Reaktör Türleri Nelerdir? Güç Sistemlerindeki Ana Roller
Reaktör (Endüktör): Tanım ve Türleri
Bir reaktör, ayrıca endüktör olarak da bilinir, bir iletken boyunca akım geçtiğinde etrafındaki alanda manyetik bir alan oluşturur. Bu nedenle, herhangi bir akım taşıyan iletken doğal olarak indüktans içerir. Ancak, düz bir iletkenin indüktansı küçüktür ve zayıf bir manyetik alan üretir. Pratik reaktörler, iletkenin solenoid şeklinde sarılmasıyla oluşturulur, bu tür reaktörlere hava çekirdekli reaktör denir. İndüktansı daha da artırmak için solenoidin içine ferromanyetik bir çekirdek yerleştirilir, böylece demir çekirdekli reaktör oluşur.
1. Paralel Reaktör
Paralel reaktörlerin prototipi, jeneratörlerin tam yük testi için kullanılmıştır. Demir çekirdekli paralel reaktörler, bölünmüş çekirdek bölümleri arasında alternatif manyetik kuvvetler oluşturarak, genellikle eşit kapasiteli transformatörlere göre 10 dB daha yüksek gürültü seviyeleri üretir. Paralel reaktörler, alternatif akım (AC) taşır ve sistem kapasitif reaktansını telafi etmek için kullanılır. Genellikle sürekli reaktif akımın düzenlenmesini sağlayacak şekilde tiristörlerle seri bağlanırlar.
2. Seri Reaktör
Seri reaktörler, alternatif akım (AC) taşır ve güç kondansatörleriyle seri bağlı olarak sabit harmonikler (örneğin, 5., 7., 11., 13. harmonikler) için bir seri rezonans devresi oluştururlar. Tipik seri reaktörlerin impedans değerleri %5-6 arasındadır ve yüksek indüktanslı tipler olarak kabul edilirler.
3. Ayrık Reaktör
Ayrık reaktörler, alternatif akım taşır ve belirli bir harmonik frekans (n) için seri rezonans oluşturmak üzere kondansatörlerle seri bağlıdır, bu sayede o harmonik bileşeni emerler. Yaygın ayrık mertebeler n = 5, 7, 11, 13 ve 19'dur.
4. Çıkış Reaktörü
Bir çıkış reaktörü, motor kablolarındaki kapasitif şarj akımını sınırlar ve motör sarımlarındaki voltaj yükseliş hızını 540 V/μs içinde tutar. Genellikle, değişken frekanslı sürücü (VFD) (4–90 kW) ile motor arasındaki kablo uzunluğu 50 metreyi aşarsa gereklidir. Ayrıca, VFD çıkış voltajını yumuşatır (anahtarlama kenarının dikliğini azaltır), inverter bileşenlerine (IGBT'ler gibi) bozucu etkiyi ve stresi en aza indirir.
Çıkış Reaktörleri İçin Uygulama Notları:
VFD ile motor arasındaki mesafeyi uzatmak için, izolasyonunu artırılmış kalın kablolar kullanın, mümkünse ekranlı olmayan tipler tercih edilmelidir.
Çıkış Reaktörlerinin Özellikleri:
Reaktif güç telafisi ve harmonik azaltma için uygun;
Uzun kabloların dağıtılmış kapasitansını telafi eder ve çıkış harmonik akımlarını bastırır;
VFD'leri etkili bir şekilde korur, güç faktörünü iyileştirir, şebekeye müdahaleyi önler ve dikdörtgen birimlerden şebekeye geçen harmonik kirliliği azaltır.
5. Giriş Reaktörü
Giriş reaktörü, dönüştürücü komütasyonu sırasında şebeke tarafında gerilim düşüşünü sınırlar, harmonikleri bastırır ve paralel dönüştürücü gruplarını ayırır. Ayrıca, şebeke gerilim anlık değişimleri veya anahtarlama işlemlerinden kaynaklanan akım ani sıçramalarını sınırlar. Şebeke kısa devre kapasitesi ile VFD kapasitesi oranı 33:1'i aşarsa, giriş reaktörünün göreceli gerilim düşüşü tek kuadrant işlemi için %2, dört kuadrant işlemi için %4 olmalıdır. Reaktör, şebeke kısa devre geriliminin %6'yı aşması durumunda çalışabilir. 12-puls rectifier ünitesi için, en az %2 gerilim düşüşü olan bir hat yanındaki giriş reaktörü gerekir. Giriş reaktörleri, sanayi ve fabrika otomasyon kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Güç şebekesi ile VFD'ler veya hız düzenleyiciler arasında monte edilir, bu cihazlar tarafından üretilen ani gerilim ve akımları baskılar, sistemindeki yüksek mertebeden ve bozuk harmonikleri önemli ölçüde azaltır.
Giriş Reaktörlerinin Özellikleri:
Reaktif güç telafisi ve harmonik filtrelemeye uygun;
Şebeke gerilim anlık değişimlerinden ve anahtarlamalı aşırı gerilimlerden kaynaklanan akım ani sıçramalarını sınırlar; harmonikleri filtreleyerek gerilim dalga şekli bozulmasını azaltır;
Köprü devrelerindeki gerilim tepe noktalarını ve redüktör komütasyon notlarını yumuşatır.
6. Akım Sınırlama Reaktörü
Akım kısıtlama reaktörleri genellikle dağıtım devrelerinde kullanılır. Aynı busbar'dan ayrılan besleme hatlarıyla seri bağlı olarak, kısa devre akımını sınırlar ve arızalar sırasında bus geriliminin istikrarını sağlar, aşırı gerilim düşüşlerini önler.
7. Yükseltici Bastırma Bobini (Petersen Bobini)
Yükseltici bastırma bobinleri, 10kV–63kV arasında rezonanslı topraklanmış sistemlerde yaygın olarak kullanılır. Yağsız alt yapıların eğilimi nedeniyle, özellikle 35kV'nin altında olan sistemlerde, kuru tip dökme rezin tasarımına gidilmiştir.
8. Sönükleme Reaktörü (Seri Reaktörüyle Sıklıkla Eş Anlamlı)
Kondansatör bankaları veya kompakt kondansatörlerle seri bağlantılı olarak, kondansatör anahtarlama sırasında giriş akımını sınırlar—bu işlevi, akım kısıtlama reaktörlerine benzerdir. Filtre Reaktörü: Filtre kondansatörleriyle seri bağlantılı olduğunda, genellikle 3. ila 17. harmonik filtrelemesi veya daha yüksek mertebeden yüksek geçiş filtrelemesi için rezonanslı filtre devreleri oluştururlar. Yüksek gerilimli DC dönüştürücü istasyonları, faz kontrolü statik VAR kompensatörleri, büyük dikdörtgenler, elektrifikasyon demiryolları ve yüksek güç tiristör tabanlı elektronik devreler, tümü harmonik akım kaynaklarıdır ve şebekeye harmonik enjeksiyonunu önlemek için filtrelenmelidir. Elektrik şirketleri, güç sistemlerinde harmonik seviyeler konusunda belirli düzenlemelere sahiptir.
9. Pürüzsüzleme Reaktörü (DC Bağlantı Reaktörü)
Pürüzsüzleme reaktörleri, dikdörtgen sonrası DC devrelerinde kullanılır. Dikdörtgen devreler sonlu sayıda pulsu ürettiği için, çıkış DC geriliminde bir dalgalanma bulunur, bu genellikle zararlıdır ve pürüzsüzleme reaktörü ile bastırılmalıdır. Yüksek gerilimli DC dönüştürücü istasyonları, çıkış DC'nin ideal olmasına en yakın olacak şekilde pürüzsüzleme reaktörleri ile donatılmıştır. Pürüzsüzleme reaktörleri, tiryistör kontrollü DC sürücülerinde de önemlidir. Dikdörtgen devrelerde, özellikle orta frekansta güç kaynaklarında, ana fonksiyonları şunlardır:
Kısa devre akımını sınırlama (inverter tiryistör komütasyonu sırasında, eş zamanlı iletkenlik, dikdörtgen köprü çıkışındaki doğrudan kısa devreye eşdeğerdir); bir reaktör olmadan, bu doğrudan kısa devre olurdu;
Orta frekansta bileşenlerin şebeke üzerindeki etkisini baskılar;
Filtre etkisi—dikdörtgenleştirilmiş akım, AC bileşenleri içerir; yüksek frekansta AC, büyük indüktans tarafından engellenir—sürekli çıkış akım dalga şeklini sağlar. Süreksiz akım (sıfır akım aralıkları ile), inverter köprüsünün durmasına neden olur, bu da dikdörtgen köprü çıkışında açık devre koşuluna yol açar;
Paralel inverter devrelerinde, girişte reaktif güç değiştirilir; bu nedenle, giriş devresinde enerji depolama elemanları—reaktörler—önemlidir.
Önemli Notlar
Şebeke reaktörleri, kablo hatları tarafından üretilen kapasitif reaktif gücü emmek için kullanılır. Paralel reaktörlerin sayısını ayarlayarak, sistem çalışma gerilimi düzenlenir. Ultra yüksek gerilim (UHV) paralel reaktörleri, güç sistemlerinde reaktif güç yönetimiyle ilgili birden fazla işlevi vardır, bunlar arasında:
Hafif yüklü veya boş yükli iletim hatlarındaki kapasitif etkisini azaltarak güç frekanslı geçici aşırı gerilimleri azaltır;
Uzun iletim hatları boyunca gerilim dağılımını geliştirir;
Hafif yük koşullarında yerel reaktif gücü dengeler, mantıksız reaktif güç akışını önler ve hat güç kaybını azaltır;
Büyük jeneratörler şebekeye senkronize edildiğinde yüksek gerilimli busbarlardaki sabit durum güç frekanslı gerilimini azaltır, jeneratör senkronizasyonunu kolaylaştırır;
Jeneratörlerin uzun iletim hatlarına bağlandığında meydana gelebilecek kendi kendine uyarlanma rezonansını önler;
Reaktör nötrali küçük bir reaktör yoluyla toprağa bağlandığında, küçük reaktör, faz arası ve faz-zemine kapasitansını telafi ederek, arta kalan akımların kendi kendine sönmesini hızlandırır ve tek kutuplu otomatik yeniden kapanmayı sağlar.
Reaktörler ya seri ya da paralel olarak bağlanır. Seri reaktörler genellikle akım kısıtlama için, paralel reaktörler ise reaktif güç telafisi için yaygın olarak kullanılır.
Paralel Reaktör: Ultra yüksek gerilimli uzun mesafe iletim sistemlerinde, iletken hatlarının kapasitif şarj akımını telafi etmek, gerilim yükselmesini ve anahtarlama aşırı gerilimlerini sınırlamak ve güvenilir sistem işlemesini sağlamak için dönüşüm cihazlarının üçüncü bobinine bağlanır.
Seri Reaktör: Kondansatör devrelerinde, kondansatör bankası enerjilendirildiğinde kullanılır.
