Funzioni e classificazioni dei reattori

Il reattore è anche chiamato induttore. Quando un conduttore è energizzato, genera un campo magnetico all'interno di un certo spazio che occupa. Pertanto, tutti i conduttori elettrici-che trasportano corrente presentano proprietà induttive generali. Tuttavia, un lungo conduttore rettilineo energizzato ha una bassa induttanza e produce un debole campo magnetico. In pratica, i reattori sono realizzati avvolgendo i fili in un solenoide, noto come reattore con nucleo ad aria-; a volte un nucleo di ferro viene inserito nel solenoide per aumentare l'induttanza, formando un reattore con nucleo di ferro.

 

Funzioni dei reattori

1.Con l'espansione della capacità della rete elettrica, la capacità nominale di cortocircuito-del sistema aumenta rapidamente. Ad esempio, sul lato a bassa-tensione da 35 kV di una sottostazione da 500 kV, il valore effettivo massimo della corrente di cortocircuito- trifase simmetrica si avvicina a 50 kA. Per limitare la corrente di cortocircuito-nelle linee di trasmissione e proteggere le apparecchiature elettriche, è necessario installare dei reattori. I reattori riducono la corrente di cortocircuito-e mantengono stabile la tensione del sistema durante i cortocircuiti.

2.L'installazione di una reattanza di smorzamento (reattanza in serie) in un circuito del condensatore sopprime la corrente di spunto quando il circuito del condensatore è energizzato. Forma inoltre un circuito armonico con il banco di condensatori per filtrare varie armoniche.

⑴.Ad esempio, nel circuito del condensatore di un dispositivo di compensazione della potenza reattiva da 35 kV in una sottostazione da 500 kV, sono necessari reattori di smorzamento per limitare la corrente di spunto di commutazione del condensatore e sopprimere le armoniche del sistema. Per sopprimere la terza armonica, viene utilizzata una tensione nominale di 35 kV, un'induttanza nominale di 26,2 mH, una corrente nominale di 350 A, viene utilizzata una reattanza di smorzamento esterna monofase di tipo secco-aria-con nucleo-per esterni, formando un circuito risonante della terza armonica (filtro) con un condensatore da 2,52 Mvar.

⑵.Allo stesso modo, per sopprimere la quinta armonica e quelle superiori, un reattore di smorzamento esterno monofase da 35 kV, 9,2 mH, 382 A-forma un circuito risonante per la quinta armonica e quelle superiori con un condensatore da 2,52 Mvar. Si noti che l'uso e le specifiche tecniche dei reattori di smorzamento sono specificati nello standard nazionale GB 10229-88 Reactors e nello standard internazionale IEC 289-88.

 

Ruolo dei reattori nei dispositivi di compensazione della potenza reattiva

Lo sviluppo di sistemi di alimentazione a 500 kV, ferrovie elettrificate e grandi basi in ferro e acciaio richiede l'installazione diCompensatori Var Statici (SVC) nelle principali sottostazioni hub.

Gli SVC rispondono rapidamente alle variazioni di carico (tempo di risposta tipico 0,02–0,04 s) e forniscono una potenza reattiva regolare e una regolazione della tensione. Stabilizzano la tensione di rete, compensano efficacemente il fattore di potenza reattiva del sistema, sopprimono le fluttuazioni di tensione, mantengono l'equilibrio trifase- e smorzano le oscillazioni sub-sincrone.

Gli SVC installati negli hub della rete riducono anche le sovratensioni transitorie. Le principali reti elettriche richiedono quindi sottostazioni di grandi e medie-dimensioni per installare reattori per la compensazione e il bilanciamento locali della potenza reattiva capacitiva per garantire un funzionamento sicuro.

I reattori sono componenti chiave delle apparecchiature di compensazione della potenza reattiva. I reattori shunt forniscono reattanza induttiva per assorbire la potenza reattiva capacitiva in eccesso, che è essenziale durante la fase iniziale di trasmissione bassa e i carichi luminosi a tarda notte.

In questi casi, la perdita reattiva della linea di trasmissione è bassa; a causa dell'effetto capacitivo, la potenza reattiva generata supera la potenza reattiva consumata, lasciando una potenza reattiva capacitiva in eccesso. I reattori shunt devono assorbire questo surplus per mantenere l'equilibrio reattivo e i livelli di tensione; in caso contrario, la sovratensione mette a rischio la sicurezza del sistema.

Per ridurre il numero di tiristori e risparmiare sull'investimento in SVC, si tende a massimizzarloCondensatore commutato a tiristore (TSC)e la capacità del reattore controllato a tiristori (TCR).

Alcuni SVC eliminano il ramo TSC e utilizzano invece banchi di condensatori fissi (FC).

Per mantenere una potenza reattiva e una regolazione della tensione fluide e continue, è necessario aumentare la capacità totale del reattore shunt.

Pertanto, l’utilizzo del reattore continua a crescere. I reattori di smorzamento in serie con i circuiti dei condensatori forniscono anche la compensazione della potenza reattiva oltre a limitare la corrente di spunto e le armoniche.

 

Applicazione dei reattori nei convertitori di frequenza

Funzione dei reattori di ingresso

Reattori di ingressolimitare i picchi di corrente derivanti dalle fluttuazioni della tensione di rete e dalle sovratensioni di commutazione, regolare i picchi di tensione nell'alimentazione e correggere i difetti di tensione indotti dalla commutazione nei raddrizzatori a ponte. Proteggono i convertitori di frequenza, migliorano il fattore di potenza, bloccano le interferenze della rete e riducono l'inquinamento armonico proveniente dai raddrizzatori.

Funzione dei reattori di uscita

Reattori di uscitacompensa principalmente la capacità distribuita in cavi lunghi (50–200 m), sopprime la corrente armonica di uscita, aumenta l'impedenza di uscita ad alta frequenza, limita efficacemente dv/dt, riduce la corrente di dispersione ad alta frequenza, protegge i convertitori e riduce il rumore delle apparecchiature. I condensatori nella compensazione di potenza sono vulnerabili alla tensione e alla corrente armoniche, che causano guasti e un peggioramento del fattore di potenza, pertanto è necessario un trattamento delle armoniche.

Funzione dei reattori CC

I reattori CC sono collegati tra le sezioni del raddrizzatore CC e dell'inverter di un azionamento a frequenza variabile. Il loro scopo principale è limitare l'ondulazione CA sovrapposta alla corrente CC, mantenere la corrente continua del raddrizzatore, ridurre le pulsazioni di corrente, stabilizzare il funzionamento dell'inverter e migliorare il fattore di potenza del convertitore.

 

Tipi di reattori

Reattore shunt

I reattori utilizzati per i test a pieno carico dei generatori sono prototipi di reattori shunt. A causa delle forze attrattive derivanti dai campi magnetici alternati tra i nuclei segmentati, i reattori a nucleo sono in genere circa 10 dB più rumorosi rispetto ai trasformatori di pari capacità.

I reattori shunt trasportano corrente CA e compensano la reattanza capacitiva del sistema. Solitamente sono collegati in serie con tiristori per la regolazione continua della corrente di reattanza. Mitigano la sovratensione della frequenza di alimentazione derivante dagli effetti della capacità di linea lunga in condizioni di assenza di carico o di carico leggero, migliorano la distribuzione della tensione e della potenza reattiva, riducono le perdite di linea, diminuiscono la corrente dell'arco secondario, accelerano l'estinzione dell'arco secondario, migliorano il tasso di successo della richiusura automatica e sono ampiamente utilizzati nella trasmissione e distribuzione di energia a lunga distanza.

Reattore in serie

I reattori in serie trasportano corrente CA e sono collegati in serie con condensatori di compensazione per creare risonanza in serie per le armoniche in stato stazionario (5a, 7a, 11a, 13a). Sono tipicamente reattori al 5–6% con elevata induttanza.

I reattori in serie sono apparecchiature di supporto essenziali per la compensazione della potenza reattiva del sistema di alimentazione. Se combinati con condensatori di potenza, sopprimono efficacemente le armoniche di rete, limitano la corrente di spunto di commutazione e le sovratensioni di funzionamento, migliorano la forma d'onda della tensione, aumentano il fattore di potenza e migliorano notevolmente il funzionamento sicuro dei condensatori e di altre apparecchiature di potenza.

Reattore sintonizzato

Reattori sintonizzatitrasportano corrente CA e sono collegati in serie con condensatori per creare una risonanza in serie per una n-esima armonica specificata (solitamente n=5,7,11,13,19) per assorbire quell'armonica.

Reattore di uscita

I reattori di uscita limitano la corrente di carica capacitiva nei cavi del motore e limitano la velocità di aumento della tensione dell'avvolgimento del motore entro 540 V/μs. Sono consigliati quando la lunghezza del cavo tra un convertitore da 4–90 kW e un motore supera i 50 m. Inoltre attenuano la pendenza della tensione di uscita del convertitore e riducono i disturbi ai componenti dell'inverter come gli IGBT.

Istruzioni per la reattanza di uscita: per aumentare la distanza dal convertitore al motore, utilizzare cavi adeguatamente più spessi e con isolamento più elevato, preferibilmente non schermati.

Caratteristiche del reattore di uscita:

1. Adatto per la compensazione della potenza reattiva e il controllo armonico.

2. Compensa principalmente la capacità distribuita a linea lunga e sopprime la corrente armonica in uscita.

3.Protegge efficacemente i convertitori di frequenza, migliora il fattore di potenza, blocca le interferenze della rete e riduce l'inquinamento armonico proveniente dai raddrizzatori.

Reattore di ingresso

I reattori di ingresso limitano la caduta di tensione lato rete durante la commutazione del convertitore, sopprimono le armoniche, disaccoppiano i gruppi di convertitori in parallelo e limitano i picchi di corrente derivanti da gradini di tensione o operazioni del sistema. Quando il rapporto tra la capacità di cortocircuito della rete e la capacità del convertitore supera 33:1, la caduta di tensione relativa delle induttanze di ingresso è del 2% per il funzionamento a quadrante singolo e del 4% per il funzionamento a quattro quadranti.

I reattori di ingresso sono consentiti quando la tensione di cortocircuito della rete supera il 6%. Le unità con raddrizzatore a impulsi necessitano di almeno una reattanza di ingresso lato rete con una caduta di tensione relativa del 2%. I reattori di ingresso sono ampiamente utilizzati nei sistemi di automazione industriale/di fabbrica, installati tra convertitori/regolatori di velocità e l'alimentatore per sopprimere sovratensioni e correnti e attenuare armoniche elevate e distorte.

Caratteristiche del reattore di ingresso:

1. Adatto per la compensazione della potenza reattiva e il controllo armonico.

2.Limita i picchi di corrente dovuti alle fluttuazioni della tensione di rete e alle sovratensioni di manovra; filtra le armoniche per sopprimere la distorsione della forma d'onda.

3.Attenua i picchi di tensione nell'alimentatore e corregge i difetti di tensione indotti dalla commutazione nei raddrizzatori a ponte.

Reattore-limitatore di corrente

I reattori-limitatori di corrente vengono generalmente utilizzati nelle linee di distribuzione. Sono spesso installati in serie su derivazioni della stessa sbarra collettrice per limitare la corrente di cortocircuito- dell'alimentatore e mantenere la tensione della sbarra collettrice durante i guasti della linea collettrice.

Bobina di soppressione dell'arco-

Le bobine di soppressione dell'arco-sono ampiamente utilizzate nei sistemi di messa a terra risonanti da 10 kV–63 kV. A causa della tendenza al funzionamento senza olio nelle sottostazioni, la maggior parte delle bobine di soppressione dell'arco-al di sotto di 35 kV sono di tipo fuso a secco.

Reattore di smorzamento

(Comunemente chiamato reattore in serie) Collegato in serie con banchi di condensatori o condensatori densi per limitare la corrente di spunto di commutazione del condensatore. Simile ai reattori limitatori di corrente. I reattori di filtro formano filtri risonanti con condensatori di filtro, tipicamente per il filtraggio delle armoniche dalla 3a alla 17a o il filtraggio passa-alto di ordine superiore. Le sorgenti armoniche includono stazioni di conversione della trasmissione CC, SVC a controllo di fase, raddrizzatori di medie e grandi dimensioni, ferrovie elettrificate e tutti i circuiti elettronici di potenza controllati da tiristori ad alta potenza; questi devono essere filtrati per prevenire l'inquinamento della rete. Le autorità energetiche specificano i limiti armonici.

Reattore di lisciatura

Utilizzato nei circuiti CC dopo il raddrizzamento. I circuiti raddrizzatori hanno un numero di impulsi finito, quindi la tensione CC in uscita contiene ondulazioni che sono spesso dannose e devono essere soppresse mediante reattori di livellamento. Tutte le stazioni di conversione della trasmissione CC sono dotate di reattori di livellamento per approssimare la CC ideale. Sono essenziali anche negli azionamenti elettrici CC basati su tiristori. Come componenti chiave nei circuiti raddrizzatori, i reattori di livellamento negli alimentatori a media frequenza principalmente:

1.Limitare la corrente di cortocircuito (la conduzione simultanea durante la commutazione del tiristore dell'inverter equivale a un cortocircuito diretto; nessun reattore provoca un cortocircuito diretto).

2.Eliminare i componenti a media frequenza che interessano la rete elettrica.

3.Filtro (la corrente del raddrizzatore contiene CA; la CA ad alta frequenza ha difficoltà a superare una grande induttanza) per mantenere continua l'uscita del raddrizzatore. La corrente discontinua provoca periodi di corrente zero, arrestando il ponte dell'inverter e aprendo il ponte raddrizzatore.

4. Assorbire la potenza reattiva nei circuiti inverter paralleli; nei circuiti di ingresso dell'inverter sono necessari reattori di accumulo di energia.