Mi a különbség a soros és a párhuzamos reaktorok között?

Mi a különbség a soros és a párhuzamos reaktorok között?

Egy reaktor egy villamosenergia-rendszerben lényegében egy tekercs—egy vezetőből készült, mágneses vagy levegőmag köré tekert spirál—, amely ellenáll a áramváltozásoknak. Azonban a reaktor helye a kapcsolásban meghatározza funkcióját, méretét és védelmi követelményeit. A soros és a párhuzamos reaktorok ugyanazon az alapvető elektromágneses elven alapulnak, de ellentétes célt szolgálnak a hálózati stabilitás érdekében.

Kapcsolódási topológia: Az alapvető megkülönböztetés

Egy soros reaktor sorba van kötve a védett berendezéssel – általában egy megszakítóval, egy buszszakasszal, egy kondenzátorbankkal vagy egy távvezetékkel. A terhelési áram folyamatosan átfolyik a reaktoron. A reaktor impedanciája korlátozza az áramnövekedés sebességét hibahelyzetben, csökkentve ezzel a leágazási irányban lévő megszakítónak szükséges megszakítási áramcsúcsot. Ez lehetővé teszi alacsonyabb megszakítási képességű megszakítók alkalmazását, ami csökkenti az állomás tőkekiadásait. Egy 6%-os impedanciájú soros reaktor, amelyet egy 10 MVA, 11 kV-os táplálóra méreteztek, a lehetséges hibáramot elméletileg 40 kA-ról kb. 25 kA-ra korlátozza.

A párhuzamosan kapcsolt reaktor a vezetékről vagy buszról a földhöz, illetve fázisok között csatlakozik. Normál körülmények között nem folyik át rajta terhelési áram. Ehelyett a párhuzamosan kapcsolt reaktor meddő teljesítményt von el a rendszerből, így ellensúlyozza a hosszú távvezetékek és alagúti kábelek kapacitív meddő teljesítményét, amely könnyű terhelés mellett keletkezik. A párhuzamos kompenzáció nélkül egy 500 kV-os, könnyen terhelt vezeték fogadó végén a feszültség 1,15 per unit vagy annál magasabb értékre emelkedhet – meghaladva a csatlakoztatott transzformátorok és kapcsolóberendezések szigetelési koordinációs határértékeit.

Magtervezés és telítési viselkedés

A soros reaktoroknak nem szabad telítődniük rövidzárlati áram esetén, mert a telített reaktor éppen akkor veszíti el áramkorlátozó funkcióját, amikor ezt a funkciót a leginkább szükséglik. A levegőmagos soros reaktorok teljesen kizárják a telítés kockázatát, mivel a levegő B-H görbéje tökéletesen lineáris, függetlenül az áramerősség nagyságától. Az ár, amit ezért fizetni kell, a fizikai méret: egy 11 kV-os, 6%-os impedanciát nyújtó levegőmagos reaktor körülbelül háromszor akkora térfogatot foglal el, mint egy egyenértékű vasmagos kivitel.

A résekkel ellátott vasmagos soros reaktorok magasabb induktivitást biztosítanak egységnyi térfogatra vonatkoztatva, de a levegőrést úgy kell megtervezni, hogy a lineáris viselkedés megmaradjon a névleges rövidzárlati áramig. A rést nemmágneses anyagból – általában epoxi-impregnált üvegszálból – készítik, és a réshosszúságot úgy számítják ki, hogy a csúcsfluxussűrűség ne haladja meg a 1,6 tesla értéket a maximális aszimmetrikus rövidzárlati áramnál, amely elérheti a szimmetrikus effektív rövidzárlati áram 2,5-szeresét.

A soros reaktorokat általában réssel ellátott vasmagos kivitelben gyártják, mert folyamatosan névleges feszültségen működnek, és a linearitási követelmény kevésbé szigorú. A rés stabilizálja az induktivitást a feszültségváltozásokkal szemben, és megakadályozza a telítődést a tranziens túlfeszültségek idején, amelyeket éppen a soros reaktorok csökkentenek.

Védelmére vonatkozó követelmények

A soros reaktorokhoz differenciális védelem szükséges a belső menetszám-csökkenéses hibák észleléséhez – egy olyan tekercsrövidzár, amely néhány menetet kerül meg, a reaktor impedanciáját csak tized- vagy század százalékkal változtatja meg, amit az áramfelügyeleti relék nem tudnak érzékelni. A differenciális védelmi rendszer a reaktor mindkét végpontján mért áramot hasonlítja össze; ha a különbség meghaladja a beállított küszöbértéket, a kapcsolódó megszakító kiold.

A transzformációs rendszerekben alkalmazott párhuzamos reaktorok túlfeszültség-védelmet igényelnek, és gyakran tartalmaznak központi reaktort egyfázisú újra-zárás céljából párhuzamos kompenzációs vonalakon. A Buchholz-relék belső gázfelhalmozódást észlelnek az átmeneti szigetelés meghibásodása miatt – ez a szabványos első védelmi vonal olajban hűtött párhuzamos reaktoroknál. Az elosztási feszültségen alkalmazott száraz típusú párhuzamos reaktorok a tekercsek hőmérsékletének szimulációján alapuló hőterhelés-védelmet használnak, amelyet a mért áram alapján határoznak meg.

Alkalmazási Kiválasztási Kritériumok

Egy soros reaktor kiválasztása azt jelenti, hogy meg kell adni a névleges áramerősséget (a folyamatos terhelési áramot), a százalékos impedanciát (a rövidzárási áram korlátozásának célját) és a rövid idejű hőáram-terhelhetőséget (általában 1 másodperc vagy 3 másodperc a korlátozott rövidzárási áram mellett). A reaktornak el kell viselnie egy közeli rövidzárási esemény termikus és mechanikai erőit deformáció nélkül.

Egy párhuzamos reaktor kiválasztása azt jelenti, hogy meg kell adni a névleges feszültséget, a meddőteljesítmény-névleges értéket MVAr-ban, valamint a kapcsolási típust – csillagkapcsolású, szilárdan földelt közöspontral átviteli alkalmazásokhoz, illetve delta-kapcsolású a nagy teljesítményű erőtranszformátorok harmadik tekercselésének kompenzációjához. Az MVAr-névleges értéket a vonal kapacitív töltőárama alapján számítják ki a célkompennzációs szinten, amely általában 60–80 % folyamatosan csatlakoztatott reaktorok esetén, és 100 % kapcsolható egységek esetén.

Példa: A szélerőmű-integráció mindkét reaktortípust igényli

Egy 150 MW-os szélerőmű egy távoli régióban, amelyet egy 45 kilométeres, 220 kV-os felszíni vezetékkel kapcsoltak a hálózathoz, két egyszerre fellépő kihívással nézett szembe: a csatlakozási ponton a rövidzárlati áram túllépte a szélturbinák emelőtranszformátorainak rövidzárlati értékeit, és alacsony szélsebesség és alacsony terhelés mellett a feszültség-emelkedés meghaladta az 1,10 per unit értéket a vezeték kapacitív töltőárama miatt. A mérnöki csapat egy soros reaktort határozott meg a gyűjtő alállomás buszkapcsolóján a rövidzárlati áram korlátozására, valamint egy 20 MVAr-os párhuzamos reaktort a közös csatlakozási ponton a kapacitív meddőteljesítmény elnyelésére. Az integrált elektromos berendezéseket gyártó cég által szállított kombinált reaktorrendszer mindkét korlátozást megoldotta egyetlen projektcikluson belül.

Gyakran Ismételt Kérdések

Képes-e egy reaktor egyszerre soros és párhuzamos funkciót is ellátni?

Nem. A fizikai kialakítás, a szigetelési koordináció és a védelmi követelmények alapvetően eltérnek. Egyetlen reaktor, akármilyen módon csatlakoztatva, csak egyetlen funkciót lát el. Azokban az üzemekben, ahol mindkét funkcióra szükség van, két különálló reaktoregységet kell telepíteni.

Mi történik, ha egy soros reaktor telítődik rövidzárlat esetén?

A reaktor elveszíti áramkorlátozó impedanciáját, így a hibával járó áram a várható szintre emelkedhet. A soros reaktor áramkorlátozó hatását feltételezve méretezett alacsonyabb feszültségű megszakító nem képes megszakítani a hibát. Ezért a telítés megelőzése a soros reaktorok elsődleges tervezési korlátja.

Hogyan kapcsolják be és ki egy párhuzamos reaktort?

A transzformátor-szintű párhuzamos reaktorokat külön áramkör-megszakítókkal vagy áramkör-kapcsolókkal kapcsolják. A kapcsolási tranziens visszaállítási feszültség súlyos, mert a reaktor induktív árama majdnem 90 fokot késik a feszültséghez képest, így a természetes nullátmeneteknél történő árammegszakítás nehéz feladat. A szinkron kapcsolóvezérlők minimalizálják ezt a terhelést.

Milyen karbantartást igényelnek a reaktorok?

A száraz típusú, levegőmagos reaktorok minimális karbantartást igényelnek – éves vizuális ellenőrzés a felületi nyomvonalak vagy szennyeződések szempontjából, valamint termográfiai vizsgálat a csatlakozási pontokon. Az olajban ültetett reaktoroknál évenként gázelemzést, 2–3 évenként pedig olaj dielektromos vizsgálatát kell elvégezni, hasonlóan a teljesítménytranszformátorokhoz.

Hogyan adják meg a reaktor impedanciáját?

A rendszer alapimpedanciájának százalékában, a névleges feszültségen és MVA értéken. Egy 6%-os reaktor egy 10 MVA, 11 kV-os alapon kb. 0,73 ohm reaktanciát eredményez. A magasabb százalékos értékek nagyobb rövidzárási áramkorlátozást biztosítanak, de növelik a üzemi feszültségesést is.

Hol szerezhetők be mindkét reaktortípus egyetlen szállítótól?

Az integrált elektromos berendezéseket gyártó vállalatok, például a Liaoning Sinotech Group, amelyek teljes alállomás-csomagokat szállítanak transzformátoroktól kezdve kapcsolóberendezésekig és kompenzációs felszerelésekig, mindkét soros és párhuzamos reaktort kínálnak egyetlen mérnöki csapatból – ez egyszerűsíti a specifikációk koordinálását és az utópiaci támogatást.