Funktionen und Klassifizierungen von Reaktoren

Der Reaktor wird auch Induktor genannt. Wenn ein Leiter unter Spannung steht, erzeugt er in einem bestimmten Raum, den er einnimmt, ein Magnetfeld. Daher weisen alle stromdurchflossenen elektrischen Leiter allgemeine induktive Eigenschaften auf. Ein langer, gerader, unter Spannung stehender Leiter hat jedoch eine geringe Induktivität und erzeugt ein schwaches Magnetfeld. In der Praxis werden Reaktoren hergestellt, indem Drähte in einen Magneten gewickelt werden, der als Luftkernreaktor bezeichnet wird. Manchmal wird ein Eisenkern in den Magneten eingesetzt, um die Induktivität zu erhöhen und so einen Eisenkernreaktor zu bilden.

 

Funktionen von Reaktoren

1. Mit der Erweiterung der Stromnetzkapazität steigt die Nennkurzschlusskapazität des Systems rapide an. Beispielsweise nähert sich auf der 35-kV-Niederspannungsseite eines 500-kV-Umspannwerks der maximale Effektivwert des dreiphasigen symmetrischen Kurzschlussstroms 50 kA. Um den Kurzschlussstrom in Übertragungsleitungen zu begrenzen und Energieanlagen zu schützen, müssen Drosseln installiert werden. Drosseln reduzieren den Kurzschlussstrom und halten die Systemspannung bei Kurzschlüssen stabil.

2. Durch den Einbau einer Dämpfungsdrossel (Reihendrossel) in einen Kondensatorkreis wird der Einschaltstrom unterdrückt, wenn der Kondensatorkreis mit Strom versorgt wird. Außerdem bildet es mit der Kondensatorbank einen Oberschwingungskreis, um verschiedene Oberschwingungen herauszufiltern.

⑴.Zum Beispiel sind im Kondensatorkreis eines 35-kV-Blindleistungskompensationsgeräts in einem 500-kV-Umspannwerk Dämpfungsdrosseln erforderlich, um den Einschaltstrom des Kondensators zu begrenzen und Systemoberschwingungen zu unterdrücken. Zur Unterdrückung der 3. Harmonischen wird eine einphasige Trockendämpfungsdrossel mit 35 kV Nennspannung, 26,2 mH Nenninduktivität und 350 A Nennstrom verwendet, die mit einem 2,52 Mvar-Kondensator einen Resonanzkreis (Filter) für die 3. Harmonische bildet.

⑵. Um die 5. und höhere Harmonische zu unterdrücken, bildet ein einphasiger Außendämpfungsreaktor mit 35 kV, 9,2 mH und 382 A einen Resonanzkreis für die 5. und höhere Harmonische mit einem 2,52 Mvar-Kondensator. Beachten Sie, dass die Verwendung und die technischen Spezifikationen von Dämpfungsdrosseln in der nationalen Norm GB 10229-88 „Reaktoren“ und der internationalen Norm IEC 289-88 festgelegt sind.

 

Rolle von Reaktoren in Geräten zur Blindleistungskompensation

Die Entwicklung von 500-kV-Stromversorgungssystemen, elektrifizierten Eisenbahnen und großen Eisen- und Stahlstützpunkten erfordert die Installation vonStatische Var-Kompensatoren (SVC) in großen Umspannwerken.

SVCs reagieren schnell auf Laständerungen (typische Reaktionszeit 0,02–0,04 s) und sorgen für eine sanfte Blindleistungs- und Spannungsregelung. Sie stabilisieren die Netzspannung, kompensieren effektiv den Blindleistungsfaktor des Systems, unterdrücken Spannungsschwankungen, halten das Dreiphasengleichgewicht aufrecht und dämpfen sub{4}synchrone Schwingungen.

An Netzknotenpunkten installierte SVCs reduzieren außerdem transiente Überspannungen. Große Stromnetze erfordern daher die Installation von Reaktoren für die lokale kapazitive Blindleistungskompensation und den Ausgleich in großen und mittelgroßen Umspannwerken, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Reaktoren sind Schlüsselkomponenten von Geräten zur Blindleistungskompensation. Shunt-Drosseln bieten induktive Reaktanz, um überschüssige kapazitive Blindleistung zu absorbieren, was bei geringer Übertragungsleistung im Frühstadium und bei Lichtlasten in der Nacht unerlässlich ist.

In diesen Fällen ist der Blindverlust der Übertragungsleitung gering; Aufgrund des Kapazitätseffekts übersteigt die erzeugte Blindleistung die verbrauchte Blindleistung, so dass überschüssige kapazitive Blindleistung verbleibt. Nebenschlussreaktoren müssen diesen Überschuss absorbieren, um das reaktive Gleichgewicht und die Spannungsniveaus aufrechtzuerhalten; andernfalls gefährdet eine Überspannung die Anlagensicherheit.

Um die Anzahl der Thyristoren zu reduzieren und SVC-Investitionen zu sparen, besteht ein Trend zur MaximierungThyristorgeschalteter Kondensator (TSC)und die Kapazität eines thyristorgesteuerten Reaktors (TCR).

Einige SVCs verzichten auf den TSC-Zweig und verwenden stattdessen Festkondensatorbänke (FC).

Um eine reibungslose, kontinuierliche Blindleistungs- und Spannungsregelung aufrechtzuerhalten, muss die Gesamtkapazität der Nebenschlussdrossel erhöht werden.

Daher nimmt die Reaktornutzung weiter zu. Dämpfungsdrosseln in Reihe mit Kondensatorschaltungen sorgen neben der Begrenzung von Einschaltströmen und Oberschwingungen auch für eine Blindleistungskompensation.

 

Anwendung von Reaktoren in Frequenzumrichtern

Funktion von Eingangsreaktoren

EingangsreaktorenBegrenzen Sie Stromstöße aufgrund von Netzspannungsschwankungen und Schaltüberspannungen, glätten Sie Spannungsspitzen in der Versorgung und korrigieren Sie kommutierungsbedingte Spannungsdefekte in Brückengleichrichtern. Sie schützen Frequenzumrichter, verbessern den Leistungsfaktor, blockieren Netzstörungen und reduzieren die Oberwellenbelastung durch Gleichrichtereinheiten.

Funktion von Ausgangsreaktoren

AusgangsreaktorenKompensieren Sie hauptsächlich verteilte Kapazitäten in langen Kabeln (50–200 m), unterdrücken Sie Oberschwingungsströme am Ausgang, erhöhen Sie die Hochfrequenzimpedanz am Ausgang, begrenzen Sie effektiv dv/dt, reduzieren Sie Hochfrequenzleckströme, schützen Sie Konverter und senken Sie Gerätegeräusche. Kondensatoren in der Leistungskompensation sind anfällig für Oberschwingungsspannungen und -ströme, die zu Ausfällen und einer Verschlechterung des Leistungsfaktors führen. Daher ist eine Oberschwingungsbehandlung erforderlich.

Funktion von Gleichstromreaktoren

Gleichstromdrosseln werden zwischen den Gleichrichter- und Wechselrichterabschnitten eines Frequenzumrichters geschaltet. Ihr Hauptzweck besteht darin, die dem Gleichstrom überlagerte Wechselstromwelligkeit zu begrenzen, einen kontinuierlichen Gleichrichterstrom aufrechtzuerhalten, Strompulsationen zu reduzieren, den Wechselrichterbetrieb zu stabilisieren und den Leistungsfaktor des Wandlers zu verbessern.

 

Arten von Reaktoren

Shunt-Reaktor

Reaktoren, die für die Volllastprüfung von Generatoren verwendet werden, sind Prototypen von Parallelreaktoren. Aufgrund der Anziehungskräfte von magnetischen Wechselfeldern zwischen segmentierten Kernen sind Kernreaktoren typischerweise etwa 10 dB lauter als Transformatoren gleicher Kapazität.

Shunt-Drosseln transportieren Wechselstrom und kompensieren die kapazitive Reaktanz des Systems. Zur kontinuierlichen Blindstromregelung werden sie üblicherweise mit Thyristoren in Reihe geschaltet. Sie mindern Überspannungen bei der Netzfrequenz aufgrund von Kapazitätseffekten auf langen Leitungen im Leerlauf oder bei geringer Last, verbessern die Spannungs- und Blindleistungsverteilung, reduzieren Leitungsverluste, verringern den sekundären Lichtbogenstrom, beschleunigen die sekundäre Lichtbogenlöschung, verbessern die Erfolgsquote bei der automatischen Wiedereinschaltung und werden häufig bei der Energieübertragung und -verteilung über große Entfernungen eingesetzt.

Serienreaktor

Reihendrosseln führen Wechselstrom und sind mit Kompensationskondensatoren in Reihe geschaltet, um eine Reihenresonanz für stationäre Harmonische (5., 7., 11., 13.) zu erzeugen. Typischerweise handelt es sich um 5–6 %-Drosseln mit hoher Induktivität.

Seriendrosseln sind wesentliche unterstützende Geräte für die Blindleistungskompensation von Stromnetzen. In Kombination mit Leistungskondensatoren unterdrücken sie wirksam Netzoberwellen, begrenzen Schalteinschaltströme und Betriebsüberspannungen, verbessern die Spannungswellenform, erhöhen den Leistungsfaktor und verbessern den sicheren Betrieb von Kondensatoren und anderen Leistungsgeräten erheblich.

Abgestimmter Reaktor

Abgestimmte Reaktorenführen Wechselstrom und sind mit Kondensatoren in Reihe geschaltet, um eine Reihenresonanz für eine bestimmte n-te Harmonische (normalerweise n=5,7,11,13,19) zu erzeugen und diese Harmonische zu absorbieren.

Ausgangsreaktor

Ausgangsdrosseln begrenzen den kapazitiven Ladestrom in Motorkabeln und begrenzen die Anstiegsgeschwindigkeit der Motorwicklungsspannung auf 540 V/μs. Sie werden empfohlen, wenn die Kabellänge zwischen einem 4-90-kW-Umrichter und dem Motor 50 m überschreitet. Sie mildern außerdem die Steilheit der Ausgangsspannung des Wandlers und reduzieren Störungen an Wechselrichterkomponenten wie IGBTs.

Anweisungen zur Ausgangsdrossel: Um den Abstand zwischen Umrichter und Motor zu vergrößern, verwenden Sie entsprechend dickere, stärker isolierende, vorzugsweise ungeschirmte Kabel.

Merkmale des Ausgangsreaktors:

1.Geeignet für Blindleistungskompensation und Oberschwingungskontrolle.

2. Kompensiert hauptsächlich die verteilte Kapazität über lange Leitungen und unterdrückt den Oberschwingungsstrom am Ausgang.

3. Schützt effektiv Frequenzumrichter, verbessert den Leistungsfaktor, blockiert Netzstörungen und reduziert die Oberwellenverschmutzung durch Gleichrichtereinheiten.

Eingangsreaktor

Eingangsdrosseln begrenzen den netzseitigen Spannungsabfall während der Umrichterkommutierung, unterdrücken Oberschwingungen, entkoppeln parallele Umrichtergruppen und begrenzen Stromstöße bei Spannungssprüngen oder Systemvorgängen. Wenn das Verhältnis der Netzkurzschlusskapazität zur Wandlerkapazität 33:1 überschreitet, beträgt der relative Spannungsabfall der Eingangsdrosseln 2 % bei Einquadrantenbetrieb und 4 % bei Vierquadrantenbetrieb.

Eingangsdrosseln sind zulässig, wenn die Netzkurzschlussspannung 6 % übersteigt. . 12-Pulsgleichrichtereinheiten benötigen mindestens eine netzseitige Eingangsdrossel mit 2 % relativem Spannungsabfall. Eingangsdrosseln werden häufig in Industrie-/Fabrikautomatisierungssystemen eingesetzt und zwischen Umrichtern/Geschwindigkeitsreglern und der Stromversorgung installiert, um Stoßspannungen und -ströme zu unterdrücken und hohe und verzerrte Oberschwingungen zu dämpfen.

Merkmale des Eingangsreaktors:

1.Geeignet für Blindleistungskompensation und Oberschwingungskontrolle.

2. Begrenzt Stromstöße aufgrund von Netzspannungsschwankungen und Schaltüberspannungen; Filtert Oberwellen, um Wellenformverzerrungen zu unterdrücken.

3.Glättet Spannungsspitzen in der Stromversorgung und korrigiert kommutierungsbedingte Spannungsdefekte in Brückengleichrichtern.

Aktueller-Begrenzungsreaktor

Strombegrenzungsdrosseln werden im Allgemeinen in Verteilungsleitungen eingesetzt. Sie werden oft in Reihe an Abzweigen derselben Sammelschiene installiert, um den Kurzschlussstrom des Abzweigs zu begrenzen und die Sammelschienenspannung bei Abzweigfehlern aufrechtzuerhalten.

Arc-Unterdrückungsspule

Lichtbogenunterdrückungsspulen werden häufig in 10-kV-63-kV-Resonanzerdungssystemen verwendet. Aufgrund des ölfreien Trends in Umspannwerken sind die meisten Lichtbogenunterdrückungsspulen unter 35 kV Trockengussspulen.

Dämpfungsreaktor

(Üblicherweise als Reihenreaktor bezeichnet) In Reihe mit Kondensatorbänken oder dichten Kondensatoren geschaltet, um den Einschaltstrom des Kondensators zu begrenzen. Ähnlich wie Strombegrenzungsdrosseln. Filterdrosseln bilden Resonanzfilter mit Filterkondensatoren, typischerweise für die Filterung der 3. bis 17. Harmonischen oder Hochpassfilterung höherer Ordnung. Zu den harmonischen Quellen gehören Gleichstromübertragungs-Umrichterstationen, phasengesteuerte SVCs, mittlere/große Gleichrichter, elektrifizierte Eisenbahnen und alle thyristorgesteuerten Hochleistungselektronikschaltungen; Diese müssen gefiltert werden, um eine Netzverschmutzung zu verhindern. Energiebehörden legen Grenzwerte für Oberschwingungen fest.

Glättungsreaktor

Wird nach Gleichrichtung in Gleichstromkreisen verwendet. Gleichrichterschaltungen haben endliche Impulszahlen, daher weist die Ausgangsgleichspannung oft schädliche Welligkeiten auf, die durch Glättungsdrosseln unterdrückt werden müssen. Alle DC-Übertragungskonverterstationen sind mit Glättungsdrosseln ausgestattet, um den idealen Gleichstrom anzunähern. Sie sind auch in elektrischen Gleichstromantrieben auf Thyristorbasis unverzichtbar. Glättungsdrosseln in Mittelfrequenz-Stromversorgungen sind als Schlüsselkomponenten in Gleichrichterschaltungen hauptsächlich:

1. Kurzschlussstrom begrenzen (gleichzeitige Leitung während der Wechselrichter-Thyristor-Kommutierung entspricht einem direkten Kurzschluss; keine Drossel verursacht einen direkten Kurzschluss).

2. Unterdrücken Sie mittelfrequente Komponenten, die das Stromnetz beeinflussen.

3.Filter (Gleichrichterstrom enthält Wechselstrom; hochfrequenter Wechselstrom hat Schwierigkeiten, eine große Induktivität zu passieren), um den Gleichrichterausgang kontinuierlich zu halten. Diskontinuierlicher Strom führt zu Nullstromperioden, wodurch die Wechselrichterbrücke gestoppt und die Gleichrichterbrücke geöffnet wird.

4. Blindleistung in parallelen Wechselrichterkreisen absorbieren; In den Eingangskreisen des Wechselrichters sind Energiespeicherdrosseln erforderlich.