Λειτουργίες και ταξινομήσεις των αντιδραστήρων

Ο αντιδραστήρας ονομάζεται επίσης επαγωγέας. Όταν ένας αγωγός ενεργοποιείται, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο μέσα σε ένα συγκεκριμένο χώρο που καταλαμβάνει. Επομένως, όλοι οι ηλεκτρικοί αγωγοί-που φέρουν ρεύμα παρουσιάζουν γενικές επαγωγικές ιδιότητες. Ωστόσο, ένας μακρύς ευθύγραμμος αγωγός με ενέργεια έχει χαμηλή αυτεπαγωγή και παράγει ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο. Στην πράξη, οι αντιδραστήρες κατασκευάζονται με περιέλιξη καλωδίων σε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, γνωστή ως Αντιδραστήρας αέρα-πυρήνα. Μερικές φορές ένας πυρήνας σιδήρου εισάγεται στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα για να αυξηθεί η επαγωγή, σχηματίζοντας έναν αντιδραστήρα πυρήνα σιδήρου-.

 

Λειτουργίες των αντιδραστήρων

1.Με την επέκταση της χωρητικότητας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, η ονομαστική χωρητικότητα βραχυκυκλώματος του συστήματος αυξάνεται γρήγορα. Για παράδειγμα, στην πλευρά χαμηλής-τάσης 35 kV ενός υποσταθμού 500 kV, η μέγιστη πραγματική τιμή του ρεύματος τριών φάσεων συμμετρικού βραχυκυκλώματος-προσεγγίζει τα 50 kA. Για να περιοριστεί{10}}το ρεύμα βραχυκυκλώματος στις γραμμές μεταφοράς και να προστατευτεί ο εξοπλισμός ισχύος, πρέπει να εγκατασταθούν αντιδραστήρες. Οι αντιδραστήρες μειώνουν το ρεύμα βραχυκυκλώματος{12}}και διατηρούν σταθερή την τάση του συστήματος κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων.

2. Η εγκατάσταση ενός αντιδραστήρα απόσβεσης (αντιδραστήρας σειράς) σε ένα κύκλωμα πυκνωτή καταστέλλει το ρεύμα εισόδου όταν το κύκλωμα του πυκνωτή ενεργοποιείται. Σχηματίζει επίσης ένα αρμονικό κύκλωμα με την τράπεζα πυκνωτών για να φιλτράρει διάφορες αρμονικές.

⑴.Για παράδειγμα, στο κύκλωμα πυκνωτή μιας συσκευής αντιστάθμισης αέργου ισχύος 35 kV σε υποσταθμό 500 kV, απαιτούνται αντιδραστήρες απόσβεσης για τον περιορισμό του ρεύματος εισροής μεταγωγής πυκνωτή και την καταστολή των αρμονικών του συστήματος. Για την καταστολή των 3ων αρμονικών, χρησιμοποιείται ονομαστική τάση 35 kV, ονομαστική αυτεπαγωγή 26,2 mH, ονομαστικό ρεύμα ξηρού-τύπου αέρα-μονοφασικός αντιδραστήρας απόσβεσης εξωτερικού{10}}πυρήνα 350A, σχηματίζοντας ένα κύκλωμα 3ου αρμονικού κυκλώματος με συντονιστή .

⑵. Ομοίως, για την καταστολή 5ης και υψηλότερης αρμονικής, ένας μονοφασικός αντιδραστήρας απόσβεσης 35 kV, 9,2 mH, 382A σε εξωτερικούς χώρους σχηματίζει ένα συντονιστικό κύκλωμα για 5ες και υψηλότερες αρμονικές με πυκνωτή 2,52 Mvar. Σημειώστε ότι η χρήση και οι τεχνικές προδιαγραφές των αντιδραστήρων απόσβεσης καθορίζονται στο εθνικό πρότυπο GB 10229-88 Reactors και στο διεθνές πρότυπο IEC 289-88.

 

Ο ρόλος των αντιδραστήρων σε συσκευές αντιστάθμισης άεργου ισχύος

Η ανάπτυξη συστημάτων ισχύος 500 kV, ηλεκτροκίνησης σιδηροδρόμων και μεγάλων βάσεων από σίδηρο και χάλυβα απαιτεί την εγκατάστασηΣτατικοί αντισταθμιστές Var (SVC) σε μεγάλους υποσταθμούς κόμβων.

Τα SVC ανταποκρίνονται γρήγορα στις αλλαγές φορτίου (τυπικός χρόνος απόκρισης 0,02–0,04s) και παρέχουν ομαλή άεργο ισχύ και ρύθμιση τάσης. Σταθεροποιούν την τάση του δικτύου, αντισταθμίζουν αποτελεσματικά τον συντελεστή άεργου ισχύος του συστήματος, καταστέλλουν τις διακυμάνσεις της τάσης, διατηρούν την ισορροπία τριών φάσεων και τις υγρές υπο-σύγχρονες ταλαντώσεις.

Τα SVC που είναι εγκατεστημένα σε κόμβους δικτύου μειώνουν επίσης τις παροδικές υπερτάσεις. Επομένως, τα μεγάλα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας απαιτούν μεγάλου και μεσαίου μεγέθους υποσταθμούς-για την εγκατάσταση αντιδραστήρων για τοπική αντιστάθμιση και εξισορρόπηση χωρητικής άεργου ισχύος για να διασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία.

Οι αντιδραστήρες είναι βασικά συστατικά του εξοπλισμού αντιστάθμισης αέργου ισχύος. Οι αντιδραστήρες διακλάδωσης παρέχουν επαγωγική αντίδραση για την απορρόφηση της περίσσειας χωρητικής αντιδραστικής ισχύος, η οποία είναι απαραίτητη κατά τη διάρκεια της χαμηλής μετάδοσης πρώιμου σταδίου και των ελαφρών φορτίων αργά τη νύχτα.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η άεργη απώλεια της γραμμής μεταφοράς είναι χαμηλή. Λόγω του φαινομένου της χωρητικότητας, η παραγόμενη άεργος ισχύς υπερβαίνει την καταναλωμένη άεργο ισχύ, αφήνοντας πλεονάζουσα χωρητική άεργο ισχύ. Οι αντιδραστήρες διακλάδωσης πρέπει να απορροφούν αυτό το πλεόνασμα για να διατηρούν την ενεργό ισορροπία και τα επίπεδα τάσης. Διαφορετικά, η υπέρταση θέτει σε κίνδυνο την ασφάλεια του συστήματος.

Για να μειωθεί ο αριθμός θυρίστορ και να εξοικονομηθεί επένδυση SVC, υπάρχει μια τάση μεγιστοποίησηςΘυριστορικό Μεταβαλλόμενο Πυκνωτικόκαι χωρητικότητας Thyristor Controlled Reactor (TCR).

Ορισμένα SVC καταργούν το υποκατάστημα TSC και αντ' αυτού χρησιμοποιούν τράπεζες σταθερού πυκνωτή (FC).

Για να διατηρηθεί ομαλή, συνεχής άεργος ισχύς και ρύθμιση τάσης, η συνολική χωρητικότητα του αντιδραστήρα διακλάδωσης πρέπει να αυξηθεί.

Έτσι, η χρήση του αντιδραστήρα συνεχίζει να αυξάνεται. Οι αντιδραστήρες απόσβεσης σε σειρά με κυκλώματα πυκνωτών παρέχουν επίσης αντιστάθμιση άεργου ισχύος εκτός από τον περιορισμό του ρεύματος εισόδου και των αρμονικών.

 

Εφαρμογή Αντιδραστήρων σε Μετατροπείς Συχνότητας

Λειτουργία αντιδραστήρων εισόδου

Αντιδραστήρες εισόδουπεριορίστε τις υπερτάσεις ρεύματος από διακυμάνσεις τάσης δικτύου και υπερτάσεις μεταγωγής, ομαλές αιχμές τάσης στην τροφοδοσία και διορθώστε τα ελαττώματα τάσης που προκαλούνται από μεταγωγή στους ανορθωτές γεφυρών. Προστατεύουν τους μετατροπείς συχνότητας, βελτιώνουν τον συντελεστή ισχύος, μπλοκάρουν τις παρεμβολές στο δίκτυο και μειώνουν την αρμονική ρύπανση από τις μονάδες ανορθωτή.

Λειτουργία αντιδραστήρων εξόδου

Αντιδραστήρες εξόδουαντισταθμίζουν κυρίως την κατανεμημένη χωρητικότητα σε καλώδια μήκους (50–200 m), καταστέλλουν το αρμονικό ρεύμα εξόδου, αυξάνουν την αντίσταση εξόδου υψηλής συχνότητας, περιορίζουν αποτελεσματικά το dv/dt, μειώνουν το ρεύμα διαρροής υψηλής συχνότητας, προστατεύουν τους μετατροπείς και μειώνουν τον θόρυβο του εξοπλισμού. Οι πυκνωτές στην αντιστάθμιση ισχύος είναι ευάλωτοι σε αρμονική τάση και ρεύμα, που προκαλούν αστοχία και υποβαθμισμένο συντελεστή ισχύος, επομένως απαιτείται αρμονική επεξεργασία.

Λειτουργία των αντιδραστήρων συνεχούς ρεύματος

Οι αντιδραστήρες συνεχούς ρεύματος συνδέονται μεταξύ των τμημάτων ανορθωτή DC και μετατροπέα μιας μονάδας μεταβλητής συχνότητας. Ο κύριος σκοπός τους είναι να περιορίσουν τον κυματισμό AC που υπερτίθεται στο συνεχές ρεύμα, να διατηρήσουν συνεχές ρεύμα ανορθωτή, να μειώσουν τον παλμό του ρεύματος, να σταθεροποιήσουν τη λειτουργία του μετατροπέα και να βελτιώσουν τον συντελεστή ισχύος του μετατροπέα.

 

Τύποι αντιδραστήρων

Αντιδραστήρας Σύνδεσης

Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή πλήρους φορτίου γεννήτριας είναι πρωτότυπα αντιδραστήρων διακλάδωσης. Λόγω των ελκτικών δυνάμεων από τα εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία μεταξύ των τμηματικών πυρήνων, οι αντιδραστήρες τύπου πυρήνα είναι συνήθως περίπου 10 dB πιο θορυβώδεις από τους μετασχηματιστές ίσης χωρητικότητας.

Οι αντιδραστήρες διακλάδωσης φέρουν ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος και αντισταθμίζουν τη χωρητική αντίδραση του συστήματος. Συνήθως συνδέονται σε σειρά με θυρίστορ για συνεχή ρύθμιση ρεύματος αντίδρασης. Μετριάζουν την υπέρταση της συχνότητας ισχύος από τα αποτελέσματα της χωρητικότητας μακράς γραμμής υπό συνθήκες άνευ φορτίου ή ελαφρού φορτίου, βελτιώνουν την τάση και την κατανομή άεργου ισχύος, μειώνουν την απώλεια γραμμής, μειώνουν το δευτερεύον ρεύμα τόξου, επιταχύνουν την εξάλειψη του δευτερεύοντος τόξου, βελτιώνουν το ποσοστό επιτυχίας του αυτόματου εκ νέου κλεισίματος και χρησιμοποιούνται ευρέως σε μακροχρόνια μετάδοση και διανομή ισχύος.

Αντιδραστήρας σειράς

Οι αντιδραστήρες σειράς μεταφέρουν ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος και συνδέονται σε σειρά με πυκνωτές αντιστάθμισης για να δημιουργήσουν συντονισμό σειράς για αρμονικές σταθερής κατάστασης (5η, 7η, 11η, 13η). Είναι τυπικά αντιδραστήρες 5-6% με υψηλή επαγωγή.

Οι αντιδραστήρες σειράς είναι απαραίτητος εξοπλισμός υποστήριξης για την αντιστάθμιση αέργου ισχύος του συστήματος ισχύος. Όταν συνδυάζονται με πυκνωτές ισχύος, καταστέλλουν αποτελεσματικά τις αρμονικές του δικτύου, περιορίζουν το ρεύμα εισόδου μεταγωγής και τις υπερτάσεις λειτουργίας, βελτιώνουν την κυματομορφή τάσης, αυξάνουν τον συντελεστή ισχύος και ενισχύουν σημαντικά την ασφαλή λειτουργία των πυκνωτών και άλλου εξοπλισμού ισχύος.

Συντονισμένος αντιδραστήρας

Συντονισμένοι αντιδραστήρεςμεταφέρουν ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος και συνδέονται σε σειρά με πυκνωτές για να δημιουργήσουν συντονισμό σειράς για μια καθορισμένη ντη αρμονική (συνήθως n=5,7,11,13,19) για την απορρόφηση αυτής της αρμονικής.

Αντιδραστήρας εξόδου

Οι αντιδραστήρες εξόδου περιορίζουν το χωρητικό ρεύμα φόρτισης στα καλώδια του κινητήρα και περιορίζουν τον ρυθμό ανόδου της τάσης περιέλιξης κινητήρα εντός 540 V/μs. Συνιστώνται όταν το μήκος καλωδίου μεταξύ μετατροπέα 4–90 kW και κινητήρα υπερβαίνει τα 50 μέτρα. Απαλύνουν επίσης την απότομη τάση εξόδου του μετατροπέα και μειώνουν την ενόχληση στα εξαρτήματα του μετατροπέα, όπως τα IGBT.

Οδηγίες αντιδραστήρα εξόδου: Για να αυξήσετε την απόσταση μετατροπέα σε κινητήρα, χρησιμοποιήστε κατάλληλα παχύτερα, υψηλότερης μόνωσης, κατά προτίμηση μη θωρακισμένα καλώδια.

Χαρακτηριστικά αντιδραστήρα εξόδου:

1. Κατάλληλο για αντιστάθμιση άεργου ισχύος και αρμονικό έλεγχο.

2.Κυρίως αντισταθμίζει την κατανεμημένη χωρητικότητα σε μεγάλη γραμμή και καταστέλλει το αρμονικό ρεύμα εξόδου.

3. Προστατεύει αποτελεσματικά τους μετατροπείς συχνότητας, βελτιώνει τον συντελεστή ισχύος, εμποδίζει την παρεμβολή στο δίκτυο και μειώνει την αρμονική ρύπανση από τις μονάδες ανορθωτή.

Αντιδραστήρας εισόδου

Οι αντιδραστήρες εισόδου περιορίζουν την πτώση τάσης από την πλευρά του δικτύου κατά τη μεταγωγή του μετατροπέα, καταστέλλουν τις αρμονικές, αποσυνδέουν ομάδες παράλληλων μετατροπέων και περιορίζουν τις υπερτάσεις ρεύματος από τα βήματα τάσης ή τις λειτουργίες του συστήματος. Όταν ο λόγος της χωρητικότητας βραχυκυκλώματος δικτύου προς τη χωρητικότητα του μετατροπέα υπερβαίνει το 33:1, η σχετική πτώση τάσης των αντιδραστήρων εισόδου είναι 2% για λειτουργία ενός τεταρτημορίου και 4% για λειτουργία τεσσάρων τεταρτημορίων.

Οι αντιδραστήρες εισόδου επιτρέπονται όταν η τάση βραχυκυκλώματος δικτύου υπερβαίνει το 6%. 12-παλμικές μονάδες ανορθωτή χρειάζονται τουλάχιστον έναν αντιδραστήρα εισόδου στην πλευρά του δικτύου με σχετική πτώση τάσης 2%. Οι αντιδραστήρες εισόδου χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικά/εργοστασιακά συστήματα αυτοματισμού, εγκατεστημένοι μεταξύ μετατροπέων/ελεγκτών ταχύτητας και του τροφοδοτικού για την καταστολή τάσεων και ρευμάτων υπέρτασης και την εξασθένηση των υψηλών και παραμορφωμένων αρμονικών.

Χαρακτηριστικά αντιδραστήρα εισόδου:

1. Κατάλληλο για αντιστάθμιση άεργου ισχύος και αρμονικό έλεγχο.

2. Περιορίζει τις υπερτάσεις ρεύματος από τις διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου και τις υπερτάσεις μεταγωγής. φιλτράρει τις αρμονικές για να καταστείλει την παραμόρφωση κυματομορφής.

3. Εξομαλύνει τις αιχμές τάσης στο τροφοδοτικό και διορθώνει τα ελαττώματα τάσης που προκαλούνται από την εναλλαγή στους ανορθωτές γεφυρών.

Τρέχων-περιοριστικός αντιδραστήρας

Οι τρέχοντες-αντιδραστήρες περιορισμού χρησιμοποιούνται γενικά στις γραμμές διανομής. Συχνά εγκαθίστανται σε σειρά σε τροφοδότες διακλάδωσης από τον ίδιο ζυγό για να περιορίσουν το ρεύμα βραχυκυκλώματος του τροφοδότη-και να διατηρήσουν την τάση του ζυγού κατά τη διάρκεια σφαλμάτων του τροφοδότη.

Πηνίο καταστολής τόξου-

Τα πηνία καταστολής τόξου-χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα γείωσης συντονισμού 10kV–63kV. Λόγω της τάσης χωρίς λάδι στους υποσταθμούς, τα περισσότερα πηνία καταστολής τόξου-κάτω από 35 kV είναι τύπου ξηρού χυτού.

Αντιδραστήρας απόσβεσης

(Συνήθως αποκαλούμενος αντιδραστήρας σειράς) Συνδέεται σε σειρά με συστοιχίες πυκνωτών ή πυκνούς πυκνωτές για περιορισμό του ρεύματος εισροής μεταγωγής πυκνωτή. Παρόμοια με τους αντιδραστήρες περιορισμού ρεύματος. Οι αντιδραστήρες φίλτρου σχηματίζουν φίλτρα συντονισμού με πυκνωτές φίλτρων, συνήθως για αρμονικό φιλτράρισμα 3ης έως 17ης ή υψηλότερης τάξης υψηλοπερατό φιλτράρισμα. Οι αρμονικές πηγές περιλαμβάνουν σταθμούς μετατροπέων μετάδοσης συνεχούς ρεύματος, SVC ελεγχόμενα με φάση, ανορθωτές μεσαίου/μεγάλου μεγέθους, ηλεκτρισμένους σιδηροδρόμους και όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα ισχύος ελεγχόμενα από θυρίστορ υψηλής ισχύος. Αυτά πρέπει να φιλτράρονται για να αποφευχθεί η ρύπανση του δικτύου. Οι αρχές ισχύος καθορίζουν αρμονικά όρια.

Εξομάλυνση Αντιδραστήρα

Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος μετά την ανόρθωση. Τα κυκλώματα ανορθωτή έχουν πεπερασμένους αριθμούς παλμών, επομένως η τάση συνεχούς ρεύματος εξόδου περιέχει κυματισμό που είναι συχνά επιβλαβής και πρέπει να καταστέλλεται από αντιδραστήρες εξομάλυνσης. Όλοι οι σταθμοί μετατροπέων μετάδοσης DC είναι εξοπλισμένοι με αντιδραστήρες εξομάλυνσης για να προσεγγίζουν το ιδανικό DC. Είναι επίσης απαραίτητα σε ηλεκτρικούς κινητήρες συνεχούς ρεύματος που βασίζονται σε θυρίστορ. Ως βασικά στοιχεία σε κυκλώματα ανορθωτή, οι αντιδραστήρες εξομάλυνσης σε τροφοδοτικά μέσης συχνότητας κυρίως:

1.Περιορίστε το ρεύμα βραχυκυκλώματος (η ταυτόχρονη αγωγιμότητα κατά τη μεταγωγή με θυρίστορ μετατροπέα ισοδυναμεί με άμεσο βραχυκύκλωμα· κανένας αντιδραστήρας δεν προκαλεί άμεσο βραχυκύκλωμα).

2. Καταργήστε τα εξαρτήματα μέσης συχνότητας που επηρεάζουν το ηλεκτρικό δίκτυο.

3.Φίλτρο (το ρεύμα ανορθωτή περιέχει εναλλασσόμενο ρεύμα, το AC υψηλής συχνότητας δυσκολεύεται να περάσει μεγάλη αυτεπαγωγή) για να διατηρείται συνεχής η έξοδος του ανορθωτή. Το ασυνεχές ρεύμα προκαλεί περιόδους μηδενικού ρεύματος, σταματώντας τη γέφυρα μετατροπέα και ανοίγοντας τη γέφυρα ανορθωτή.

4.Απορρόφηση άεργου ισχύος σε παράλληλα κυκλώματα μετατροπέα. Απαιτούνται αντιδραστήρες αποθήκευσης ενέργειας στα κυκλώματα εισόδου μετατροπέα.