Quali sono i tipi di reattori Quali sono i ruoli chiave nei sistemi elettrici

Reattore (Induttore): Definizione e Tipi

Un reattore, noto anche come induttore, genera un campo magnetico nello spazio circostante quando la corrente scorre attraverso un conduttore. Pertanto, ogni conduttore che trasporta corrente possiede inerentemente induttanza. Tuttavia, l'induttanza di un conduttore rettilineo è piccola e produce un campo magnetico debole. I reattori pratici sono costruiti avvolgendo il conduttore in una forma solenoide, nota come reattore ad aria. Per aumentare ulteriormente l'induttanza, viene inserito un nucleo ferromagnetico all'interno del solenoide, formando un reattore a nucleo di ferro.

1. Reattore Shunt
Il prototipo dei reattori shunt era utilizzato per i test a pieno carico dei generatori. I reattori shunt a nucleo di ferro generano forze magnetiche alternate tra le sezioni del nucleo segmentato, risultando in livelli di rumore tipicamente 10 dB superiori rispetto ai trasformatori di capacità equivalente. I reattori shunt trasportano corrente alternata (CA) e vengono utilizzati per compensare la reattività capacitiva del sistema. Sono spesso connessi in serie con tiristori per consentire la regolazione continua della corrente reattiva.

2. Reattore Serie
I reattori serie trasportano corrente alternata (CA) e sono connessi in serie con i condensatori di potenza per formare un circuito risonante in serie per armoniche stazionarie (ad esempio, 5ª, 7ª, 11ª, 13ª armonica). I reattori serie tipici hanno valori di impedenza del 5-6% e sono considerati di tipo ad alta induttanza.

3. Reattore di Regolazione
I reattori di regolazione trasportano corrente alternata (CA) e sono connessi in serie con i condensatori per creare risonanza in serie a una frequenza armonica specificata (n), assorbendo così quella componente armonica. Le ordinate di regolazione comuni sono n = 5, 7, 11, 13 e 19.

4. Reattore di Uscita
Un reattore di uscita limita la corrente di carica capacitiva nei cavi del motore e limita il tasso di aumento della tensione sulle spire del motore a meno di 540 V/μs. È generalmente richiesto quando la lunghezza del cavo tra un variatore di frequenza (VFD) (da 4 a 90 kW) e il motore supera i 50 metri. Inoltre, smussa la tensione di uscita del VFD (riducendo la ripidità degli spigoli di commutazione), minimizzando le perturbazioni e lo stress sui componenti dell'inverter come gli IGBT.

Note di Applicazione per i Reattori di Uscita:
Per estendere la distanza tra VFD e motore, utilizzare cavi più spessi con isolamento migliorato, preferibilmente di tipo non schermato.

Caratteristiche dei Reattori di Uscita:

• Adatti per la compensazione della potenza reattiva e la mitigazione delle armoniche;

• Compensano la capacitività distribuita nei cavi lunghi e riducono le correnti armoniche di uscita;

• Proteggono efficacemente i VFD, migliorano il fattore di potenza, bloccano le interferenze dalla parte della rete e riducono l'inquinamento armonico dai gruppi rettificatori alla rete.

5. Reattore di Ingresso
Il reattore di ingresso limita i cali di tensione sul lato della rete durante la commutazione del convertitore, sopprime le armoniche e decolla i gruppi di convertitori paralleli. Inoltre, limita le sovratensioni causate da transitori di tensione della rete o da operazioni di commutazione. Quando il rapporto tra la capacità di cortocircuito della rete e la capacità del VFD supera 33:1, la caduta di tensione relativa del reattore di ingresso dovrebbe essere del 2% per l'operazione in un solo quadrante e del 4% per l'operazione in quattro quadranti. Il reattore può operare quando la tensione di cortocircuito della rete supera il 6%. Per un gruppo rettificatore a 12 pulsanti, è richiesto un reattore di ingresso sul lato linea con almeno una caduta di tensione del 2%. I reattori di ingresso sono ampiamente utilizzati nei sistemi di controllo automazione industriale e di fabbrica. Installati tra la rete elettrica e i VFD o i regolatori di velocità, essi sopprimono le sovratensioni e le sovracorrenti generate da questi dispositivi, attenuando significativamente le armoniche di ordine superiore e distorte nel sistema.

Caratteristiche dei Reattori di Ingresso:

• Adatti per la compensazione della potenza reattiva e la filtrazione delle armoniche;

• Limitano le sovratensioni causate da transitori di tensione della rete e sovratensioni di commutazione; filtrano le armoniche per ridurre la distorsione della forma d'onda di tensione;

• Smussano i picchi di tensione e le tacche di commutazione nei circuiti a ponte.

6. Reattore Limitatore di Corrente
I reattori limitatori di corrente sono tipicamente utilizzati nei circuiti di distribuzione. Sono connessi in serie con le linee di alimentazione che si diramano dalla stessa barra di bus per limitare la corrente di cortocircuito e mantenere la stabilità della tensione della barra durante i guasti, prevenendo cadute di tensione eccessive.

7. Bobina di Estinzione dell'Arco (Bobina di Petersen)
Largamente utilizzate in sistemi a terra risonante a 10kV–63kV, le bobine di estinzione dell'arco sono sempre più di progettazione a resina fusa senza olio, a causa della tendenza verso sottostazioni senza olio, specialmente per sistemi inferiori a 35kV.

8. Reattore Smorzante (spesso sinonimo di Reattore Serie)
Connessi in serie con banchi di condensatori o condensatori compatti, i reattori smorzanti limitano la corrente di innesco durante la commutazione dei condensatori—simile nella funzione ai reattori limitatori di corrente. Reattore Filtro: Quando connessi in serie con i condensatori filtro, formano circuiti filtro risonanti, tipicamente utilizzati per la filtrazione delle armoniche da 3ª a 17ª o per la filtrazione passa-alto di ordine superiore. Le stazioni convertitrici HVDC, i compensatori statici VAR a controllo di fase, i rettificatori di grande potenza, le ferrovie elettrificate e i circuiti elettronici ad alta potenza basati su tiristori sono tutte fonti di corrente armonica che devono essere filtrate per prevenire l'iniezione di armoniche nella rete. Le società di energia elettrica hanno regolamenti specifici riguardo ai livelli di armoniche nei sistemi di potenza.

9. Reattore Smorzante (Reattore di Collegamento DC)
I reattori smorzanti sono utilizzati in circuiti a corrente continua dopo la rettifica. Poiché i circuiti rettificatori producono un numero finito di impulsi, la tensione continua di uscita contiene un'ondulazione, che è spesso dannosa e deve essere soppressa da un reattore smorzante. Le stazioni convertitrici HVDC sono dotate di reattori smorzanti per rendere la tensione continua di uscita il più vicina possibile all'ideale. I reattori smorzanti sono anche essenziali nei motori a corrente continua controllati da tiristori. Nei circuiti rettificatori, specialmente nelle alimentazioni a media frequenza, le loro funzioni principali includono:

• Limitare la corrente di cortocircuito (durante la commutazione dei tiristori dell'inverter, la conduzione simultanea è equivalente a un cortocircuito diretto all'uscita del ponte rettificatore); senza un reattore, questo causerebbe un cortocircuito diretto;

• Sopprimere l'influenza delle componenti a media frequenza sulla rete elettrica;

• Effetto di filtraggio—la corrente rettificata contiene componenti di corrente alternata; la corrente alternata ad alta frequenza è ostacolata dall'alta induttanza—assicurando una forma d'onda continua della corrente di uscita. Una corrente discontinua (con intervalli di corrente zero) causerebbe l'arresto del ponte inverter, risultando in una condizione di apertura del circuito al ponte rettificatore;

• Nei circuiti inverter paralleli, la potenza reattiva viene scambiata all'ingresso; quindi, gli elementi di accumulo di energia—reattori—sono essenziali nel circuito di ingresso.

Note Importanti

I reattori nelle reti elettriche vengono utilizzati per assorbire la potenza reattiva capacitiva generata dalle linee a cavo. Regolando il numero di reattori shunt, si può regolare la tensione di funzionamento del sistema. I reattori shunt ad ultra-alta tensione (UHV) svolgono diverse funzioni correlate alla gestione della potenza reattiva nei sistemi di potenza, inclusi:

• Mitigare l'effetto capacitivo su linee di trasmissione leggermente caricate o a vuoto, riducendo le sovratensioni transitorie a frequenza di rete;

• Migliorare la distribuzione della tensione lungo linee di trasmissione lunghe;

• Bilanciare la potenza reattiva localmente in condizioni di carico leggero, prevenendo flussi di potenza reattiva irrazionali e riducendo le perdite di potenza sulla linea;

• Ridurre la tensione di rete a frequenza costante sulle barre di alta tensione quando grandi generatori vengono sincronizzati con la rete, facilitando la sincronizzazione dei generatori;

• Prevenire la risonanza autoeccitata che può verificarsi quando i generatori sono connessi a linee di trasmissione lunghe;

• Quando il neutro del reattore è collegato a terra tramite un piccolo reattore, questo può compensare la capacitance interfasce e fase-terra, accelerando l'estinzione spontanea delle correnti residue e abilitando il ricongiungimento automatico monofase.

I reattori possono essere connessi in serie o in parallelo. I reattori serie sono tipicamente utilizzati per limitare la corrente, mentre i reattori shunt sono comunemente utilizzati per la compensazione della potenza reattiva.

• Reattore Shunt: Nei sistemi di trasmissione ad ultra-alta tensione a lunga distanza, sono connessi all'avvolgimento terziario dei trasformatori per compensare la corrente di carica capacitiva delle linee di trasmissione, limitare l'aumento di tensione e le sovratensioni di commutazione, e garantire il funzionamento affidabile del sistema.

• Reattore Serie: Installati nei circuiti di condensatori, vengono utilizzati quando il banco di condensatori è alimentato.