Vilka är typerna av reaktorer? Nyckelroller i elkraftsystem

Reaktor (Induktor): Definition och typer

En reaktor, även känd som en induktor, genererar ett magnetfält i omgivande utrymme när ström flödar genom en ledare. Därför har alla strömförande ledare inbyggd induktans. Men induktansen hos en rak ledare är liten och producerar ett svagt magnetfält. Praktiska reaktorer konstrueras genom att vika ledaren till en solenoideform, känd som en luftkärnig reaktor. För att ytterligare öka induktansen infogas en ferromagnetisk kärna i solenoiden, vilket bildar en järnkärnig reaktor.

1. Parallellreaktor
Prototypen för parallellreaktorer användes för fullbelastningsprov på generatorer. Järnkärniga parallellreaktorer genererar alternerande magnetiska krafter mellan segmenterade kärnsektioner, vilket resulterar i ljudnivåer vanligtvis 10 dB högre än transformer med motsvarande kapacitet. Parallellreaktorer bär alternerande ström (AC) och används för att kompensera systemets kapacitiva reaktans. De är ofta anslutna i serie med thyristorer för att möjliggöra kontinuerlig reglering av reaktiv ström.

2. Seriereaktor
Seriereaktorer bär AC-ström och är anslutna i serie med energikondensatorer för att forma en serieresonanskrets för statiska harmoniska (t.ex. 5:e, 7:e, 11:e, 13:e harmoniska). Typiska seriereaktorer har impedansvärden på 5–6% och anses vara höginduktansstyper.

3. Justeringsreaktor
Justeringsreaktorer bär AC och är anslutna i serie med kondensatorer för att skapa serieresonans vid en angiven harmonisk frekvens (n), vilket absorberar den harmoniska komponenten. Vanliga justeringsordningar är n = 5, 7, 11, 13, och 19.

4. Utgångsreaktor
En utgångsreaktor begränsar de kapacitiva laddningsströmmarna i motorledningar och begränsar spänningshöjningstakten över motorns vindningar till inom 540 V/μs. Den är normalt nödvändig när kabellängden mellan en variabelfrekvensdriv (VFD) (4–90 kW) och motorn överstiger 50 meter. Den glättar också VFD-utgångsspänningen (minskar växlingskantstumpen), minimerar störningar och belastning på inverterkomponenter såsom IGBT:er.

Användningsanteckningar för utgångsreaktorer:
För att förlänga avståndet mellan VFD och motor, använd tjockare kablar med förbättrad isolering, helst oskyddade typer.

Egenskaper hos utgångsreaktorer:

• Lämplig för reaktiv effektkompensation och harmonisk reduktion;

• Kompenserar distribuerad kapacitans i långa kablar och undertrycker utgångsharmoniska strömmar;

• Skyddar effektivt VFD:er, förbättrar effektfaktorn, blockerar nätstörningar från nätet och minskar harmonisk förorening från rektifieringsenheter till nätet.

5. Inmatningsreaktor
Inmatningsreaktorn begränsar spänningsfall på nätets sida under konverteringsväxling, undertrycker harmoniska och decouplar parallella konverteringsgrupper. Den begränsar också strömflöden orsakade av nätspänningstransienter eller växlingsoperationer. När nätets kortslutningskapacitet till VFD-kapacitetförhållandet överstiger 33:1 bör den relativa spänningsfallet för inmatningsreaktorn vara 2% för enkvadrantsdrift och 4% för fyra-kvadrantsdrift. Reaktorn kan fungera när nätets kortslutningsspänning överstiger 6%. För en 12-pulsrektifieringsenhet krävs en linjesidig inmatningsreaktor med minst 2% spänningsfall. Inmatningsreaktorer används vidt och bredt i industriella och fabriksautomatiseringskontrollsystem. Installerade mellan elnätet och VFD:er eller hastighetsregulatorer, undertrycka de spänningssurror och strömsurrar som genereras av dessa enheter, vilket betydligt dämpar högre ordningens och distorationsharmoniska i systemet.

Egenskaper hos inmatningsreaktorer:

• Lämplig för reaktiv effektkompensation och harmonisk filtrering;

• Begränsar strömflöden orsakade av nätspänningstransienter och växlingsöverspänningar; filtrerar harmoniska för att minska spänningsvågformsförvrängning;

• Glättar spänningstoppar och rektifieringsnotcher i brokretsar.

6. Strömbegränsande reaktor
Strömbegränsande reaktorer används normalt i distributionskretsar. De är anslutna i serie med matningslinjer som grenar ut från samma busbar för att begränsa kortslutningsström och bibehålla bussspänningens stabilitet vid fel, förhindrar onödigt stora spänningsfall.

7. Båglämningsbobin (Petersen-bobin)
Bred användning i resonanta grundade system på 10kV–63kV, båglämningsbobiner blir alltmer av torr typ med gottat hartsdesign p.g.a. trenden mot oljefria ombordställen, särskilt för system under 35kV.

8. Dempningreaktor (ofta synonym med serielle reaktor)
Ansluten i serie med kondensatorbanker eller kompakta kondensatorer, dempningreaktorer begränsar inruschström under kondensatorväxling—liknande funktion som strömbegränsande reaktorer. Filterreaktor: När ansluten i serie med filterkondensatorer, bildar de resonansfilterkretsar, vanligtvis används för 3:e till 17:e harmonisk filtrering eller högre ordningens högpassefiltrering. HVDC-konverterstationer, fasstyrd statisk varkompensatorer, stora rektifierare, elektrifierade järnvägar, och högeffektiga thyristorbaserade elektroniska kretsar är alla harmoniska ström källor som måste filtreras för att förhindra harmonisk injicering i nätet. Elnätbolag har specifika bestämmelser angående harmoniska nivåer i elkraftsystem.

9. Glättningreaktor (DC-länkreaktor)
Glättningreaktorer används i DC-kretsar efter rektifiering. Eftersom rektifieringskretsar producerar en ändlig mängd pulser innehåller utgångs-DC-spänningen ripple, vilket ofta är skadligt och måste undertryckas av en glättningreaktor. HVDC-konverterstationer är utrustade med glättningreaktorer för att göra utgångs-DC så nära ideal som möjligt. Glättningreaktorer är också nödvändiga i thyristorstyrda DC-driv. I rektifieringskretsar, särskilt mellanfrekvens elförsörjningar, deras huvudsakliga funktioner inkluderar:

• Begränsa kortslutningsström (under inverterthyristors växling, samtidig konduktion är ekvivalent med en direkt kortslutning vid rektifieringsbroens utgång); utan en reaktor skulle detta orsaka en direkt kortslutning;

• Undertrycka påverkan av mellanfrekvenskomponenter på nätet;

• Filtreringsverkan—rektifierade strömmar innehåller AC-komponenter; högfrekvens AC hindras av den stora induktansen—säkerställer en kontinuerlig utgångsströmvågform. Okontinuerlig ström (med nollströmsintervall) skulle orsaka att inverterbroen stoppar, vilket resulterar i en öppen krets vid rektifieringsbroen;

• I parallella inverterkretsar bytas reaktiv effekt vid inmatningen; därför är energilagringsenheter—reaktorer—nödvändiga i inmatningskretsen.

Viktiga anteckningar

Reaktorer i elnät används för att absorbera kapacitiv reaktiv effekt genererad av kabellinjer. Genom att justera antalet parallellreaktorer kan systemets driftspänning regleras. UH-grundade parallellreaktorer har flera funktioner relaterade till reaktiv effektshantering i elkraftsystem, inklusive:

• Minska kapacitiv effekt på lättbelastade eller obelastade överföringslinjer, minskar nätfrekvensövertransientöverspänningar;

• Förbättra spänningsfördelning längs långa överföringslinjer;

• Balansera reaktiv effekt lokalt under lättbelastade förhållanden, förhindrar orimlig reaktiv effektflöde och minskar linjeeffektavbrott;

• Minskar statisk nätfrekvensspänning på högspänningsbusbarer när stora generatorer synkroniseras till nätet, underlättar generatorsynkronisering;

• Förhindrar självexciterande resonans som kan uppstå när generatorer är anslutna till långa överföringslinjer;

• När reaktorns neutral är jordad via en liten reaktor kan den lilla reaktorn kompensera mellanfas- och fas-till-jordkapacitans, accelererar självtilltagande av restströmmar och möjliggör enpolig automatisk återställning.

Reaktorer är anslutna antingen i serie eller parallellt. Seriereaktorer används normalt för strömbegränsning, medan parallellreaktorer vanligtvis används för reaktiv effektkompensation.

• Parallellreaktor: I UH-långdistansöverföringssystem är de anslutna till tertiär vindning av transformer för att kompensera kapacitiv laddningsström av överföringslinjer, begränsa spänningshöjning och växlingsöverspänningar, och säkerställa tillförlitlig systemdrift.

• Seriereaktor: Installerad i kondensatorkretsar, används de när kondensatorbanken är aktiverad.