Que Tipos de Reactores Existen Asociados a Sistemas Eléctricos Papel Clave en Sistemas de Potencia

Reactor (Inductor): Definición e Tipos

Un reactor, tamén coñecido como inductor, xera un campo magnético no espazo circundante cando a corrente flúe a través dun conductor. Polo tanto, calquera conductor que transporta corrente posúe inductancia de forma intrínseca. No entanto, a inductancia dun conductor recto é pequena e produce un campo magnético débil. Os reactores prácticos están construídos enrollando o conductor nunha forma solenoidal, coñecida como reactor de núcleo de aire. Para aumentar aínda máis a inductancia, insérese un núcleo ferromagnético dentro do solenoide, formando un reactor de núcleo de ferro.

1. Reactor en Paralelo
Os prototipos de reactores en paralelo usáronse para probas de carga completa de xeradores. Os reactores en paralelo de núcleo de ferro xeran forzas magnéticas alternas entre seccións de núcleo segmentadas, resultando en niveis de ruido xeralmente 10 dB superiores aos das transformadoras de capacidade equivalente. Os reactores en paralelo transportan corrente alterna (CA) e úsanse para compensar a reactividade capacitiva do sistema. Oftas veces están conectados en serie con tiristores para permitir a regulación continua da corrente reactiva.

2. Reactor en Serie
Os reactores en serie transportan corrente alterna (CA) e están conectados en serie con condensadores de potencia para formar un circuito de resonancia en serie para armónicos estacionarios (por exemplo, os armónicos 5º, 7º, 11º, 13º). Os reactores en serie típicos teñen valores de impedancia de 5–6% e consideranse de tipo de alta inductancia.

3. Reactor de Afinación
Os reactores de afinación transportan CA e están conectados en serie con condensadores para crear resonancia en serie a unha frecuencia armónica especificada (n), absorbindo así ese compoñente armónico. As ordes comúns de afinación son n = 5, 7, 11, 13 e 19.

4. Reactor de Saída
Un reactor de saída limita a corrente de carga capacitiva nos cabos de motores e restrinxe a taxa de aumento de tensión nos devandos do motor a menos de 540 V/μs. Xeralmente é necesario cando a lonxitude do cabo entre un variador de frecuencia (VFD) (4–90 kW) e o motor excede os 50 metros. Tamén suaviza a tensión de saída do VFD (reducindo a pendente dos bordes de conmutación), minimizando as perturbacións e a tensión nos componentes inversores como IGBTs.

Notas de aplicación para Reactores de Saída:
Para estender a distancia entre o VFD e o motor, úsense cabos máis grossos con aislamento mellorado, preferentemente de tipos non blindados.

Características dos Reactores de Saída:

• Apto para a compensación de potencia reactiva e a mitigación de armónicos;

• Compensa a capacitancia distribuída en cabos longos e suprime as correntes armónicas de saída;

• Protece eficazmente os VFDs, mellora o factor de potencia, bloquea as interferencias do lado da rede e reduce a contaminación harmónica dende as unidades rectificadoras á rede.

5. Reactor de Entrada
O reactor de entrada limita as caídas de tensión no lado da rede durante a conmutación do conversor, suprime os armónicos e desacopla grupos de conversores en paralelo. Tamén limita as sobrecorrentes causadas por transitorios de tensión da rede ou operacións de conmutación. Cando a relación entre a capacidade de curto-circuito da rede e a capacidade do VFD excede 33:1, a caída relativa de tensión do reactor de entrada debe ser do 2% para operación de un só cuadrante e do 4% para operación de catro cuadrantes. O reactor pode operar cando a tensión de curto-circuito da rede excede o 6%. Para unha unidade rectificadora de 12 pulsos, requirese un reactor de lado de liña con polo menos unha caída de tensión do 2%. Os reactores de entrada son ampliamente utilizados en sistemas de control de automatización industrial e fabril. Instalados entre a rede eléctrica e os VFDs ou reguladores de velocidade, suprimen as sobretensiones e sobrecorrentes xeradas por estes dispositivos, atenuando significativamente os armónicos de orde superior e distorcidos no sistema.

Características dos Reactores de Entrada:

• Apto para a compensación de potencia reactiva e a filtragem de armónicos;

• Limita as sobrecorrentes causadas por transitorios de tensión da rede e sobretensiones de conmutación; filtra os armónicos para reducir a distorsión da forma de onda de tensión;

• Suaviza as picas de tensión e as muescas de conmutación do ponte rectificador.

6. Reactor Limitador de Corrente
Os reactores limitadores de corrente usan-se tipicamente en circuitos de distribución. Están conectados en serie con liñas de alimentación que se ramifican da mesma barra de barramento para limitar a corrente de curto-circuito e manter a estabilidade da tensión da barra durante fallos, evitando caídas excesivas de tensión.

7. Bobina de Supresión de Arco (Bobina de Petersen)
Ampliamente utilizadas en sistemas de terração resonante a 10kV–63kV, as bobinas de supresión de arco son cada vez máis de deseño de resina fundida seca debido á tendencia cara a subestacións sen óleo, especialmente para sistemas abaixo de 35kV.

8. Reactor de Amortiguación (oftas veces sinónimo de Reactor en Serie)
Conectados en serie con bancos de condensadores ou condensadores compactos, os reactores de amortiguación limitan a corrente de inrush durante a conmutación de condensadores, similar en función aos reactores limitadores de corrente. Reactor Filtro: Cando están conectados en serie con condensadores de filtro, forman circuitos de filtro resonante, xeralmente utilizados para a filtraxe de armónicos de 3º a 17º ou filtros de paso alto de orde superior. As estacións conversoras de corrente continua, os compensadores estáticos de var de control de fase, os rectificadores grandes, as ferrovías electrificadas e os circuitos electrónicos de alto poder baseados en tiristores son todas fontes de corrente armónica que deben ser filtradas para evitar a inyección de armónicos na rede. As empresas de enerxía eléctrica teñen rexulacións específicas sobre os niveis de armónicos nos sistemas de enerxía.

9. Reactor de Suavizado (Reactor de Enlace DC)
Os reactores de suavizado úsanse en circuitos de corrente continua após a rectificación. Dado que os circuitos rectificadores producen un número finito de pulsos, a tensión de corrente continua de saída contén ondulación, que adoita ser perjudicial e debe suprimirse mediante un reactor de suavizado. As estacións conversoras de corrente continua están equipadas con reactores de suavizado para facer que a corrente continua de saída sexa o máis próxima posible ao ideal. Os reactores de suavizado son tamén esenciais en controladores de corrente continua controlados por tiristores. Nos circuitos rectificadores, especialmente nas fontes de alimentación de media frecuencia, as súas funcións principais inclúen:

• Limitar a corrente de curto-circuito (durante a conmutación dos tiristores do inversor, a conducción simultánea é equivalente a un curto-circuito directo na saída do puente rectificador); sen un reactor, isto provocaría un curto-circuito directo;

• Suprimir a influencia dos compoñentes de media frecuencia na rede eléctrica;

• Efecto de filtraxe—la corrente rectificada contén compoñentes de corrente alterna; a corrente alterna de alta frecuencia está impedida pola gran inductancia—asegurando unha forma de onda de corrente de saída continua. Unha corrente discontinua (con intervalos de corrente cero) faría que o puente inversor deixase de funcionar, resultando nunha condición de circuito aberto no puente rectificador;

• En circuitos inversores en paralelo, a potencia reactiva intercambia na entrada; polo tanto, os elementos de almacenamento de enerxía—reactores—son esenciais no circuito de entrada.

Notas Importantes

Os reactores nas redes eléctricas úsanse para absorber a potencia reactiva capacitiva xerada polas liñas de cable. Axitando o número de reactores en paralelo, pódese regular a tensión de operación do sistema. Os reactores en paralelo de ultra-alta tensión (UHV) teñen múltiples funcións relacionadas coa xestión de potencia reactiva nos sistemas de enerxía, incluíndo:

• Mitigar o efecto capacitivo en liñas de transmisión pouco cargadas ou sen carga, reducindo as sobretensiones transitórias de frecuencia de potencia;

• Melorar a distribución de tensión ao longo das liñas de transmisión longas;

• Equilibrar a potencia reactiva localmente en condicións de carga leve, evitando un flujo de potencia reactiva irrazoable e reducindo as perdas de potencia na liña;

• Reducir a tensión de potencia de frecuencia estacionaria en barras de alta tensión cando xeradores grandes se sincronizan coa rede, facilitando a sincronización do xerador;

• Prevenir a autoexcitación resonante que pode ocorrer cando os xeradores están conectados a liñas de transmisión longas;

• Cando o neutro do reactor está aterrado a través dun pequeno reactor, este pequeno reactor pode compensar a capacitancia interfasial e fase-a-terra, acelerando a extinción automática das correntes residuais e permitindo o recierre automático de polo único.

Os reactores están conectados xa sea en serie ou en paralelo. Os reactores en serie usan-se xeralmente para limitar a corrente, mentres que os reactores en paralelo son comúnmente usados para a compensación de potencia reactiva.

• Reactor en Paralelo: Nos sistemas de transmisión de ultra-alta tensión a longa distancia, están conectados ao enrolamento terciario de transformadores para compensar a corrente de carga capacitiva das liñas de transmisión, limitar o aumento de tensión e as sobretensiones de conmutación, e asegurar a operación fiable do sistema.

• Reactor en Serie: Instalados en circuitos de condensadores, úsanse cando o banco de condensadores está energizado.