Функции и классификации реакторов

Реактор еще называют индуктором. Когда проводник находится под напряжением, он генерирует магнитное поле в определенном пространстве, которое он занимает. Следовательно, все электрические проводники с током-обладают общими индуктивными свойствами. Однако длинный прямой проводник под напряжением имеет низкую индуктивность и создает слабое магнитное поле. На практике реакторы изготавливаются путем намотки проводов на соленоид, известный как реактор с воздушным-сердечником; иногда для увеличения индуктивности в соленоид вставляют железный сердечник, образуя реактор с железным-сердечником.

 

Функции реакторов

1. С увеличением мощности электросети номинальная -мощность системы при коротком замыкании быстро увеличивается. Например, на стороне низкого-напряжения 35 кВ подстанции 500 кВ максимальное эффективное значение трехфазного симметричного тока короткого-замыкания приближается к 50 кА. Чтобы ограничить ток короткого-замыкания в линиях электропередачи и защитить силовое оборудование, необходимо установить реакторы. Реакторы уменьшают ток короткого-замыкания и поддерживают стабильное напряжение системы во время коротких замыканий.

2. Установка демпфирующего реактора (последовательного дросселя) в цепь конденсатора подавляет пусковой ток, когда цепь конденсатора находится под напряжением. Он также образует гармоническую цепь с батареей конденсаторов для фильтрации различных гармоник.

⑴.Например, в конденсаторной цепи устройства компенсации реактивной мощности 35 кВ на подстанции 500 кВ необходимы демпфирующие реакторы для ограничения пускового тока переключения конденсатора и подавления гармоник в системе. Для подавления 3-й гармоники используется номинальное напряжение 35 кВ, номинальная индуктивность 26,2 мГн, номинальный ток 350 А сухого-типа с воздушным-сердечником, однофазный-наружный демпфирующий реактор, образующий резонансную (фильтрующую) цепь 3-й гармоники с конденсатором емкостью 2,52 Мвар.

⑵.Аналогично, для подавления 5-й и более высоких гармоник однофазный наружный демпфирующий реактор 35 кВ, 9,2 мГн, 382 А образует резонансный контур для 5-й и более высоких гармоник с конденсатором 2,52 Мвар. Обратите внимание, что использование и технические характеристики демпфирующих реакторов указаны в национальном стандарте GB 10229-88 «Реакторы» и международном стандарте IEC 289-88.

 

Роль реакторов в устройствах компенсации реактивной мощности

Развитие энергосистем напряжением 500 кВ, электрифицированных железных дорог и крупных металлургических предприятий требует установкиСтатические компенсаторы реактивной мощности (SVC) на крупных узловых подстанциях.

SVC быстро реагируют на изменения нагрузки (типичное время отклика 0,02–0,04 с) и обеспечивают плавное регулирование реактивной мощности и напряжения. Они стабилизируют напряжение сети, эффективно компенсируют коэффициент реактивной мощности системы, подавляют колебания напряжения, поддерживают трех-баланс фаз и гасят суб-синхронные колебания.

SVC, установленные в узлах сети, также снижают переходные перенапряжения. Поэтому крупные электросети требуют, чтобы на крупных и средних-подстанциях были установлены реакторы для локальной емкостной компенсации реактивной мощности и балансировки для обеспечения безопасной работы.

Реакторы являются ключевыми компонентами оборудования компенсации реактивной мощности. Шунтирующие реакторы обеспечивают индуктивное реактивное сопротивление для поглощения избыточной емкостной реактивной мощности, что важно при слабой передаче на ранней стадии и при легких нагрузках поздно ночью.

В этих случаях реактивные потери в линии передачи невелики; из-за эффекта емкости генерируемая реактивная мощность превышает потребляемую реактивную мощность, в результате чего остается избыточная емкостная реактивная мощность. Шунтирующие реакторы должны поглощать этот излишек для поддержания реактивного баланса и уровней напряжения; в противном случае перенапряжение ставит под угрозу безопасность системы.

Чтобы уменьшить количество тиристоров и сэкономить инвестиции в SVC, существует тенденция максимизироватьТиристорный конденсатор (TSC)и мощность тиристорного реактора (TCR).

Некоторые SVC исключают ветвь TSC и вместо этого используют банки фиксированных конденсаторов (FC).

Для обеспечения плавного и непрерывного регулирования реактивной мощности и напряжения необходимо увеличить общую мощность шунтирующего реактора.

Таким образом, использование реакторов продолжает расти. Демпфирующие реакторы, включенные последовательно с конденсаторными цепями, также обеспечивают компенсацию реактивной мощности в дополнение к ограничению пускового тока и гармоник.

 

Применение реакторов в преобразователях частоты

Функция входных реакторов

Входные реакторыограничивать скачки тока из-за колебаний напряжения сети и коммутационных перенапряжений, сглаживать скачки напряжения в источнике питания и корректировать дефекты напряжения, вызванные коммутацией, в мостовых выпрямителях. Они защищают преобразователи частоты, улучшают коэффициент мощности, блокируют помехи в сети и уменьшают гармоническое загрязнение от выпрямительных блоков.

Функция выходных реакторов

Выходные реакторыв основном компенсируют распределенную емкость в длинных (50–200 м) кабелях, подавляют выходной гармонический ток, повышают выходное высокочастотное сопротивление, эффективно ограничивают dv/dt, уменьшают высокочастотный ток утечки, защищают преобразователи и снижают шум оборудования. Конденсаторы для компенсации мощности уязвимы к гармоническим напряжениям и токам, которые вызывают отказы и снижение коэффициента мощности, поэтому требуется обработка гармоник.

Функция реакторов постоянного тока

Реакторы постоянного тока подключаются между секциями выпрямителя постоянного тока и инвертора преобразователя частоты. Их основная цель — ограничить пульсации переменного тока, накладывающиеся на постоянный ток, поддерживать непрерывный ток выпрямителя, уменьшать пульсации тока, стабилизировать работу инвертора и улучшать коэффициент мощности преобразователя.

 

Типы реакторов

Шунтирующий реактор

Реакторы, используемые для испытаний генераторов при полной нагрузке, являются прототипами шунтирующих реакторов. Из-за сил притяжения переменных магнитных полей между сегментированными сердечниками реакторы с сердечником обычно примерно на 10 дБ шумнее, чем трансформаторы равной мощности.

Шунтирующие реакторы проводят переменный ток и компенсируют емкостное реактивное сопротивление системы. Обычно они подключаются последовательно с тиристорами для непрерывного регулирования тока реактивного сопротивления. Они смягчают перенапряжение промышленной частоты из-за влияния емкости длинной линии в условиях холостого хода или небольшой нагрузки, улучшают распределение напряжения и реактивной мощности, уменьшают потери в линии, уменьшают ток вторичной дуги, ускоряют затухание вторичной дуги, повышают вероятность успешного автоматического повторного включения и широко используются в передаче и распределении электроэнергии на большие расстояния.

Серийный реактор

Последовательные реакторы пропускают переменный ток и соединены последовательно с компенсационными конденсаторами для создания последовательного резонанса для установившихся гармоник (5-й, 7-й, 11-й, 13-й). Обычно это 5–6% реакторы с высокой индуктивностью.

Последовательные реакторы являются важным вспомогательным оборудованием для компенсации реактивной мощности энергосистемы. В сочетании с силовыми конденсаторами они эффективно подавляют гармоники сети, ограничивают пусковой ток и рабочие перенапряжения, улучшают форму сигнала напряжения, повышают коэффициент мощности и значительно повышают безопасную работу конденсаторов и другого силового оборудования.

Настроенный реактор

Настроенные реакторыпереносят переменный ток и последовательно соединены с конденсаторами для создания последовательного резонанса для указанной n-й гармоники (обычно n=5,7,11,13,19) для поглощения этой гармоники.

Выходной реактор

Выходные дроссели ограничивают емкостной зарядный ток в кабелях двигателя и ограничивают скорость нарастания напряжения на обмотке двигателя до уровня 540 В/мкс. Их рекомендуется использовать, когда длина кабеля между преобразователем мощностью 4–90 кВт и двигателем превышает 50 м. Они также смягчают крутизну выходного напряжения преобразователя и уменьшают помехи в компонентах инвертора, таких как IGBT.

Инструкции по выходному дросселю: Чтобы увеличить расстояние между преобразователем и двигателем, используйте кабели достаточной толщины, с более высокой изоляцией и желательно неэкранированные.

Характеристики выходного дросселя:

1. Подходит для компенсации реактивной мощности и контроля гармоник.

2. В основном компенсирует распределенную емкость длинной линии и подавляет выходной гармонический ток.

3.Эффективно защищает преобразователи частоты, повышает коэффициент мощности, блокирует помехи в сети и снижает гармоническое загрязнение от выпрямительных блоков.

Входной реактор

Входные дроссели ограничивают падение напряжения на стороне сети во время коммутации преобразователя, подавляют гармоники, развязывают параллельные группы преобразователей и ограничивают скачки тока из-за ступеней напряжения или операций системы. Когда отношение мощности короткого замыкания сети к мощности преобразователя превышает 33:1, относительное падение напряжения на входных реакторах составляет 2% для одноквадрантного режима и 4% для четырехквадрантного режима.

Входные реакторы разрешены, когда напряжение короткого замыкания в сети превышает 6 %. Для импульсных выпрямительных устройств . 12 требуется как минимум один входной реактор со стороны сети с относительным падением напряжения 2 %. Входные реакторы широко используются в системах промышленной/заводской автоматизации, устанавливаются между преобразователями/регуляторами скорости и источником питания для подавления импульсных напряжений и токов, а также для ослабления высоких и искаженных гармоник.

Характеристики входного реактора:

1. Подходит для компенсации реактивной мощности и контроля гармоник.

2.Ограничивает скачки тока из-за колебаний напряжения в сети и коммутационных перенапряжений; фильтрует гармоники для подавления искажений формы сигнала.

3. Сглаживает скачки напряжения в источнике питания и исправляет дефекты напряжения, вызванные коммутацией, в мостовых выпрямителях.

Реактор ограничения-тока

Токоограничивающие-реакторы обычно используются в распределительных линиях. Их часто устанавливают последовательно на ответвительных фидерах одной и той же шины, чтобы ограничить ток короткого замыкания-фидера и поддерживать напряжение на шине во время неисправностей фидера.

Дугогасящая-катушка

Катушки дугового подавления-широко используются в системах резонансного заземления 10–63 кВ. Из-за тенденции к отказу от масла на подстанциях большинство дуг-гашающих катушек ниже 35 кВ изготавливаются сухим литьем.

Демпфирующий реактор

(Обычно называемый последовательным реактором) Подключается последовательно с конденсаторными батареями или конденсаторами большой плотности для ограничения пускового тока переключения конденсаторов. Аналогично токоограничивающим реакторам. Реакторы фильтров образуют резонансные фильтры с фильтрующими конденсаторами, обычно для фильтрации гармоник с 3-й по 17-ю или фильтрации верхних частот более высокого порядка. К источникам гармоник относятся преобразовательные станции постоянного тока, SVC с фазовым управлением, средние и большие выпрямители, электрифицированные железные дороги и все мощные силовые электронные схемы с тиристорным управлением; их необходимо фильтровать, чтобы предотвратить загрязнение сети. Органы власти определяют пределы гармоник.

Сглаживающий реактор

Используется в цепях постоянного тока после выпрямления. Схемы выпрямителей имеют конечное количество импульсов, поэтому выходное напряжение постоянного тока содержит пульсации, которые часто вредны и должны подавляться сглаживающими реакторами. Все преобразовательные станции постоянного тока оснащены сглаживающими реакторами для приближения к идеальному постоянному току. Они также необходимы в тиристорных электроприводах постоянного тока. В качестве ключевых компонентов в схемах выпрямителей сглаживающие реакторы в источниках питания средней частоты в основном:

1. Ограничьте ток короткого замыкания (одновременное проведение во время коммутации тиристора инвертора эквивалентно прямому короткому замыканию; ни один реактор не вызывает прямого короткого замыкания).

2. Подавление среднечастотных составляющих, влияющих на электросеть.

3. Фильтр (ток выпрямителя содержит переменный ток; высокочастотный переменный ток с трудом проходит через большую индуктивность), чтобы поддерживать непрерывный выходной сигнал выпрямителя. Прерывистый ток вызывает периоды нулевого тока, останавливая инверторный мост и размыкая выпрямительный мост.

4. Поглощает реактивную мощность в параллельных цепях инвертора; Во входных цепях инвертора необходимы энергоаккумулирующие реакторы.