リアクタの種類とは何ですか 力系における主要な役割

リアクタ（インダクタ）：定義と種類

リアクタ、またはインダクタとも呼ばれる装置は、導体に電流が流れると周囲の空間に磁界を生成します。したがって、電流を通すすべての導体は本質的にインダクタンスを持っています。しかし、直線状の導体のインダクタンスは小さく、弱い磁界しか生成しません。実用的なリアクタは、導体をソレノイド形状に巻いて作られ、これをエアコアリアクタと呼びます。さらにインダクタンスを増加させるためには、ソレノイド内に強磁性コアを入れて鉄心リアクタを作ります。

1. シャントリアクタ
シャントリアクタの原型は発電機の満載試験に使用されました。鉄心シャントリアクタは分割されたコアセクション間に交流磁力が生成され、これにより同等容量のトランスフォーマーよりも約10dB高いノイズレベルになります。シャントリアクタは交流（AC）を通過させ、システムのキャパシティブリアクタンスを補償するために使用されます。これらは通常、チリステアと共に直列に接続されてリアクティブ電流の連続的な調整を可能にします。

2. シリーズリアクタ
シリーズリアクタは交流電流を通過させ、パワーコンデンサと直列に接続して定常高調波（例えば5次、7次、11次、13次高調波）のための共振回路を形成します。典型的なシリーズリアクタのインピーダンス値は5-6%で、高インダクタンスタイプとされています。

3. チューニングリアクタ
チューニングリアクタは交流を通過させ、コンデンサと直列に接続して指定された高調波周波数(n)での直列共振を生成し、その高調波成分を吸収します。一般的なチューニングオーダーはn = 5, 7, 11, 13, および19です。

4. 出力リアクタ
出力リアクタはモータケーブル内のキャパシティブ充電電流を制限し、モータ巻線間の電圧上昇率を540 V/μs以内に抑えます。これは、可変周波数駆動装置(VFD) (4-90 kW)とモータ間のケーブル長が50メートルを超える場合に必要となります。また、VFD出力電圧のスイッチングエッジの急峻さを減らし、インバータ部品（IGBTなど）への干渉やストレスを最小限に抑える効果もあります。

出力リアクタの適用上の注意点：
VFDとモータ間の距離を延ばす場合は、絶縁性の高い太いケーブルを使用し、できれば非シールドタイプが望ましいです。

出力リアクタの特徴：

• 無功補償と高調波軽減に適しています;

• 長いケーブルの分散キャパシタンスを補償し、出力高調波電流を抑制します;

• VFDを効果的に保護し、力率を改善し、グリッド側の干渉をブロックし、整流器ユニットからグリッドへの高調波汚染を減少させます。

5. 入力リアクタ
入力リアクタは、コンバータの換流時にグリッド側の電圧降下を制限し、高調波を抑制し、並列接続されたコンバータグループをデカップリングします。また、グリッド電圧の一時的な変化やスイッチング操作による電流スパイクも制限します。グリッド短絡容量とVFD容量の比が33:1を超える場合、単象限動作では入力リアクタの相対電圧降下は2%、四象限動作では4%が必要です。リアクタは、グリッド短絡電圧が6%を超える場合にも動作します。12パルス整流ユニットでは、ラインサイドの入力リアクタに少なくとも2%の電圧降下が必要です。入力リアクタは工業および工場自動制御システムで広く使用されています。電力網とVFDまたは速度制御器の間に設置され、これらの装置によって生成される突入電圧と電流を抑制し、システム内の高次および歪んだ高調波を大幅に減衰させます。

入力リアクタの特徴：

• 無功補償と高調波フィルタリングに適しています;

• グリッド電圧の一時的な変化やスイッチング過電圧による電流スパイクを制限し、高調波をフィルタリングして電圧波形の歪みを減らします;

• 橋回路における電圧スパイクと整流器の換流ノッチを平滑化します。

6. 電流制限リアクタ
電流制限リアクタは通常、配電回路で使用されます。同じバスバーから分岐する給電線に直列に接続され、短絡電流を制限し、障害時のバス電圧の安定性を維持し、過度の電圧降下を防ぎます。

7. アーク消去コイル（ペテルセンコイル）
10kV-63kVの共鳴接地システムで広く使用されています。オイルフリーの変電所への傾向により、特に35kV以下のシステムでは乾式樹脂製の設計が多く採用されています。

8. 減衰リアクタ（しばしばシリーズリアクタと同義）
コンデンサバンクまたはコンパクトコンデンサと直列に接続され、コンデンサのスイッチング時のインラッシュ電流を制限します—電流制限リアクタと同様の機能があります。フィルタリアクタ：フィルタコンデンサと直列に接続すると、通常3次から17次までの高調波フィルタリングまたは高次高域フィルタリングに使用される共振フィルタ回路を形成します。HVDC変換所、位相制御静止VAR補償器、大容量整流器、電気鉄道、高電力シリコン制御整流器電子回路などは、グリッドへの高調波注入を防ぐためにフィルタリングが必要な高調波電流源です。電力会社は、電力システムの高調波レベルについて特定の規制を設けています。

9. 平滑リアクタ（DCリンクリアクタ）
平滑リアクタは、整流後の直流回路で使用されます。整流回路は有限のパルス数を生成するため、出力直流電圧にはリップルが含まれ、これが有害であるため平滑リアクタによって抑制されます。HVDC変換所には平滑リアクタが装備され、出力直流を可能な限り理想的なものに近づけます。平滑リアクタは、スロッシスト制御直流駆動でも不可欠です。整流回路、特に中周波電源において、主な機能は以下の通りです：

• ショートサーキット電流を制限（インバータスロッシストの換流時に同時導通は整流ブリッジ出力での直接ショートサーキットと等価であり、リアクタがなければ直接ショートサーキットが発生します）；

• 中周波成分の影響を公共電力網に及ぼすことを抑制します；

• フィルタ効果—整流電流には交流成分が含まれており、高周波交流は大きなインダクタンスによって阻害され、連続的な出力電流波形を確保します。不連続な電流（ゼロ電流間隔がある）は、インバータブリッジを停止させ、整流ブリッジでの開回路状態を引き起こします；

• 並列インバータ回路では、入力で無功電力を交換するため、入力回路にエネルギー貯蔵要素—リアクタ—が必要です。

重要な注意点

電力網のリアクタは、ケーブル線路によって生成されるキャパシティブ無功電力を吸収するために使用されます。シャントリアクタの数を調整することで、システムの運転電圧を制御することができます。超高圧(UHV)シャントリアクタは、電力システムの無功管理に関連する複数の機能を果たします：

• 軽負荷または無負荷送電線路でのキャパシティブ効果を軽減し、商用周波数一時過電圧を減少させます；

• 長い送電線路沿いの電圧分布を改善します；

• 軽負荷条件での局所的な無功電力のバランスを取ることで、不合理な無功電力の流れを防止し、線路損失を減少させます；

• 大型発電機がグリッドに同期する際の高電圧バスバーの商用周波数定常電圧を減少させ、発電機の同期を容易にします；

• 発電機が長い送電線路に接続された際に発生する自己励起共振を防ぎます；

• リアクタの中性点が小さなリアクタを介して接地されている場合、小さなリアクタは相間および相対地キャパシタンスを補償し、残存電流の自滅を加速し、単極自動再閉鎖を可能にします。

リアクタは直列または並列に接続されます。直列リアクタは通常、電流制限に使用され、シャントリアクタは無功補償に広く使用されます。

• シャントリアクタ：超高圧長距離送電システムでは、トランスフォーマーの三次巻線に接続され、送電線路のキャパシティブ充電電流を補償し、電圧上昇とスイッチング過電圧を制限し、システムの信頼性を確保します。

• シリーズリアクタ：コンデンサ回路に設置され、コンデンサバンクが充電されるときに使用されます。