رآکتور موازی یا شانت (Shunt Reactors) چیست؟ انواع آن، ساختار و کاربرد ها

رآکتور شانت یا موازی چیست؟

رآکتور شانت یا موازی همانند تراتنسفورماتور قدرت است اما در مقایسه با تراتنسفورماتور قدرت، تنها یک سیم‌پیچ در هر فاز دارد. رآکتور موازی برای افزایش توان و بهره‌وری سیستم انرژی استفاده می‌شود و این کار را با جذب و مصرف توان راکتیو در کابل‌ها و خطوط انتقال ولتاژ بالا انجام می‌دهد. رآکتور موازی می‌تواند مستقیما به خط برق یا سیم‌پیچ ثالث از سه سیم‌پیچ ترانسفورماتور وصل شود.

تفاوت بین رآکتور موازی و تراتنسفورماتور قدرت

هر دو رآکتور موازی و ترانسفورماتور قدرت از نظر ساخت یکسان هستند اما بعضی تفاوت‌های اصلی بین آنها نیز وجود دارد مانند:

• رآکتور موازی فقط یک سیم‌پیچ تک دارد درحالیکه تراتنسفورماتور قدرت سه سیم‌پیچ دارد.
• رآکتور موازی VAr  پسفاز یا همان توان پس‌فاز ایجاد می‌کند (یا ممکن است توان راکتیو را جذب و مصرف کند) تا بهره‌وری سیستم را افزایش دهد درحالیکه تراتنسفورماتور قدرت باید برای تبدیل سطح ولتاژ کار می کند (افزایش یا کاهش)
• در رآکتور موازی، آمپر دور سیم پیچ اولیه (Ampere Turns ) مساوی با آمپر دور ثانویه است و علت آن نیز عدم وجود سیم‌پیچ‌های دیگر است درحالیکه در مورد تراتنسفورماتور قدرت، آمپر دور اولیه مجموع آمپر دور حاضر و آمپر دور ثانویه است.
• رآکتور موازی ممکن است بدون هسته آهنی یا هوا طراحی شده باشد تا از تلفات پسماند(Hysteresis loss) جلوگیری شود چون مقدار زیادی جریان مغناطیسی در مقایسه با تراتنسفورماتور قدرت وجود دارد.
• رآکتورهای موازی با توان نامی MVAr نام گذاری می شوند درحالیکه تراتنسفورماتور قدرت با توان نانی kVA نام گذاری می شوند
• رآکتور موازی در سیستم‌های ولتاژ بالا و شبکه‌های کابلی استفاده می‌شود تا بتوان بهره‌وری سیستم را افزایش داد درحالیکه تراتنسفورماتور قدرت برای تبدیل سطح ولتاژ به کار می‌رود.

چرا از رآکتور موازی استفاده شود؟ کاربردهای رآکتورهای موازی

جدا از مقاومت، مدارهای الکتریکی واقعی عنصر القایی و/یا خازنی دارند که باعث تغییر فاز بین ولتاژ و جریان می‌شوند، که در تصویر 1 نشان داده شده است و توان راکتیو (واحد: VAr) نیز در مدار جریان خواهد یافت.

اگر اندوکتانس  (X_L = 2πfL = ωL)  از جریان بیشتر باشد، پس‌فاز رخ خواهد داد (تصویر 2) و توان راکتیو نیز با نام توان القایی شناخته خواهد شد.

در اینجا:

X_L (Ω – ohm): رآکتنس القایی.

f (Hz – hertz): فرکانس.

 L (H – henry): انداکتنس.

 ω = 2πf : سرعت چرخش (rad/s or rpm رادیان‌ها در هر ثانیه یا چرخش در هر دقیقه).

این مورد در خطوط هوایی طولانی رخ می‌دهد. نتیجه جریان (پس‌فاز) کاهش ضریب توان می باشد، و راه افزایش ضریب توان نیز به همان اندازه شناخته شده است (نصب بانک‌های خازن).

اگر ظرفیت خازن بیشتر باشد (X_C = 1/2πfC = 1/ωC ) ، که در مورد شبکه‌ها با کابل‌های زیرزمین طولانی رخ می‌دهد. جریان پیش‌فاز خواهد بود (تصویر 3) و توان راکتیو نیز با عنوان توان خازنی شناخته می‌شود.

در اینجا:

(X_C(Ω– ohm: (راکتانس خازن. C (F – farad:ظرفیت خازن.

این شرایط برای تراتنسفورماتورهای قدرت و خصوصا برای ژنراتورها خطرناک است.

تراتنسفورماتورهای قدرت: ممکن است در معرض خطر فرورزونانس(ferroresonance) باشند، یک اضافه ولتاژ بالا که می‌تواند به تراتنسفورماتورها آسیب برساند و/یا باعث ضربه ی ولتاژی به برق‌گیرها(surge arresters) شود. در شبکه‌های ضعیف، که عملکردی به عنوان شبکه های  جزیره ای دارند و در شبکه الکتریکی پیچیده و بزرگ یکپارچه متصل و سنکرون نمی شوند، ژنراتور ها باید توان خازنی بیشتری تامین کنند ، شرایطی که باعث گرمای بیش از حد و عملکرد نادرست ژنراتورها شده و طول عمر مفید تجهیزات را کاهش می‌دهد.

مطلب مرتبط: چرا زمانی که ژنراتور در مدار قرار میگیره بانک خازنی باید از مدار خارج بشه؟

توان اضافی راکتیو باید مصرف شود، این کار با استفاده از رآکتورهای موازی و تجهیزاتی انجام می‌شود که باید منطبق با استاندارد IEC Standard 60076-7 باشند که مثالی از آن در تصویر 4 نشان داده شده است.

ساختار رآکتور موازی

همانطور که در بالا گفته شد، این رآکتورها مشابه با تراتنسفورماتورهای قدرت هستند اما تنها یک سیم‌پیچ در هر فاز دارند.

سه سیم‌پیچ به شکل ستاره‌ای به نقطه خنثی (YN) متصل هستند. نقطه خنثی از طریق سیم‌پیچ سوم یا همان ثالث تراتنسفورماتور قدرت یا مستقیم و بی‌واسطه به زمین متصل می شوند. تصویر 5 یک دیاگرام معمول اتصال رآکتور موازی را نشان می‌دهد.

دیاگرام یک رآکتورموازی

رآکتورهای موازی ممکن است از نوع روغنی(oil-immersed) با مخزن روغن یا از نوع خشک باشند. حفاظت‌های تعبیه شده با موارد استفاده شده در تراسنفورمرهای قدرت یکسان هستند (رله Buchholz و سنسورهای فشار روغن و دما برای نوع روغنی، سنسورهای دمای سیم‌پیچ‌ها برای نوع خشک). تجهیزات وابسته  نیز مشابه با موارد استفاده شده در تراسنفورمرهای قدرت هستند، خصوصا در نوع روغنی که در آن باید به شیر تخلیه فشار روغن و مجاری تنفسی هوا توجه شود

مطلب مرتبط :

حفاظت ترانسفورماتور قدرت و خطاهای آن

انواع رآکتورهای موازی

رآکتورهای موازی معمول یک توان نامی ثابت (MVAr ; kVAr)  دارند و ممکن است به شکل ثابت به شبکه متصل باشند یا از آن جدا شده و دوباره متصل شوند که این مساله بستگی به بار و ظرفیت کابل‌های زیرزمینی دارد. این عملکرد و سوئیچینگ به داخل و بیرون مشابه با کاری است که در بانک‌های خازن انجام می‌شود.

در تکنولوژی‌های اخیر، بسته به ویژگی‌های شبکه و تنوع بار، برای استفاده از رآکتورهای موازی متغیر (VSR)،  (variable shunt reactors) می توان توان راکتور را تغییر داد. رآکتورهای موازی معمول اساسا در شبکه‎های با ولتاژ متوسط کاربرد دارند (بالای 36 کیلوولت).

VSR معمولا در شبکه‌های با ولتاژ بالا و بسیار بالا کاربرد دارد (ولتاژ مجاز شبکه بالای 60 کیلو وات است).

ولتاژ نامی ماکزیموم رآکتورهای موازی امروزه 800 کیلوولت و توان نامی نیزبالای 300 MVAr است.

مشابه با ترانسفومرهای قدرت، رآکتورهای موازی ممکن است مثل تراتنسفورماتورهای روغنی و خشک طراحی شده باشند.