¿Cuáles son los tipos de reactores? Roles clave en los sistemas de energía

Reactor (Inductor): Definición y Tipos

Un reactor, también conocido como inductor, genera un campo magnético en el espacio circundante cuando la corriente fluye a través de un conductor. Por lo tanto, cualquier conductor que lleva corriente posee inductancia inherentemente. Sin embargo, la inductancia de un conductor recto es pequeña y produce un campo magnético débil. Los reactores prácticos se construyen enrollando el conductor en forma de solenoide, conocido como reactor de núcleo de aire. Para aumentar aún más la inductancia, se inserta un núcleo ferromagnético en el solenoide, formando un reactor de núcleo de hierro.

1. Reactor Shunt
El prototipo de los reactores shunt se utilizaba para pruebas a plena carga de generadores. Los reactores shunt de núcleo de hierro generan fuerzas magnéticas alternas entre las secciones segmentadas del núcleo, resultando en niveles de ruido típicamente 10 dB más altos que los transformadores de capacidad equivalente. Los reactores shunt llevan corriente alterna (CA) y se utilizan para compensar la reactividad capacitiva del sistema. A menudo se conectan en serie con tiristores para permitir la regulación continua de la corriente reactiva.

2. Reactor Serie
Los reactores serie llevan corriente alterna y se conectan en serie con capacitores de potencia para formar un circuito de resonancia en serie para armónicos en estado estacionario (por ejemplo, 5º, 7º, 11º, 13º armónicos). Los reactores serie típicos tienen valores de impedancia de 5–6% y se consideran de tipo de alta inductancia.

3. Reactor de Sintonización
Los reactores de sintonización llevan corriente alterna y se conectan en serie con capacitores para crear una resonancia en serie a una frecuencia armónica especificada (n), absorbiendo así ese componente armónico. Las órdenes de sintonización comunes son n = 5, 7, 11, 13 y 19.

4. Reactor de Salida
Un reactor de salida limita la corriente de carga capacitiva en los cables de motor y restringe la tasa de aumento de tensión en los devanados del motor a menos de 540 V/μs. Es necesario cuando la longitud del cable entre un variador de frecuencia (VFD) (4–90 kW) y el motor excede 50 metros. También suaviza la tensión de salida del VFD (reduciendo la pendiente de los bordes de conmutación), minimizando perturbaciones y estrés en componentes del inversor, como IGBTs.

Notas de Aplicación para Reactores de Salida:
Para extender la distancia entre el VFD y el motor, utilice cables más gruesos con aislamiento mejorado, preferiblemente de tipos no blindados.

Características de los Reactores de Salida:

• Adecuados para la compensación de potencia reactiva y la mitigación de armónicos;

• Compensan la capacitancia distribuida en cables largos y suprimen las corrientes armónicas de salida;

• Protegen eficazmente a los VFD, mejoran el factor de potencia, bloquean las interferencias del lado de la red y reducen la contaminación armónica de las unidades rectificadoras a la red.

5. Reactor de Entrada
El reactor de entrada limita las caídas de tensión del lado de la red durante la conmutación del convertidor, suprime armónicos y desacopla grupos de convertidores paralelos. También limita los sobresaltos de corriente causados por transitorios de tensión de la red o operaciones de conmutación. Cuando la relación entre la capacidad de cortocircuito de la red y la capacidad del VFD supera 33:1, la caída de tensión relativa del reactor de entrada debe ser del 2% para operación de un solo cuadrante y del 4% para operación de cuatro cuadrantes. El reactor puede operar cuando la tensión de cortocircuito de la red excede el 6%. Para una unidad rectificadora de 12 pulsos, se requiere un reactor de línea del lado de la entrada con al menos un 2% de caída de tensión. Los reactores de entrada se utilizan ampliamente en sistemas de control de automatización industrial y de fábrica. Instalados entre la red eléctrica y los VFD o reguladores de velocidad, suprimen las sobretensiones y sobrecorrientes generadas por estos dispositivos, atenuando significativamente los armónicos de orden superior y distorsionados en el sistema.

Características de los Reactores de Entrada:

• Adecuados para la compensación de potencia reactiva y la filtración de armónicos;

• Limitan los sobresaltos de corriente causados por transitorios de tensión de la red y sobretensiones de conmutación; filtran armónicos para reducir la distorsión de la onda de tensión;

• Suavizan los picos de tensión y los notches de conmutación del rectificador en circuitos puentes.

6. Reactor Limitador de Corriente
Los reactores limitadores de corriente se utilizan típicamente en circuitos de distribución. Se conectan en serie con líneas de alimentación que se ramifican desde la misma barra para limitar la corriente de cortocircuito y mantener la estabilidad de la tensión de la barra durante fallas, evitando caídas excesivas de tensión.

7. Bobina de Supresión de Arco (Bobina de Petersen)
Ampliamente utilizadas en sistemas de tierra resonante a 10kV–63kV, las bobinas de supresión de arco son cada vez más de diseño de resina fundida sin aceite debido a la tendencia hacia subestaciones sin aceite, especialmente para sistemas por debajo de 35kV.

8. Reactor Amortiguador (a menudo sinónimo de Reactor Serie)
Conectados en serie con bancos de capacitores o capacitores compactos, los reactores amortiguadores limitan la corriente de arranque durante la conmutación de los capacitores, similar en función a los reactores limitadores de corriente. Reactor Filtro: Cuando se conectan en serie con capacitores filtro, forman circuitos de filtro resonantes, típicamente usados para el filtrado de 3º a 17º armónicos o filtrado de paso alto de orden superior. Las estaciones de conversión HVDC, los compensadores estáticos de vario-reactancia de control de fase, los rectificadores de gran potencia, las ferrovías electrificadas y los circuitos electrónicos de alta potencia basados en tiristores son todas fuentes de corriente armónica que deben ser filtradas para prevenir la inyección de armónicos a la red. Las empresas de servicios públicos tienen regulaciones específicas sobre los niveles de armónicos en los sistemas de potencia.

9. Reactor Suavizador (Reactor de Enlace DC)
Los reactores suavizadores se utilizan en circuitos de corriente directa después de la rectificación. Dado que los circuitos rectificadores producen un número finito de pulsos, la tensión de salida de CD contiene rizado, que a menudo es perjudicial y debe ser suprimido por un reactor suavizador. Las estaciones de conversión HVDC están equipadas con reactores suavizadores para hacer que la salida de CD sea lo más cercana posible a la ideal. Los reactores suavizadores también son esenciales en los accionamientos de CD controlados por tiristores. En los circuitos rectificadores, especialmente en los suministros de potencia de frecuencia media, sus funciones principales incluyen:

• Limitar la corriente de cortocircuito (durante la conmutación de los tiristores del inversor, la conducción simultánea es equivalente a un cortocircuito directo en la salida del puente rectificador); sin un reactor, esto causaría un cortocircuito directo;

• Suprimir la influencia de los componentes de frecuencia media en la red eléctrica;

• Efecto de filtrado—la corriente rectificada contiene componentes de CA; la CA de alta frecuencia se ve obstaculizada por la gran inductancia—asegurando una onda de corriente de salida continua. Una corriente discontinua (con intervalos de corriente cero) haría que el puente inversor se detenga, resultando en una condición de circuito abierto en el puente rectificador;

• En circuitos de inversores paralelos, se intercambia potencia reactiva en la entrada; por lo tanto, los elementos de almacenamiento de energía—reactores—son esenciales en el circuito de entrada.

Notas Importantes

Los reactores en las redes de potencia se utilizan para absorber la potencia reactiva capacitiva generada por las líneas de cable. Al ajustar el número de reactores shunt, se puede regular la tensión de operación del sistema. Los reactores shunt de ultra-alta tensión (UHV) sirven múltiples funciones relacionadas con la gestión de la potencia reactiva en los sistemas de potencia, incluyendo:

• Mitigar el efecto capacitivo en líneas de transmisión con carga ligera o sin carga, reduciendo las sobretensiones transitorias de frecuencia de potencia;

• Mejorar la distribución de tensión a lo largo de las líneas de transmisión largas;

• Equilibrar la potencia reactiva localmente en condiciones de carga ligera, evitando un flujo de potencia reactiva irrazonable y reduciendo las pérdidas de potencia en la línea;

• Reducir la tensión de frecuencia de potencia en estado estable en barras de alta tensión cuando grandes generadores se sincronizan con la red, facilitando la sincronización del generador;

• Prevenir la resonancia de autoexcitación que puede ocurrir cuando los generadores se conectan a líneas de transmisión largas;

• Cuando el neutro del reactor está conectado a tierra a través de un pequeño reactor, este pequeño reactor puede compensar la capacitancia inter-fase y fase a tierra, acelerando la extinción autónoma de las corrientes residuales y permitiendo el recierre automático de un polo.

Los reactores se conectan ya sea en serie o en paralelo. Los reactores serie se utilizan típicamente para limitar la corriente, mientras que los reactores shunt se utilizan comúnmente para la compensación de potencia reactiva.

• Reactor Shunt: En sistemas de transmisión de ultra-alta tensión a larga distancia, se conectan a la tercera bobina de los transformadores para compensar la corriente de carga capacitiva de las líneas de transmisión, limitar el aumento de tensión y las sobretensiones de conmutación, y asegurar el funcionamiento confiable del sistema.

• Reactor Serie: Instalados en circuitos de capacitores, se utilizan cuando el banco de capacitores se energiza.