Quais são os Tipos de Reatores Chaves nos Sistemas de Energia

Reator (Indutor): Definição e Tipos

Um reator, também conhecido como indutor, gera um campo magnético no espaço circundante quando a corrente flui através de um condutor. Portanto, qualquer condutor que conduza corrente possui inductância inerentemente. No entanto, a inductância de um condutor retilíneo é pequena e produz um campo magnético fraco. Reatores práticos são construídos enrolando o condutor em forma de solenóide, conhecido como reator de núcleo de ar. Para aumentar ainda mais a inductância, um núcleo ferromagnético é inserido no solenóide, formando um reator de núcleo de ferro.

1. Reator de Derivação
O protótipo dos reatores de derivação foi usado para testes de carga total de geradores. Reatores de derivação com núcleo de ferro geram forças magnéticas alternadas entre as seções do núcleo segmentado, resultando em níveis de ruído tipicamente 10 dB mais altos que transformadores de capacidade equivalente. Reatores de derivação conduzem corrente alternada (CA) e são usados para compensar a reatância capacitiva do sistema. Eles são frequentemente conectados em série com tiristores para permitir a regulação contínua da corrente reativa.

2. Reator de Série
Reatores de série conduzem corrente CA e são conectados em série com capacitores de potência para formar um circuito de ressonância em série para harmônicos de estado estacionário (por exemplo, 5ª, 7ª, 11ª, 13ª harmônicas). Reatores de série típicos têm valores de impedância de 5-6% e são considerados tipos de alta indutância.

3. Reator de Afinamento
Reatores de afinamento conduzem corrente CA e são conectados em série com capacitores para criar ressonância em série em uma frequência harmônica especificada (n), absorvendo assim esse componente harmônico. As ordens de afinamento comuns são n = 5, 7, 11, 13 e 19.

4. Reator de Saída
Um reator de saída limita a corrente de carregamento capacitivo nos cabos de motor e restringe a taxa de aumento de tensão nas bobinas do motor para dentro de 540 V/μs. É geralmente necessário quando o comprimento do cabo entre um inversor de frequência variável (VFD) (4-90 kW) e o motor excede 50 metros. Ele também suaviza a tensão de saída do VFD (reduzindo a inclinação das bordas de comutação), minimizando perturbações e tensões nos componentes do inversor, como IGBTs.

Notas de Aplicação para Reatores de Saída:
Para estender a distância entre o VFD e o motor, use cabos mais grossos com isolamento aprimorado, preferencialmente tipos não blindados.

Características dos Reatores de Saída:

• Apropriado para compensação de potência reativa e mitigação de harmônicos;

• Compensa a capacitância distribuída em cabos longos e suprime as correntes harmônicas de saída;

• Protege efetivamente os VFDs, melhora o fator de potência, bloqueia interferências do lado da rede e reduz a poluição harmônica das unidades retificadoras à rede.

5. Reator de Entrada
O reator de entrada limita as quedas de tensão do lado da rede durante a comutação do conversor, suprime harmônicos e desacopla grupos de conversores paralelos. Também limita surtos de corrente causados por transientes de tensão da rede ou operações de chaveamento. Quando a relação entre a capacidade de curto-circuito da rede e a capacidade do VFD excede 33:1, a queda de tensão relativa do reator de entrada deve ser 2% para operação unidirecional e 4% para operação quadridirecional. O reator pode operar quando a tensão de curto-circuito da rede excede 6%. Para uma unidade retificadora de 12 pulsos, um reator de linha de entrada com pelo menos 2% de queda de tensão é necessário. Reatores de entrada são amplamente utilizados em sistemas de controle de automação industrial e fabril. Instalados entre a rede elétrica e os VFDs ou reguladores de velocidade, eles suprimem sobretensões e sobrecorrentes geradas por esses dispositivos, atenuando significativamente harmônicos de ordem superior e distorcidos no sistema.

Características dos Reatores de Entrada:

• Apropriado para compensação de potência reativa e filtragem de harmônicos;

• Limita surtos de corrente causados por transientes de tensão da rede e sobretensões de chaveamento; filtra harmônicos para reduzir a distorção da forma de onda da tensão;

• Suaviza picos de tensão e entalhes de comutação de retificadores em circuitos de ponte.

6. Reator Limitador de Corrente
Reatores limitadores de corrente são tipicamente usados em circuitos de distribuição. Eles são conectados em série com linhas de alimentação que se ramificam do mesmo barramento para limitar a corrente de curto-circuito e manter a estabilidade da tensão do barramento durante falhas, evitando quedas excessivas de tensão.

7. Bobina de Supressão de Arco (Bobina de Petersen)
Amplamente utilizadas em sistemas de terra resonante de 10kV–63kV, as bobinas de supressão de arco são cada vez mais de design de resina moldada a seco devido à tendência de subestações sem óleo, especialmente para sistemas abaixo de 35kV.

8. Reator de Amortecimento (muitas vezes sinônimo de Reator de Série)
Conectados em série com bancos de capacitores ou capacitores compactos, reatores de amortecimento limitam a corrente de inrush durante a comutação de capacitores—função similar aos reatores limitadores de corrente. Reator Filtro: Quando conectados em série com capacitores filtro, formam circuitos de filtro ressonantes, tipicamente usados para filtragem de 3ª a 17ª harmônicas ou filtragem de passa-alta de ordem superior. Estações conversoras de corrente contínua de alta tensão, compensadores estáticos de var fase controlados, retificadores grandes, ferrovias eletrificadas e circuitos eletrônicos de alta potência baseados em tiristores são todas fontes de corrente harmônica que devem ser filtradas para evitar a injeção de harmônicos na rede. As empresas de energia têm regulamentos específicos sobre os níveis de harmônicos nos sistemas de energia.

9. Reator de Suavização (Reator de Link DC)
Reatores de suavização são usados em circuitos DC após a retificação. Como os circuitos retificadores produzem um número finito de pulsos, a tensão DC de saída contém ondulações, que muitas vezes são prejudiciais e devem ser suprimidas por um reator de suavização. Estações conversoras de corrente contínua de alta tensão são equipadas com reatores de suavização para tornar a saída DC o mais próxima possível do ideal. Reatores de suavização também são essenciais em acionamentos DC controlados por tiristores. Em circuitos retificadores, especialmente fontes de alimentação de média frequência, suas principais funções incluem:

• Limitar a corrente de curto-circuito (durante a comutação de tiristores do inversor, a condução simultânea é equivalente a um curto-circuito direto na saída da ponte retificadora); sem um reator, isso causaria um curto-circuito direto;

• Suprimir a influência de componentes de média frequência na rede elétrica;

• Efeito de filtragem—a corrente retificada contém componentes AC; o AC de alta frequência é impedido pela grande inductância—garantindo uma forma de onda de corrente de saída contínua. Uma corrente descontínua (com intervalos de corrente zero) faria com que a ponte inversora parasse, resultando em uma condição de circuito aberto na ponte retificadora;

• Em circuitos inversores paralelos, a potência reativa é trocada na entrada; portanto, elementos de armazenamento de energia—reatores—são essenciais no circuito de entrada.

Notas Importantes

Reatores em redes elétricas são usados para absorver a potência reativa capacitiva gerada por linhas de cabos. Ajustando o número de reatores de derivação, a tensão de operação do sistema pode ser regulada. Reatores de derivação de ultra-alta tensão (UAT) servem várias funções relacionadas ao gerenciamento de potência reativa em sistemas de energia, incluindo:

• Mitigar o efeito capacitivo em linhas de transmissão levemente carregadas ou sem carga, reduzindo as sobretensões transitórias de frequência de potência;

• Melhorar a distribuição de tensão ao longo de linhas de transmissão longas;

• Balancear a potência reativa localmente em condições de carga leve, evitando fluxos de potência reativa irrazoáveis e reduzindo as perdas de energia na linha;

• Reduzir a tensão de frequência de potência em estado estacionário em barramentos de alta tensão quando grandes geradores são sincronizados à rede, facilitando a sincronização do gerador;

• Prevenir a ressonância de auto-excitação que pode ocorrer quando geradores estão conectados a linhas de transmissão longas;

• Quando o neutro do reator é aterrado via um pequeno reator, o pequeno reator pode compensar a capacitância inter-fase e fase-terra, acelerando a extinção automática das correntes residuais e permitindo o recolocamento automático de pólo único.

Os reatores são conectados em série ou em paralelo. Reatores de série são tipicamente usados para limitar a corrente, enquanto reatores de derivação são comumente usados para compensação de potência reativa.

• Reator de Derivação: Em sistemas de transmissão de ultra-alta tensão de longa distância, eles são conectados à terceira bobina de transformadores para compensar a corrente de carregamento capacitivo das linhas de transmissão, limitar o aumento de tensão e sobretensões de chaveamento, e garantir a operação confiável do sistema.

• Reator de Série: Instalados em circuitos de capacitores, são usados quando o banco de capacitores é energizado.