Funções e classificações de reatores

O reator também é chamado de indutor. Quando um condutor é energizado, ele gera um campo magnético dentro de um determinado espaço que ocupa. Portanto, todos os condutores elétricos-que transportam corrente exibem propriedades indutivas gerais. No entanto, um condutor energizado longo e reto tem baixa indutância e produz um campo magnético fraco. Na prática, os reatores são feitos enrolando fios em um solenóide, conhecido como reator de núcleo de ar; às vezes, um núcleo de ferro é inserido no solenóide para aumentar a indutância, formando um reator com núcleo-de ferro.

 

Funções dos Reatores

1.Com a expansão da capacidade da rede elétrica, a capacidade nominal de-curto-circuito do sistema aumenta rapidamente. Por exemplo, no lado de baixa-tensão de 35kV de uma subestação de 500kV, o valor efetivo máximo da corrente de curto-curto-circuito-simétrico trifásico se aproxima de 50kA. Para limitar a corrente-de curto-circuito nas linhas de transmissão e proteger os equipamentos de energia, reatores devem ser instalados. Os reatores reduzem a corrente-de curto-circuito e mantêm a tensão do sistema estável durante curtos-circuitos.

2. A instalação de um reator de amortecimento (reator em série) em um circuito capacitor suprime a corrente de partida quando o circuito capacitor é energizado. Também forma um circuito harmônico com o banco de capacitores para filtrar vários harmônicos.

⑴.Por exemplo, no circuito do capacitor de um dispositivo de compensação de potência reativa de 35kV em uma subestação de 500kV, são necessários reatores de amortecimento para limitar a corrente de partida de comutação do capacitor e suprimir os harmônicos do sistema. Para suprimir os terceiros harmônicos, é usado um reator de amortecimento externo monofásico de tensão nominal de 35 kV, indutância nominal de 26,2 mH, corrente nominal de 350 A, tipo seco-ar-núcleo monofásico-, formando um circuito ressonante (filtro) de terceiro harmônico com um capacitor de 2,52Mvar.

⑵. Da mesma forma, para suprimir harmônicos de 5º e superiores, um reator de amortecimento externo monofásico de 35kV, 9,2mH, 382A-forma um circuito ressonante para harmônicos de 5º e superiores com um capacitor de 2,52Mvar. Observe que o uso e as especificações técnicas dos reatores de amortecimento estão especificados na norma nacional GB 10229-88 Reatores e na norma internacional IEC 289-88.

 

Papel dos reatores em dispositivos de compensação de potência reativa

O desenvolvimento de sistemas de energia de 500kV, ferrovias eletrificadas e grandes bases de ferro e aço requer a instalação deCompensadores estáticos de Var (SVC) nas principais subestações centrais.

Os SVCs respondem rapidamente às mudanças de carga (tempo de resposta típico de 0,02 a 0,04 s) e fornecem potência reativa suave e regulação de tensão. Eles estabilizam a tensão da rede, compensam efetivamente o fator de potência reativa do sistema, suprimem flutuações de tensão, mantêm o equilíbrio-trifásico e amortecem oscilações sub{4}}síncronas.

Os SVCs instalados nos centros da rede também reduzem as sobretensões transitórias. Portanto, as principais redes de energia exigem subestações de grande e médio{1}}tamanho para instalar reatores para compensação e balanceamento de energia reativa capacitiva local para garantir uma operação segura.

Os reatores são componentes-chave dos equipamentos de compensação de potência reativa. Os reatores shunt fornecem reatância indutiva para absorver o excesso de potência reativa capacitiva, o que é essencial durante baixas transmissões em estágio inicial e cargas leves noturnas.

Nestes casos, a perda reativa da linha de transmissão é baixa; devido ao efeito de capacitância, a potência reativa gerada excede a potência reativa consumida, deixando a potência reativa capacitiva excedente. Os reatores shunt devem absorver esse excedente para manter o equilíbrio reativo e os níveis de tensão; caso contrário, a sobretensão colocará em risco a segurança do sistema.

Para reduzir a contagem de tiristores e economizar investimento em SVC, há uma tendência para maximizarCapacitor comutado por tiristor (TSC)e capacidade do reator controlado por tiristor (TCR).

Alguns SVCs eliminam a filial TSC e usam bancos de capacitores fixos (FC).

Para manter a potência reativa e a regulação de tensão suaves e contínuas, a capacidade total do reator shunt deve ser aumentada.

Assim, o uso do reator continua a crescer. Os reatores de amortecimento em série com circuitos de capacitores também fornecem compensação de potência reativa, além de limitar a corrente de partida e os harmônicos.

 

Aplicação de Reatores em Conversores de Frequência

Função dos reatores de entrada

Reatores de entradalimitar surtos de corrente causados ​​por flutuações de tensão da rede e sobretensões de comutação, suavizar picos de tensão na alimentação e corrigir defeitos de tensão induzidos por comutação em retificadores de ponte. Eles protegem os conversores de frequência, melhoram o fator de potência, bloqueiam a interferência na rede e reduzem a poluição harmônica das unidades retificadoras.

Função dos reatores de saída

Reatores de saídacompensar principalmente a capacitância distribuída em cabos longos (50–200 m), suprimir a corrente harmônica de saída, aumentar a impedância de saída de alta frequência, limitar efetivamente dv/dt, reduzir a corrente de fuga de alta frequência, proteger conversores e diminuir o ruído do equipamento. Os capacitores na compensação de potência são vulneráveis ​​a tensões e correntes harmônicas, que causam falhas e degradação do fator de potência, portanto, é necessário tratamento harmônico.

Função dos reatores DC

Os reatores CC são conectados entre o retificador CC e as seções do inversor de um inversor de frequência. Seu principal objetivo é limitar a ondulação CA sobreposta à corrente CC, manter a corrente contínua do retificador, reduzir a pulsação da corrente, estabilizar a operação do inversor e melhorar o fator de potência do conversor.

 

Tipos de reatores

Reator de derivação

Os reatores usados ​​para testes de plena carga de geradores são protótipos de reatores shunt. Devido às forças atrativas dos campos magnéticos alternados entre núcleos segmentados, os reatores do tipo núcleo são normalmente cerca de 10 dB mais ruidosos do que os transformadores de igual capacidade.

Os reatores shunt transportam corrente CA e compensam a reatância capacitiva do sistema. Eles geralmente são conectados em série com tiristores para regulação contínua da corrente de reatância. Eles atenuam a sobretensão na frequência de energia causada pelos efeitos da capacitância da linha longa sob condições sem carga ou com carga leve, melhoram a distribuição de tensão e de energia reativa, reduzem a perda de linha, diminuem a corrente do arco secundário, aceleram a extinção do arco secundário, melhoram a taxa de sucesso do religamento automático e são amplamente utilizados na transmissão e distribuição de energia de longa distância.

Reator em série

Os reatores em série transportam corrente CA e são conectados em série com capacitores de compensação para criar ressonância em série para harmônicos em estado estacionário (5º, 7º, 11º, 13º). Normalmente são reatores de 5–6% com alta indutância.

Os reatores em série são equipamentos de suporte essenciais para compensação de potência reativa do sistema de energia. Quando combinados com capacitores de potência, eles suprimem efetivamente os harmônicos da rede, limitam a corrente de partida de comutação e as sobretensões operacionais, melhoram a forma de onda da tensão, aumentam o fator de potência e melhoram significativamente a operação segura de capacitores e outros equipamentos de energia.

Reator sintonizado

Reatores sintonizadostransportam corrente CA e são conectados em série com capacitores para criar ressonância em série para um n-ésimo harmônico especificado (geralmente n=5,7,11,13,19) para absorver esse harmônico.

Reator de saída

Os reatores de saída limitam a corrente de carga capacitiva nos cabos do motor e restringem a taxa de aumento de tensão do enrolamento do motor a 540 V/μs. Eles são recomendados quando o comprimento do cabo entre um conversor de 4–90 kW e o motor excede 50 m. Eles também suavizam a inclinação da tensão de saída do conversor e reduzem a perturbação nos componentes do inversor, como os IGBTs.

Instruções do reator de saída: Para aumentar a distância do conversor ao motor, use cabos adequadamente mais grossos, com maior isolamento e de preferência não blindados.

Recursos do reator de saída:

1.Adequado para compensação de potência reativa e controle harmônico.

2. Compensa principalmente a capacitância distribuída de linha longa e suprime a corrente harmônica de saída.

3. Protege eficazmente os conversores de frequência, melhora o fator de potência, bloqueia a interferência da rede e reduz a poluição harmônica das unidades retificadoras.

Reator de entrada

Os reatores de entrada limitam a queda de tensão no lado da rede durante a comutação do conversor, suprimem harmônicos, desacoplam grupos de conversores paralelos e restringem surtos de corrente provenientes de etapas de tensão ou operações do sistema. Quando a relação entre a capacidade de curto-circuito da rede e a capacidade do conversor excede 33:1, a queda de tensão relativa dos reatores de entrada é de 2% para operação em quadrante único e 4% para operação em quatro quadrantes.

Reatores de entrada são permitidos quando a tensão de curto-circuito da rede excede 6%. 12-as unidades retificadoras de pulso precisam de pelo menos um reator de entrada no lado da rede com queda de tensão relativa de 2%. Os reatores de entrada são amplamente utilizados em sistemas de automação industrial/de fábrica, instalados entre conversores/controladores de velocidade e a fonte de alimentação para suprimir tensões e correntes de surto e atenuar harmônicos altos e distorcidos.

Recursos do reator de entrada:

1.Adequado para compensação de potência reativa e controle harmônico.

2. Limita surtos de corrente causados ​​por flutuações de tensão da rede e sobretensões de comutação; filtra harmônicos para suprimir a distorção da forma de onda.

3.Suaviza picos de tensão na fonte de alimentação e corrige defeitos de tensão induzidos por comutação em retificadores de ponte.

Reator-limitador atual

Reatores-limitadores de corrente geralmente são usados ​​em linhas de distribuição. Eles são frequentemente instalados em série em alimentadores de ramificação do mesmo barramento para limitar a corrente de curto-circuito do alimentador e manter a tensão do barramento durante faltas no alimentador.

Bobina-de supressão de arco

As bobinas-de supressão de arco são amplamente utilizadas em sistemas de aterramento ressonante de 10kV a 63kV. Devido à tendência de ausência de óleo nas subestações, a maioria das bobinas-de supressão de arco abaixo de 35kV são do tipo fundido a seco.

Reator de Amortecimento

(Comumente chamado de Reator em Série) Conectado em série com bancos de capacitores ou capacitores densos para limitar a corrente de partida de comutação do capacitor. Semelhante aos reatores limitadores de corrente. Os reatores de filtro formam filtros ressonantes com capacitores de filtro, normalmente para filtragem de 3º a 17º harmônicos ou filtragem passa-alta de ordem superior. As fontes harmônicas incluem estações conversoras de transmissão CC, SVCs controlados por fase, retificadores de médio/grande porte, ferrovias eletrificadas e todos os circuitos eletrônicos de potência controlados por tiristores de alta potência; estes devem ser filtrados para evitar a poluição da rede. As autoridades de energia especificam limites harmônicos.

Reator de Suavização

Usado em circuitos DC após retificação. Os circuitos retificadores têm números de pulsos finitos, portanto a tensão CC de saída contém ondulação que geralmente é prejudicial e deve ser suprimida por reatores de suavização. Todas as estações conversoras de transmissão CC são equipadas com reatores de suavização para aproximarem-se da CC ideal. Eles também são essenciais em acionamentos elétricos CC baseados em tiristores. Como componentes principais em circuitos retificadores, os reatores de suavização em fontes de alimentação de média frequência são principalmente:

1. Limitar a corrente de curto-circuito (a condução simultânea durante a comutação do tiristor do inversor é equivalente ao curto-circuito direto; nenhum reator causa curto-circuito direto).

2. Suprima os componentes de média frequência que afetam a rede elétrica.

3.Filtro (a corrente do retificador contém CA; CA de alta frequência tem dificuldade em passar grandes indutâncias) para manter a saída do retificador contínua. A corrente descontínua causa períodos de corrente zero, parando a ponte inversora e abrindo a ponte retificadora.

4.Absorver potência reativa em circuitos inversores paralelos; reatores de armazenamento de energia são necessários nos circuitos de entrada do inversor.