili struju kratkog spoja i održali stabilnost napona busa tijekom grešaka, sprečavajući prekomjerne padove napona.

7. Zavojnice za potiskivanje lukova (Petersen zavojnice)
Široko se koriste u rezonantno zemljenim sustavima od 10kV do 63kV, zavojnice za potiskivanje lukova sve više su dizajnirane kao suhe, litane gume zbog trenda ka bezoilnim pretvorima, posebno za sustave ispod 35kV.

8. Dampirajući reaktor (često sinonim za serijski reaktor)
Spajaju se serijalno s bankama kondenzatora ili kompaktnim kondenzatorima, dampirajući reaktori ograničavaju struju ubrzavanja tijekom prekidanja kondenzatora - slično funkciji reaktora za ograničavanje struje. Filtarski reaktor: Kada su spojeni serijalno s filtar kondezatorima, oni formiraju rezonantne filtarne krugove, tipično korištene za filtriranje 3. do 17. harmonike ili viših redova visokopropusnih filtra. HVDC pretvarne stanice, fazno kontrolirani statički VAR kompenzatori, veliki pravokutni jedinice, elektrificirane željeznice i visokosnopni tiristori elektronski krugovi svi su izvori harmonijske struje koja mora biti filtrirana kako bi se spriječilo unosenje harmonika u mrežu. Električne državne preduzeće imaju specifične propise o razini harmonika u elektroenergetske sustave.

9. Izgladjujući reaktor (DC link reaktor)
Izgladjujući reaktori koriste se u DC krugovima nakon pravokutnog toka. Budući da pravokutni krugovi proizvode konačan broj pulsa, izlazni DC napon sadrži ripl, koji je često štetan i mora se supresirati izgladjujućim reaktorom. HVDC pretvarne stanice opremljene su izgladjujućim reaktorima kako bi izlazni DC bio što bliži idealnom. Izgladjujući reaktori su ključni u tiristor kontroliranim DC pogonima. U pravokutnim krugovima, posebno u srednjefrekventnim napajanjima, njihove glavne funkcije uključuju:

• Ograničavanje struje kratkog spoja (tijekom komutacije inverter tiristora, istodobno provođenje je ekvivalentno direktnom kratkom spoju na izlazu pravokutnog mosta); bez reaktora, to bi uzrokovalo direktni kratki spoj;

• Supresiranje utjecaja srednjefrekventnih komponenata na mrežu;

• Filtrirajući efekt - pravokutna struja sadrži AC komponente; visokofrekventni AC ograničen je velikom induktivnošću - osiguravajući kontinuiran izlazni val struje. Nedostatak struje (s intervalima nulte struje) uzrokovao bi zaustavljanje inverter mosta, rezultirajući otvorenom krugu na izlazu pravokutnog mosta;

• U paralelnim inverter krugovima, reaktivna snaga se razmjenjuje na ulazu; stoga su elementi za pohranu energije - reaktori - ključni u ulaznom krugu.

Važne napomene

Reaktori u mreži struje koriste se za apsorbiranje kapacitivne reaktivne snage generirane kabelnim linijama. Regulirajući broj shunt reaktora, može se regulirati radni napon sustava. Ultra visokonaponski (UHV) shunt reaktori služe više funkcija vezanih za upravljanje reaktivnom snagom u elektroenergetskim sustavima, uključujući:

• Mitigiranje kapacitivnog učinka na slabozapoštenim ili nepozapoštenim prijenosnim linijama, smanjujući transijentne prekomjerne napone na frekvenciji struje;

• Poboljšanje raspodjele napona duž dugih prijenosnih linija;

• Balansiranje reaktivne snage lokalno pod uvjetima slabe opterećenosti, sprečavajući nerazumne protoci reaktivne snage i smanjujući gubitke snage na linijama;

• Smanjenje stalnog napona na visokonaponskim busbarima kada veliki generatori sinkroniziraju se s mrežom, olakšavajući sinkronizaciju generatora;

• Sprečavanje samopojačnog rezonanca koji može nastati kada generatori povezuju se s dugim prijenosnim linijama;

• Kada je neutral reaktora zemljen putem malog reaktora, mali reaktor može kompenzirati međufaznu i faza-do-zemlju kapacitivnost, ubrzavajući samogashićenje ostataka struje i omogućujući automatsko ponovno zatvaranje jednog pola.

Reaktori su spojeni ili serijalno ili paralelno. Serijski reaktori obično se koriste za ograničavanje struje, dok se shunt reaktori uglavnom koriste za kompenzaciju reaktivne snage.

• Shunt reaktor: U ultra visokonaponskim dugim prijenosnim sustavima, oni su spojeni na tercijarno navojevanje transformatora kako bi kompenzirali kapacitivnu nabavnu struju prijenosnih linija, ograničili porast napona i prekomjerne napone pri prekidanju, i osigurali pouzdan rad sustava.

• Serijski reaktor: Instalirani su u kondenzatorskim krugovima i koriste se kada je banka kondenzatora pod napajanjem.