Koje su vrste reaktora Ključne uloge u sistemu snabdevanja električnom energijom

Reaktor (Induktor): Definicija i vrste

Reaktor, takođe poznat kao induktor, generiše magnetno polje u okružujućem prostoru kada struja teče kroz vodil. Stoga, svaki vodil koji prenosi struju ima inductivnost. Međutim, inductivnost pravog vodila je mala i proizvodi slabo magnetno polje. Praktični reaktori se konstruišu savijanjem vodila u oblik solenoida, poznat kao reaktor s vazdušnim jezgrom. Da bi se još povećala inductivnost, feromagnetna jezgra se ubacuje u solenoid, formirajući reaktor sa železnom jezgrom.

1. Shunt reaktor
Prototip shunt reaktora koristio se za testiranje generatora pod punom opterećenju. Železni shunt reaktori generišu alternativne magnetne sile između segmentovanih delova jezgre, što rezultira nivoima buke tipično 10 dB višim od transformatora ekvivalentne kapaciteta. Shunt reaktori prenose alterativnu struju (AC) i koriste se za kompenzaciju sistemskog kapacitivnog reaktivnog otpora. Često su povezani u seriju sa tiristorima kako bi omogućili kontinuiranu regulaciju reaktivne struje.

2. Serijski reaktor
Serijski reaktori prenose AC struju i povezuju se u seriju sa energetskim kondenzatorima kako bi formirali serijski rezonantni krug za stabilne harmonike (npr., 5., 7., 11. i 13. harmoniku). Tipični serijski reaktori imaju vrednosti impedancije od 5–6% i smatraju se visok-induktivnih tipova.

3. Tuning reaktor
Tuning reaktori prenose AC i povezuju se u seriju sa kondenzatorima kako bi stvorili serijsku rezonanciju na određenoj harmonikoj frekvenciji (n), čime apsorbiraju taj harmonijski sastav. Uobičajeni redovi tuninga su n = 5, 7, 11, 13 i 19.

4. Izlazni reaktor
Izlazni reaktor ograničava kapacitivnu nabavnu struju u motor kablama i ograničava brzinu porasta napona na motor bobinama na manje od 540 V/μs. Obično je potreban kada dužina kabla između promenljivog frekvencijskog upravljača (VFD) (4–90 kW) i motora premaši 50 metara. Takođe izgladjava izlazni napon VFD-a (smanjujući strmest strujnih prelaza), minimizirajući perturbacije i opterećenje na inverterske komponente poput IGBT-ova.

Napomene o primeni izlaznih reaktora:
Za proširenje rastojanja između VFD i motora, koristiti deblji kablovi sa poboljšanim izolacionim svojstvima, najbolje neekranirane vrste.

Osobine izlaznih reaktora:

• Pogodan za kompenzaciju reaktivne snage i mitigaciju harmonika;

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

• Efektivno štiti VFD-ove, poboljšava faktor snage, blokira interferencije sa strane mreže i smanjuje harmonijsku zagađenost od jedinica pravougaonog pretvarača ka mreži.

5. Ulazni reaktor
Ulazni reaktor ograničava pad napona na strani mreže tokom komutacije pretvarača, suppressuje harmonike i dekuple paralelne grupe pretvarača. Takođe ograničava talasove struje uzrokovane transijentima napona mreže ili operacijama preključivanja. Kada omjer kapaciteta kratkog spoja mreže i kapaciteta VFD premaši 33:1, relativni pad napona ulaznog reaktora treba da bude 2% za rad u jednoj kvadranti i 4% za rad u četiri kvadrante. Reaktor može da radi kada napon kratkog spoja mreže premaši 6%. Za 12-talasnog pravougaonog pretvarača, potreban je ulazni reaktor sa padom napona barem 2%. Ulazni reaktori su široko korišćeni u industrijskim i fabričnim automatizovanim kontrolnim sistemima. Instalirani između mreže snabdevanja i VFD-ova ili uređaja za regulaciju brzine, oni suppressuju talasove napona i struje generisane tim uređajima, znatno atenujući višeg-redne i iskrivljene harmonike u sistemu.

Osobine ulaznih reaktora:

• Pogodan za kompenzaciju reaktivne snage i filtriranje harmonika;

• Ograničava talasove struje uzrokovane transijentima napona mreže i preključivačkim previsokim naponima; filtrira harmonike kako bi smanjio iskrivljenost valne forme napona;

• Izgladjava talasove napona i notcheve komutacije pravougaonog pretvarača u mostovim krugovima.

6. Reaktor za ograničavanje struje
Reaktori za ograničavanje struje se tipično koriste u distribucijskim krugovima. Povezuju se u seriju sa odvojkama koje se granaju sa istog busbara kako bi ograničili struju kratkog spoja i održali stabilnost napona busbara tokom grešaka, sprečavajući prekomjerne padove napona.

7. Zavojnica za potiskivanje luka (Petersenova zavojnica)
Široko se koriste u rezonantno zemljenim sistemima od 10kV do 63kV, zavojnice za potiskivanje luka sve više su dizajnirane kao suhe, lisane resinske, zbog trenda ka bez-mašnim postajama, posebno za sisteme ispod 35kV.

8. Dampirajući reaktor (često sinonim za serijski reaktor)
Povezan u seriju sa bankama kondenzatora ili kompaktnim kondenzatorima, dampirajući reaktor ograničava talasove struje tokom preključivanja kondenzatora—slično funkciji reaktora za ograničavanje struje. Filtirski reaktor: Kada je povezan u seriju sa filtirskim kondenzatorima, formiraju rezonantne filtirski krugove, tipično korišćene za filtriranje 3. do 17. harmonike ili višeg-rednog visokopropusnog filtriranja. HVDC pretvaračke stanice, fazno-kontrolisani statički varijabilni kompenzatori, veliki pravougaoni pretvarači, elektrificirane željeznice i visokosnopni tiristor bazirani elektronski krugovi su svi izvori harmonijske struje koji moraju biti filtrirani kako bi se sprečilo ubacivanje harmonika u mrežu. Elektroprivrede imaju specifične regulative vezane za nivo harmonika u sistemima snabdevanja strujom.

9. Izgladjivački reaktor (DC link reaktor)
Izgladjivački reaktori se koriste u DC krugovima nakon pravougaonog pretvaranja. Budući da pravougaoni pretvarači proizvode konačan broj impulsa, izlazni DC napon sadrži ripple, koji je često štetan i mora biti suppressovan izgladjivačkim reaktorom. HVDC pretvaračke stanice su opremljene izgladjivačkim reaktorima kako bi izlazni DC bio što bliži idealnom. Izgladjivački reaktori su takođe ključni u tiristor kontrolisanim DC pogonima. U pravougaonim pretvaračima, posebno u srednje-frekventnim napajanjima, njihove glavne funkcije uključuju:

• Ograničavanje struje kratkog spoja (tokom komutacije inverzora, istovremena provodljivost je ekvivalentna direktnom kratkom spoju na izlazu pravougaonog mosta); bez reaktora, to bi dovelo do direktnog kratkog spoja;

• Supressovanje uticaja srednjefrekventnih komponenata na mrežu javne snabdevačke struje;

• Filtrirajući efekat—pravougaona struja sadrži AC komponente; visokofrekventna AC je sprječavana velikom inductivnošću—osiguravajući neprekidnu valnu formu izlazne struje. Diskontinuirana struja (sa intervalima nula struje) bi dovela do zaustavljanja inverzora, rezultirajući otvorenom krugom na izlazu pravougaonog mosta;

• U paralelnim inverzorskim krugovima, reaktivna snaga se razmenjuje na ulazu; stoga, elementi za skladištenje energije—reaktori—su ključni u ulaznom krugu.

Važne napomene

Reaktori u mrežama snabdevanja strujom koriste se za absorbiranje reaktivne snage generisane od strane kabelskih linija. Regulacija operativnog napona sistema može se ostvariti prilagođavanjem broja shunt reaktora. Ultra-visokonaponski (UHV) shunt reaktori imaju više funkcija vezanih za upravljanje reaktivnom snagom u sistemima snabdevanja strujom, uključujući:

• Mitigiranje kapacitivnog efekta na slabooteretene ili neoteretene prijenosne linije, smanjujući transijentne previsoke napone na frekvenciji struje;

• Unapređivanje raspodele napona duž dugih prijenosnih linija;

• Balansiranje reaktivne snage lokalno pod uslovima slabog opterećenja, sprečavanje nerazumne reaktivne struje i smanjenje gubitaka struje na linijama;

• Smanjenje stalnog napona frekvencije struje na visokonaponskim busbarima kada se veliki generatori sinkronizuju sa mrežom, olakšavajući sinkronizaciju generatora;

• Sprečavanje samoelektrifikacije rezonancije koja može nastati kada se generatori povezuju sa dugim prijenosnim linijama;

• Kada je neutral reaktora zemljen putem malog reaktora, mali reaktor može kompenzirati interfaznu i faza-do-zemlju kapacitivnost, ubrzavajući samogasiće ostatka struje i omogućavajući automatsko ponovno preključivanje jednog pola.

Reaktori su povezani ili u seriju ili u paralelu. Serijski reaktori se tipično koriste za ograničavanje struje, dok se shunt reaktori često koriste za kompenzaciju reaktivne snage.

• Shunt reaktor: U ultra-visokonaponskim sistemima dugog prijenosa, oni su povezani na tercijarno navijanje transformatora kako bi kompenzirali kapacitivnu nabavnu struju prijenosnih linija, ograničili porast napona i preključivačke previsoke napone, i osigurali pouzdan rad sistema.

• Serijski reaktor: Instaliran u kondenzatorskim krugovima, koristi se kada je banka kondenzatora podnapajana.