Какие существуют типы реакторов Ключевые роли в энергетических системах

Реактор (индуктивность): определение и типы

Реактор, также известный как индуктивность, создает магнитное поле в окружающем пространстве, когда через проводник проходит ток. Следовательно, любой проводник, по которому протекает ток, обладает индуктивностью. Однако индуктивность прямого проводника мала и создает слабое магнитное поле. Практические реакторы изготавливаются путем намотки проводника в виде соленоида, известного как воздушный реактор. Для дальнейшего увеличения индуктивности в соленоид вставляется ферромагнитный сердечник, образуя железный реактор.

1. Шунтирующий реактор
Прототип шунтирующих реакторов использовался для испытаний генераторов на полную нагрузку. Железные шунтирующие реакторы генерируют переменные магнитные силы между сегментированными частями сердечника, что приводит к уровню шума, обычно на 10 дБ выше, чем у трансформаторов аналогичной мощности. Шунтирующие реакторы пропускают переменный ток (AC) и используются для компенсации емкостной реактивной мощности системы. Они часто подключаются последовательно с тиристорами для обеспечения непрерывного регулирования реактивного тока.

2. Последовательный реактор
Последовательные реакторы пропускают переменный ток и подключаются последовательно с конденсаторами питания для создания резонансного цепи для стационарных гармоник (например, 5-й, 7-й, 11-й, 13-й гармоники). Типичные последовательные реакторы имеют значения импеданса 5–6% и считаются высокой индуктивности.

3. Настройка реактора
Настроечные реакторы пропускают переменный ток и подключаются последовательно с конденсаторами для создания резонанса на заданной гармонической частоте (n), тем самым поглощая эту гармоническую составляющую. Общие порядки настройки: n = 5, 7, 11, 13 и 19.

4. Выходной реактор
Выходной реактор ограничивает емкостной зарядный ток в кабелях двигателя и ограничивает скорость возрастания напряжения на обмотках двигателя до 540 В/мкс. Он обычно требуется, когда длина кабеля между преобразователем частоты (VFD) (4–90 кВт) и двигателем превышает 50 метров. Он также сглаживает выходное напряжение VFD (уменьшая крутизну переключения), минимизируя помехи и нагрузку на компоненты инвертора, такие как IGBT.

Примечания по применению выходных реакторов:
Для увеличения расстояния между VFD и двигателем используйте более толстые кабели с улучшенной изоляцией, предпочтительно неэкранированные типы.

Характеристики выходных реакторов:

• Подходит для компенсации реактивной мощности и сглаживания гармоник;

• Компенсирует распределенную емкость в длинных кабелях и подавляет выходные гармонические токи;

• Эффективно защищает VFD, улучшает коэффициент мощности, блокирует сетевые помехи и снижает гармоническое загрязнение от выпрямительных устройств в сеть.

5. Входной реактор
Входной реактор ограничивает падение напряжения на стороне сети при коммутации преобразователя, подавляет гармоники и развязывает параллельные группы преобразователей. Он также ограничивает скачки тока, вызванные переходными процессами или операциями переключения напряжения сети. Когда отношение короткозамкнутой мощности сети к мощности VFD превышает 33:1, относительное падение напряжения входного реактора должно быть 2% для однофазовой работы и 4% для четырехфазовой работы. Реактор может работать, когда короткозамкнутое напряжение сети превышает 6%. Для 12-импульсного выпрямителя требуется линейный входной реактор с падением напряжения не менее 2%. Входные реакторы широко используются в системах промышленной и заводской автоматизации. Установленные между электросетью и VFD или регуляторами скорости, они подавляют скачки напряжения и тока, создаваемые этими устройствами, значительно ослабляя высшие гармоники и искаженные гармоники в системе.

Характеристики входных реакторов:

• Подходит для компенсации реактивной мощности и фильтрации гармоник;

• Ограничивает скачки тока, вызванные переходными процессами напряжения сети и переключениями, фильтрует гармоники, чтобы уменьшить искажение формы напряжения;

• Сглаживает скачки напряжения и нотчи коммутации выпрямителя в мостовых схемах.

6. Ограничительный реактор
Ограничительные реакторы обычно используются в распределительных цепях. Они подключены последовательно с линиями питания, исходящими от одной и той же шины, чтобы ограничить ток короткого замыкания и поддерживать стабильность напряжения на шине во время аварий, предотвращая чрезмерное падение напряжения.

7. Гасящая катушка (Петерсенова катушка)
Широко используется в резонансно заземленных системах на 10 кВ–63 кВ. Гасящие катушки все чаще изготавливаются из сухих заливочных смол, благодаря тенденции к безмасляным подстанциям, особенно для систем ниже 35 кВ.

8. Демпфирующий реактор (часто синоним последовательного реактора)
Подключенный последовательно с конденсаторными банками или компактными конденсаторами, демпфирующий реактор ограничивает бросок тока при включении конденсаторов — функционально похож на ограничительный реактор. Фильтрующий реактор: при подключении последовательно с фильтрующими конденсаторами они образуют резонансные фильтрующие цепи, обычно используемые для фильтрации 3-й до 17-й гармоник или высших гармоник высокочастотного фильтра. Конверторные станции постоянного тока, фазово-регулируемые статические компенсаторы реактивной мощности, большие выпрямители, электрифицированные железные дороги и мощные тиристорные электронные схемы являются источниками гармонических токов, которые необходимо фильтровать, чтобы предотвратить их попадание в сеть. Энергетические компании имеют специальные требования к уровням гармоник в энергосистемах.

9. Сглаживающий реактор (реактор постоянного тока)
Сглаживающие реакторы используются в цепях постоянного тока после выпрямления. Поскольку выпрямительные цепи производят конечное число импульсов, выходное постоянное напряжение содержит рябь, которая часто вредна и должна быть подавлена с помощью сглаживающего реактора. Конверторные станции постоянного тока оснащены сглаживающими реакторами, чтобы сделать выходное постоянное напряжение максимально приближенным к идеальному. Сглаживающие реакторы также необходимы в тиристорных управляемых приводах постоянного тока. В выпрямительных цепях, особенно в среднечастотных источниках питания, их основные функции включают:

• Ограничение тока короткого замыкания (во время коммутации тиристора инвертора, одновременная проводимость эквивалентна прямому короткому замыканию на выходе мостового выпрямителя); без реактора это вызвало бы прямое короткое замыкание;

• Подавление влияния среднечастотных составляющих на сеть электропитания;

• Фильтрующее действие — выпрямленный ток содержит переменные составляющие; высокочастотный переменный ток затрудняется большой индуктивностью — обеспечивая непрерывность формы выходного тока. Непрерывный ток (с интервалами нулевого тока) вызвал бы остановку мостового инвертора, что привело бы к открытому состоянию на выходе мостового выпрямителя;

• В параллельных инверторных цепях происходит обмен реактивной мощностью на входе; поэтому элементы хранения энергии — реакторы — необходимы в входной цепи.

Важные примечания

Реакторы в электросетях используются для поглощения емкостной реактивной мощности, генерируемой кабельными линиями. Регулирование числа шунтирующих реакторов позволяет управлять рабочим напряжением системы. Ультравысоковольтные (UHV) шунтирующие реакторы выполняют множество функций, связанных с управлением реактивной мощностью в энергосистемах, включая:

• Уменьшение емкостного эффекта на слабо нагруженных или безнагрузочных линиях передачи, снижение переходных перенапряжений промышленной частоты;

• Улучшение распределения напряжения вдоль длинных линий передачи;

• Локальное выравнивание реактивной мощности при слабой нагрузке, предотвращение нерационального потока реактивной мощности и снижение потерь мощности в линиях;

• Уменьшение стационарного напряжения промышленной частоты на высоковольтных шинах при синхронизации больших генераторов с сетью, облегчение синхронизации генераторов;

• Предотвращение самовозбуждения резонанса, которое может возникнуть при подключении генераторов к длинным линиям передачи;

• При заземлении нейтрали реактора через малый реактор, малый реактор может компенсировать межфазную и фазно-земляную емкость, ускоряя самоустранение остаточных токов и позволяя автоматическое повторное включение одного полюса.

Реакторы подключаются либо последовательно, либо параллельно. Последовательные реакторы обычно используются для ограничения тока, а шунтирующие реакторы — для компенсации реактивной мощности.

• Шунтирующий реактор: в ультравысоковольтных системах дальнего действия они подключаются к третичной обмотке трансформаторов для компенсации емкостного зарядного тока линий передачи, ограничения повышения напряжения и перенапряжений при переключении, обеспечивая надежную работу системы.

• Последовательный реактор: устанавливается в цепях конденсаторов, используется при включении конденсаторной банки.