Kateri so vrste reaktorjev Ključne vloge v energetskih sistemih

Reaktor (Induktor): Definicija in vrste

Reaktor, tudi znan kot induktor, generira magnetno polje v okolju, ko tok teče skozi vodilo. Zato vsako vodilo, skozi katero teče tok, intrinzično ima induktivnost. Vendar je induktivnost ravne vodične žice majhna in ustvarja šibko magnetno polje. Praktični reaktorji so zgrajeni tako, da se vodilo ovije v solenoidno obliko, znano kot reaktor brez jedra. Za dodatno povečanje induktivnosti se v solenoid vstavi feromagnetno jedro, s čimer nastane reaktor z jeklenim jedrom.

1. Shunt reaktor
Prototip shunt reaktorja je bil uporabljen za preizkušanje generatorjev pod popolnim obremenitvijo. Železni shunt reaktorji generirajo nihanja magnetnih sil med razdeljenimi deli jedra, kar povzroča hrup, ki je tipično 10 dB višji od pretvorbnikov enake kapacitete. Shunt reaktorji nosijo izmenični tok (AC) in se uporabljajo za kompenzacijo sistemskih kapacitivnih reaktanc. Često so povezani v serijo s tiristorji, da omogočijo zvezno reguliranje reaktivnega toka.

2. Serijski reaktor
Serijski reaktorji nosijo izmenični tok in so povezani v serijo z močnimi kondenzatorji, da tvorijo serijski resonančni krug za stacionarne harmonike (npr. 5., 7., 11. in 13. harmonike). Tipični serijski reaktorji imajo vrednosti impedanc od 5–6% in so smatrani za visokoinduktivne tipe.

3. Nastavni reaktor
Nastavni reaktorji nosijo izmenični tok in so povezani v serijo s kondenzatorji, da ustvarijo serijski resonans na določeni harmonski frekvenci (n), s tem pa absorbirajo ta harmonski sestav. Običajni nastavni redi so n = 5, 7, 11, 13 in 19.

4. Izlazni reaktor
Izlazni reaktor omejuje kapacitivni nabirni tok v motorjih in omejuje hitrost rasti napetosti v motorjih do 540 V/μs. Običajno je potreben, ko preseže dolžina kabela med variabilnim frekvenčnim pogonom (VFD) (4–90 kW) in motorjem 50 metrov. Spremlja tudi izhodno napetost VFD (zmanjšuje strmo stran prepogojevanja), zmanjša motnje in obremenitve na komponentah inverterja, kot so IGBT-ji.

Uporabni opombe za izlazne reaktorje:
Za podaljšanje razdalje med VFD in motorom uporabite debeljše kable z izboljšano izolacijo, najbolje nezascitenega tipa.

Značilnosti izlaznih reaktorjev:

• Ustrezen za kompenzacijo reaktivne moči in zmanjševanje harmonik;

• Kompenzira distribuirano kapacitivnost v dolgih kabelih in zmanjša izhodne harmonične tokove;

• Učinkovito zaščiti VFD-je, izboljša faktor moči, blokira motnje na strani omrežja in zmanjša harmonično onesnaženost iz pravokotnikov v omrežje.

5. Vhodni reaktor
Vhodni reaktor omejuje padec napetosti na strani omrežja med komutacijo pretvorbnika, zmanjšuje harmonike in odvoji vzporedne skupine pretvorbnikov. Omejuje tudi hitre spremembe toka, ki jih povzročajo transiente napetosti v omrežju ali operacije prepogajevanja. Ko preseže razmerje kapacitete kratkoročne zmogljivosti omrežja do kapacitete VFD-ja 33:1, bi moral relativni padec napetosti vhodnega reaktorja biti 2% za enokvadrantno delovanje in 4% za četverokvadrantno delovanje. Reaktor lahko deluje, ko preseže kratkoročna napetost omrežja 6%. Za 12-pulsni pretvorbeni blok je potreben vhodni reaktor na strani omrežja z vsaj 2% padcem napetosti. Vhodni reaktorji so široko uporabljeni v industrijskih in tovarniških avtomatiziranih nadzornih sistemih. Nameščeni med električnim omrežjem in VFD-ji ali regulatorji hitrosti, zmanjšujejo udarne napetosti in tokove, ki jih generirajo ti napravi, zelo zmanjšajo višje redne in deformativne harmonike v sistemu.

Značilnosti vhodnih reaktorjev:

• Ustrezen za kompenzacijo reaktivne moči in filtriranje harmonik;

• Omejuje hitre spremembe toka, ki jih povzročajo transiente napetosti v omrežju in prepogajevanje previsokih napetosti; filtra harmonike, da zmanjša deformacijo valovne oblike napetosti;

• Zgladjuje udarne napetosti in notke komutacije pravokotnika v mostovnih vezjih.

6. Tok-omejevalni reaktor
Tok-omejevalni reaktorji se običajno uporabljajo v distribucijskih vezjih. So povezani v seriji s povratnimi linijami, ki se raztegajo iz iste busbar, da omejujejo kratkoročni tok in ohranjajo stabilnost napetosti na busu med napakami, da preprečijo prekomerno padanje napetosti.

7. Zganjevalni člen (Petersenov člen)
Široko uporabljeni v rezonančno zasidranih sistemih na 10kV–63kV, zganjevalni členi postajajo vse bolj suhih tipov lepljenca zaradi trenda k brezoljnemu transformatorju, zlasti za sisteme pod 35kV.

8. Tlačilni reaktor (često enakovreden serijskemu reaktorju)
Povezan v seriji s kondenzatorji ali kompaktnimi kondenzatorji, tlačilni reaktorji omejujejo hitre spremembe toka med vklopom kondenzatorjev – podobno funkciji tok-omejevalnih reaktorjev. Filtirni reaktor: Ko je povezan v seriji s filtirnimi kondenzatorji, tvorijo resonančni filtri, običajno uporabljeni za filtriranje 3. do 17. harmonike ali višjih rednih visokopropustnih filtrov. Pretvorbeni postaje HVDC, fazno kontrolirani statični VAR kompensatorji, veliki pravokotniki, elektrificirane železnice in močni tiristor-skladne elektronske vezje so vse viri harmoničnega toka, ki morajo biti filtrirani, da preprečijo vnosa harmonik v omrežje. Energetske države imajo specifične predpise glede nivojev harmonik v sistemih moči.

9. Zglajevalni reaktor (DC link reaktor)
Zglajevalni reaktorji se uporabljajo v DC vezjih po pravokotniki. Ker pravokotniki proizvajajo končno število pulsiranj, izhodni DC tok vsebuje ripple, ki je pogosto škodljiv in mora biti zmanjšan z glajevalnim reaktorjem. Pretvorbeni postaje HVDC so opremljene s glajevalnimi reaktorji, da bi izhodni DC bil čim bližje idealnemu. Glajevalni reaktorji so tudi ključni v tiristor-kontroliranih DC pogoni. V pravokotnih vezjih, zlasti srednje-frekvenčnih napajal, njihove glavne funkcije vključujejo:

• Omejevanje kratkoročnega toka (med komutacijo tiristorjev inverterja, hkratna prevodnost je enaka neposrednemu kratkoročnemu toku na izhodu mosta); brez reaktorja bi to povzročilo neposredno kratkoročno;

• Zmanjševanje vpliva srednje-frekvenčnih komponent na javno električno omrežje;

• Filtrirni učinek – pravokotni tok vsebuje AC komponente; visokofrekvenčni AC je oviran s strani velike induktivnosti – zagotavlja zvezno obliko izhodnega tokovnega vala. Nezvezni tok (z intervali brez toka) bi povzročil, da bi se most inverterja ustavil, kar bi povzročilo odprtost pri mostu pravokotnika;

• V vzporednih vezjih inverterja se reaktivna moč menjata na vhodu; zato so energijski skladi – reaktorji – ključni v vhodnem vezju.

Pomembne opombe

Reaktorji v električnih omrežjih se uporabljajo za absorpcijo kapacitivne reaktivne moči, ki jo generirajo kabelske linije. S prilagajanjem števila shunt reaktorjev se lahko regulira delovna napetost sistema. Ultra visoki napetosti (UHV) shunt reaktorji imajo več funkcij, povezanih z upravljanjem reaktivne moči v sistemih moči, vključno z:

• Zmanjševanje kapacitivnega učinka na lahkotno obremenjenih ali brezobremenjenih prenosnih linij, zmanjšanje prehodnih previsokih napetosti;

• Izboljšanje porazdelitve napetosti vzdolž dolgih prenosnih linij;

• Lokalno uravnavanje reaktivne moči pri lahkotnih obremenitvah, preprečevanje nerazumnega pretoka reaktivne moči in zmanjševanje izgub moči v linijah;

• Zmanjševanje stacionarnih previsokih napetosti na visokonapetostnih busbarjev, ko se veliki generatorji sinhronizirajo z omrežjem, olajšanje sinhronizacije generatorjev;

• Preprečevanje samozarja, ki se lahko pojavi, ko so generatorji povezani z dolgimi prenosnimi linijami;

• Ko je neutral reaktorja zasidran preko majhnega reaktorja, lahko majhen reaktor kompenzira medfazne in faza-do-zemlje kapacitance, pospešuje samoizumrtvanje ostankov toka in omogoča samodejno ponovno zapiranje ene faze.

Reaktorji so povezani buše v seriji ali v shunt. Serijski reaktorji so običajno uporabljeni za omejevanje toka, medtem ko so shunt reaktorji običajno uporabljeni za kompenzacijo reaktivne moči.

• Shunt reaktor: V ultra visokih napetostnih dolgih prenosnih sistemih so povezani na terciarno ovitev transformatorjev, da kompenzirajo kapacitivni nabirni tok prenosnih linij, omejujejo rast napetosti in prepogajevanje previsokih napetosti, ter zagotavljajo zanesljivo delovanje sistema.

• Serijski reaktor: Nameščeni v kondenzatorskih vezjih, se uporabljajo, ko je kondenzatorski blok napajan.