Trockener Luftkernreaktor

Luftkernreaktoren vom Trockentyp

I. Produktübersicht

Die Trockenluftkern-Drosselklappe ist eine zentrale Spezialausrüstung im Bereich der Blindleistungskompensation und der Netzqualitätssicherung in Stromnetzen. Sie wird hauptsächlich in den Schleifen von 10-kV- und 35-kV-Hochspannungs-Shuntkondensatoren eingesetzt und bildet einen „Kondensator-Reaktanz“-Kompensationszweig in Reihe mit den Kondensatoren. Ihre Hauptfunktionen bestehen darin, den Einschaltstrom der Kondensatorbatterien zu begrenzen, die Netzoberwellenverstärkung zu unterdrücken, Schaltüberspannungen zu reduzieren und Kondensatoren sowie Schaltgeräte zu schützen. Sie löst grundlegend die Probleme elektrischer Einwirkungen beim Schalten von Kondensatorbatterien und gewährleistet den langfristig sicheren und stabilen Betrieb des Blindleistungskompensationssystems.

Dieses Produkt überwindet die technischen Grenzen herkömmlicher Eisenkernreaktoren und zeichnet sich durch eine vollständig trockene, kernlose Konstruktion mit Luftkernwicklung und Vakuumverguss mit Epoxidharz aus. Luft dient dabei als Isolier- und Kühlmedium. Dadurch werden die Risiken von Ölleckagen und Explosionen, die bei ölgekühlten Anlagen auftreten, vollständig vermieden. Auch die Nachteile von Eisenkernreaktoren wie magnetische Sättigung, Streuflusswärme und übermäßige Geräuschentwicklung werden umgangen. Dank exzellenter elektrischer Eigenschaften, extrem hoher mechanischer Festigkeit, Umweltverträglichkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie extrem niedriger Betriebs- und Wartungskosten eignet es sich für vielfältige Anwendungen, beispielsweise in Umspannwerken, Industriepark-Verteilzentren, Windkraft-/Photovoltaikanlagen, metallurgischen und chemischen Betrieben, Stromversorgungssystemen für den Schienenverkehr und Projekten zur Blindleistungskompensation in städtischen Verteilungsnetzen. Es ist eine Schlüsselkomponente für die Optimierung der Stromqualität beim Aufbau moderner Smart Grids.

Das Produkt wurde unter strikter Einhaltung nationaler und internationaler Normen wie GB/T 1094.6 Leistungstransformatoren – Teil 6: Drosseln, GB/T 17004 Trockendrosseln und IEC 60076-6 Leistungstransformatoren – Teil 6: Drosseln entwickelt und gefertigt. Es hat alle Typprüfungen des Nationalen Prüfzentrums für elektrische Ausrüstung bestanden, verfügt über vollständige Qualifikationszertifikate und Prüfberichte und ist nahtlos mit Kondensatoren, Blindleistungsreglern und Schaltschaltern gängiger in- und ausländischer Hersteller kompatibel.

II. Kernstruktur und Funktionsprinzip

(I) Zusammensetzung der Kernstruktur

Dieses Produkt zeichnet sich durch ein modulares, integriertes Design aus und besteht im Wesentlichen aus sechs Kernkomponenten: Vakuumgegossene Wicklung, oberer und unterer Sternrahmen, hochfester Stützisolator, Anschlussklemme, Erdungssystem und optionale Außenschutzkomponenten. Die Konstruktion ist wissenschaftlich durchdacht und optimiert sowohl die mechanische Festigkeit als auch die elektrischen Eigenschaften.

Vakuumgegossene Wicklung: Das funktionelle Kernelement besteht aus mehreren Litzen sauerstofffreien Kupferdrahts. Die Leiteroberfläche ist mit hochtemperaturbeständiger Isolierfarbe beschichtet und wird im Vakuumgießverfahren mit Epoxidharz zu einem vollständig ausgehärteten Isolierzylinder geformt. Die Wicklung ist mehrlagig segmentiert und verfügt über Luftkanäle zur Wärmeableitung zwischen den Lagen. Dies gewährleistet nicht nur die Isolationsleistung, sondern auch eine effiziente, natürliche Wärmeabfuhr.

Sternrahmen: Geschweißt aus hochfesten Aluminiumlegierungsprofilen, ist die Oberfläche anodisch oxidiert und korrosionsbeständig. Er zeichnet sich durch geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Der Rahmen dient zur Fixierung des Wicklungsendes und zur Verteilung der Kurzschlusskräfte, wodurch ein Verformen oder Verrutschen der Wicklung unter Kurzschlussbelastung verhindert wird.

Stützisolator: Ausgewählt aus hochfesten, stabförmigen Epoxidglasfaserisolatoren mit einer Isolationsklasse ≥ Klasse H und einer mechanischen Biegefestigkeit ≥ 12 kN. Er dient zur Unterstützung der Wicklung und des Rahmens, zur Hoch- und Niederspannungstrennung und zur Aufnahme des Wicklungsgewichts sowie der elektrodynamischen Kurzschlusskräfte.

Anschlussklemme: Gefertigt aus verzinntem Rotkupfer mit einem Kontaktwiderstand von ≤ 50 μΩ, ausgestattet mit hochfesten Isolierschirmen. Die Verdrahtungsmethode ist flexibel (Schraub-/Klemmverbindung) und eignet sich für Hochspannungskabel und Stromschienen unterschiedlicher Querschnitte.

Erdungssystem: Durch die Verwendung von Erdungsbolzen, Erdungskupferschienen und Sternrahmen-Erdungsklemmen wird eine zuverlässige Erdung der gesamten Anlage gewährleistet, induzierte Spannungen werden eliminiert und die Sicherheit des Betriebs- und Wartungspersonals sichergestellt.

Komponenten für den Außeneinsatz (optional): Die Produkte für den Außenbereich sind mit UV-beständigen und regendichten Abdeckungen sowie mit wasserabweisenden Sockeln am Boden ausgestattet. Das Gehäuse besteht aus Edelstahl 304 mit der Schutzart IP54 und ist somit für raue Umgebungsbedingungen im Freien geeignet.

(II) Funktionsprinzip

In der Schleife von Hochspannungs-Shunt-Kondensatorbänken ist die Reihendrossel vom Trockentyp mit Luftkern in Reihe mit dem Kondensator geschaltet, und drei Kernfunktionen werden durch die Nutzung der induktiven Reaktanzeigenschaften der Drossel realisiert:

Strombegrenzungseffekt: Beim Schließen der Kondensatorbank entsteht ein Einschaltstrom, der ein Vielfaches bis Zehnfaches des Nennstroms beträgt. Die Drossel begrenzt den Spitzenwert dieses Einschaltstroms durch ihre induktive Reaktanz (üblicherweise auf maximal das Fünffache des Nennstroms begrenzt) und verhindert so Schäden an Geräten wie Leistungsschaltern und Kondensatoren.

Filterwirkung: Durch die Wahl einer geeigneten Reaktanzrate (z. B. 4,5 %, 6 %, 12 %) weist der "Kondensator-Reaktanz"-Zweig eine niedrige Impedanz gegenüber bestimmten Oberschwingungen (3., 5., 7.) auf, leitet einen Oberschwingungsstrom in den Zweig ein, um eine Oberschwingungsunterdrückung zu erreichen, und verhindert eine Überhitzung und Beschädigung der Kondensatoren durch Verstärkung der Netzoberschwingungen.

Spannungsregelungseffekt: Beim Schalten der Kondensatorbank entsteht eine Schaltüberspannung. Die induktive Reaktanz der Drosselspule dämpft den Anstieg der Überspannung, reduziert deren Amplitude und schützt die Isolation der elektrischen Geräte im Stromkreis.

III. Spezifikationen und Parameter (Vollständige Abdeckung & Anpassbar)

Parameterkategorie Kernspezifikationen Detaillierte Erläuterung

Nennspannung 10 kV, 20 kV, 35 kV (66 kV anpassbar). Geeignet für die gängigen Hochspannungsnetze in China; kundenspezifische Ausführungen erfüllen spezielle Anforderungen an Stromnetze.

Nennfrequenz 50 Hz (60 Hz anpassbar) Entspricht dem Netzfrequenzstandard; 60-Hz-Modelle eignen sich für Exportprojekte und spezielle industrielle Anwendungsbereiche

Nennstrom 50 A bis 1000 A (vollständiger Bereichsabdeckung) Präzise Abstimmung auf die Kompensationskapazität von Kondensatorbatterien, Unterstützung von Einzelanfertigungen und standardisierter Serienproduktion

Reaktanzrate 1 %, 4,5 %, 5 %, 6 %, 7 %, 12 %, 14 %; 1 % für reine Strombegrenzung; 4,5 %/6 % zur Unterdrückung der 5. und 7. Harmonischen; 12 %/14 % zur Unterdrückung der 3. Harmonischen

Bemessungsinduktivität 0,1 mH bis 100 mH. Präzise Berechnung anhand von Bemessungsspannung, Bemessungsstrom und Bemessungsreaktanz, Linearitätsfehler ≤ ±3 %.

Isolierungsgrad Klasse F (155℃), Klasse H (180℃) Standard mit Isolierung der Klasse H für Umgebungen mit hohen Temperaturen; Die Isolierung der Klasse F erfüllt herkömmliche Szenarien mit höherer Kostenleistung

Bauform: Trockenbau-Luftkern, vollständig vakuumgegossen mit Epoxidharz; kernlos, ölfrei, luftisolierend und kühlend; Außenausführung mit spezieller Schutzstruktur

Kühlmethode: Natürliche Luftkühlung (AN), Zwangsluftkühlung (AF, optional). AN-Kühlung ist in den meisten Anwendungsfällen Standard; AF-Kühlung ist für spezielle Anwendungsfälle mit hoher Last und in großen Höhen vorgesehen.

Verlustklasse: Standardverlust, niedriger Verlust (anpassbar). Die Variante mit niedrigem Verlust weist 15 % bis 25 % geringere Verluste als die Standardvariante auf und ist somit im Langzeitbetrieb energiesparender.

Geräuschpegel ≤45 dB (Nennbetrieb, 1 m Abstand) Kein Kernmagnetostriktionsgeräusch, deutlich niedriger als bei Eisenkernreaktoren (≤65 dB), geeignet für geräuscharme Umgebungen

Kurzschlussfestigkeit: Widersteht einem Kurzschlussstromstoß des 20-fachen Nennstroms für 2 Sekunden. Die Wicklung ist integral gehärtet und weist eine hohe mechanische Festigkeit auf; nach einem Kurzschluss treten keine Verformungen oder Isolationsschäden auf.

Schutzart: Innenbereich IP30, Außenbereich IP54 (IP65 optional). IP30 schützt vor dem Eindringen von Fremdkörpern; IP54 ist regen- und staubdicht; IP65 ist für extreme Umgebungsbedingungen wie Küstennebel und Starkregen geeignet.

Betriebsumgebungstemperatur: -40 °C bis +85 °C; Luftfeuchtigkeit: ≤ 95 % (nicht kondensierend); Höhe: ≤ 4000 m (Höhenlage anpassbar). Geeignet für verschiedene extreme Umgebungsbedingungen wie extreme Kälte, hohe Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit, große Höhen und Salznebel.

Lebensdauer ≥ 30 Jahre. Die Epoxidharz-Isolierschicht ist alterungsbeständig und UV-beständig; die sauerstofffreie Kupferwicklung ist korrosionsbeständig; die Lebensdauer übersteigt 30 Jahre bei normalem Betrieb und ordnungsgemäßer Wartung.

Die Umsetzungsstandards GB/T 1094.6, GB/T 17004, IEC 60076-6 und DL/T 840 erfüllen vollständig nationale, branchenspezifische und internationale Normen und gewährleisten eine kontrollierbare und rückverfolgbare Qualität.

IV. Wesentliche Produktvorteile

(I) Hervorragende elektrische Leistung, präziser und stabiler Betrieb

Keine magnetische Sättigung, extrem hohe Induktivitätslinearität: Durch die kernlose Bauweise wird die magnetische Sättigung, die bei Eisenkernreaktoren auftritt, vollständig eliminiert. Der Induktivitätswert bleibt im Bereich vom Nennstrom bis zum Kurzschlussstrom stabil (Linearitätsfehler ≤ ±3 %), und die Strombegrenzungs- und Filterwirkung nimmt mit der Stromstärke nicht ab. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kompensationssystem stets optimal arbeitet.

Geringe Verluste, hohe Energieeffizienz: Die Wicklung besteht aus mehreren Litzen sauerstofffreien Kupferdrahts, um die Skin-Effekt-Verluste zu minimieren. Das Vakuum-Epoxidharz-Gießverfahren gewährleistet die Dichte der Isolierschicht und reduziert dielektrische Verluste. Die Gesamtverluste des Produkts liegen deutlich unter dem nationalen Standard, wodurch die Leistungsverluste im Langzeitbetrieb erheblich reduziert werden – mit wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen.

Starke Oberwellenunterdrückungsfähigkeit: Es kann die Reaktanzrate genau an den Oberwellengehalt des Netzes anpassen, charakteristische Oberwellen wie die 3., 5. und 7. gezielt unterdrücken, eine Überhitzung und einen Ausfall von Kondensatorbänken durch Oberwellenverstärkung wirksam verhindern und die Kompatibilität des Blindleistungskompensationssystems mit dem Netz gewährleisten.

(II) Hervorragende mechanische Festigkeit, extrem hohe Schlagfestigkeit

Integrale Aushärtung der Wicklung, Widerstand gegen elektrodynamische Kurzschlusskräfte: Vakuum-Epoxidharzguss sorgt dafür, dass die Wicklung eine insgesamt starre Struktur bildet. In Kombination mit der Unterstützung des Sternrahmens aus Aluminiumlegierung kann es dem Einfluss einer elektrodynamischen Kurzschlusskraft von 20-fachem Nennstrom für 2 Sekunden standhalten. Nach einem Kurzschluss weist die Wicklung keine Verformung, keine Verschiebung und keine Risse in der Isolationsschicht auf und das Gerät kann normal weiterarbeiten.

Erdbeben- und Windbeständigkeit, Anpassung an komplexes Gelände: Die Gesamtkonstruktion ist leicht und hat einen niedrigen Schwerpunkt. Sie ist mit einem speziellen seismischen Fundament ausgestattet und widersteht Erdbeben der Stärke 8 und Taifunen der Stärke 12. Sie eignet sich für anspruchsvolle Installationsszenarien wie Gebirgsregionen, Hügel und Küstengebiete.

(III) Umweltschutz, Sicherheit und Zuverlässigkeit, Keine versteckten Betriebsgefahren

Vollständig trockenes Design, feuerfest, explosionsgeschützt und schadstofffrei: Durch die Verwendung von Luft als Isolier- und Kühlmedium ist das System ölfrei, frei von nicht brennbaren Stoffen und ungiftigen Gasen. Dadurch werden die Risiken von Ölleckagen, Explosionen und Umweltverschmutzung durch ölgekühlte Geräte vollständig eliminiert. Selbst bei extremen Störungen kommt es weder zu Verbrennungen noch zu Explosionen. Dies macht es zur ersten Wahl für Bereiche mit hohen Brandschutzanforderungen wie Umspannwerke, Fabriken und Wohngebiete.

Geräuscharmer Betrieb, ideal für ruhige Umgebungen: Da keine niederfrequenten Geräusche durch Kernmagnetostriktion entstehen, beträgt der Geräuschpegel unter Nennbedingungen ≤ 45 dB, was lediglich einer normalen Gesprächslautstärke entspricht. Das Gerät kann daher direkt in geräuschempfindlichen Bereichen wie Umspannwerken, Krankenhäusern und Schulen in der Nähe von Wohngebieten installiert werden.

Hervorragende Isolierleistung, Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit: Die Epoxidharz-Isolierschicht wird im Vakuum gegossen und bei hoher Temperatur ausgehärtet. Sie zeichnet sich durch hohe UV-Beständigkeit, Alterungsbeständigkeit, Salznebelbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit aus. Die Isolierleistung bleibt im extremen Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C erhalten und eignet sich somit für verschiedene anspruchsvolle Klimabedingungen.

(IV) Komfortabler und effizienter Betrieb und Wartung, niedrige Gesamtlebenszykluskosten

Wartungsfreies Design, geringere Betriebs- und Wartungskosten: Kein Ölkissen, kein Stufenschalter unter Last, keine anfälligen beweglichen Teile. Im Normalbetrieb sind weder regelmäßiges Ölbefüllen noch Überholung oder Wartung erforderlich. Lediglich eine jährliche Sichtprüfung und eine Erdungsprüfung sind notwendig, was den Arbeitsaufwand und die Kosten für das Betriebs- und Wartungspersonal erheblich reduziert.

Flexible Installation, hohe Anpassungsfähigkeit: Das Gerät ist kompakt und leicht und unterstützt vier Installationsmethoden: Montage im Innenschrank, auf dem Innenboden, auf Masten im Außenbereich oder auf dem Außenboden. Es werden weder ein spezieller Maschinenraum noch ein Kühlsystem benötigt, und die Montagezeit ist kurz (nur 2–4 Stunden für die Installation einer einzelnen Einheit). Dadurch eignet es sich für unterschiedliche Standortbedingungen.

Optionale intelligente Überwachung, intelligenterer Betrieb und Wartung: Individuell anpassbare Installation von Online-Temperaturüberwachungs-, Strom- und Spannungsüberwachungs- sowie Fehleralarmmodulen, die über das RS485/Modbus-Kommunikationsprotokoll mit dem Netzüberwachungssystem verbunden werden können, ermöglichen die Echtzeitüberwachung des Betriebszustands der Geräte und die Fernalarmierung von Anomalien und unterstützen so den Betrieb und die Wartung von intelligenten Stromnetzen.

V. Anwendungsszenarien (Vollständige Szenarioabdeckung)

(I) Strombegrenzung zur Unterstützung von Hochspannungs-Shuntkondensatorbänken

Dies ist der Haupteinsatzbereich dieses Produkts. Es findet breite Anwendung in Blindleistungskompensationsgeräten von 10-kV- und 35-kV-Umspannwerken und Verteilstationen. Dort wird es in Reihe mit Hochspannungs-Shuntkondensatoren geschaltet, um den Einschaltstrom zu begrenzen, Oberschwingungen zu unterdrücken, Kondensatoren, Vakuumleistungsschalter, Trennschalter und andere Geräte zu schützen und das sichere Schalten des Blindleistungskompensationssystems zu gewährleisten.

(II) Steuerung der Stromqualität in neuen Energiekraftwerken

In integrierten Kraftwerken mit Windkraft, Photovoltaik und Lichtspeicherung führen die Volatilität und Intermittenz der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien leicht zu einem erhöhten Oberwellengehalt im Netz und Spannungsschwankungen. Dieses Produkt wird in Reihe mit Kondensatorbatterien geschaltet und bildet so einen Filterkompensationszweig. Dadurch werden die von der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien erzeugten Oberwellen unterdrückt, die Netzspannung stabilisiert und eine reibungslose Netzanbindung der erneuerbaren Energien unterstützt.

(III) Oberwellensteuerung und Blindleistungskompensation für Industrieunternehmen

Industrieunternehmen wie die Metallurgie, die chemische Industrie, der Bergbau, der Schienenverkehr und die Präzisionsfertigung weisen eine Vielzahl nichtlinearer Lasten auf, beispielsweise Frequenzumrichter, Elektrolichtbogenöfen und Walzwerke. Diese erzeugen viele Oberschwingungen und hohe Blindleistungsverluste. Dieses Produkt ermöglicht die Anpassung von Reaktoren mit unterschiedlichen Reaktanzwerten an die Oberschwingungscharakteristik der jeweiligen Unternehmen. Zusammen mit Kondensatorbänken bildet es eine spezielle Filtervorrichtung, die nicht nur Blindleistung kompensiert und den Leistungsfaktor verbessert, sondern auch Oberschwingungen unterdrückt und die Produktionsanlagen schützt.

(IV) Projekte zur Modernisierung und zum Wiederaufbau städtischer Verteilungsnetze

Das veraltete städtische Stromverteilungsnetz weist Probleme wie alternde Leitungen, hohe Lastdichte und starke Spannungsschwankungen auf. Bei der Modernisierung und dem Umbau des Verteilungsnetzes wird dieses Produkt in neu errichteten oder umgebauten Blindleistungskompensationsanlagen eingesetzt, um Probleme mit Einschaltströmen und Oberschwingungen von Kondensatorbatterien zu lösen, die Versorgungsqualität des Verteilungsnetzes zu verbessern und das Risiko von Schäden an elektrischen Endgeräten zu reduzieren.

(V) Spezielle Umgebung – Spezielles Stromversorgungssystem

In speziellen Umgebungen wie Hochgebirgsregionen, Küstennebelgebieten, Gebieten mit extremer Kälte und Gebieten mit chemischer Korrosion ist ein stabiler Langzeitbetrieb herkömmlicher ölgekühlter Reaktoren und Reaktoren mit Eisenkern schwierig. Dieses Produkt gewährleistet durch kundenspezifische Konstruktion (z. B. verbesserte Isolierung für große Höhen, Schutz aus Edelstahl für Küstenregionen, angepasste Isolierung für extreme Kälte) einen zuverlässigen Langzeitbetrieb in diesen Umgebungen und sichert so die Stabilität des Stromversorgungssystems.