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Reattore ad aria (ACR) che sfrutta l'induzione elettromagnetica

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Reattore con nucleo d'aria (ACR)

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Un reattore a nucleo d'aria (ACR) è un tipo di reattore elettrico (induttore) che utilizza un avvolgimento a bobina privo di nucleo magnetico in ferro o acciaio. La sua induttanza è generata dal campo magnetico prodotto nell'aria circostante. È ampiamente utilizzato nei sistemi di trasmissione e distribuzione per la limitazione della corrente, il filtraggio delle armoniche, il controllo della potenza reattiva e il miglioramento della qualità dell’energia.

1. Principio di funzionamento
Un reattore a nucleo d’aria funziona secondo il principio dell’induzione elettromagnetica:

La corrente alternata che attraversa la bobina crea un campo magnetico.
Il campo magnetico si oppone alle variazioni rapide di corrente, producendo una reattanza induttiva (Xₗ).
Il reattore introduce impedenza nel circuito di potenza per controllare il flusso di corrente.

2. Struttura principale
I componenti tipici di un reattore a nucleo d’aria includono:
Gruppo bobina
·Avvolgimento cilindrico multistrato
·Conduttore in rame o alluminio
·Supporto isolante in resina epossidica/fibra di vetro
Nucleo cavo
·Struttura di supporto
·Cilindri o colonne in fibra di vetro
·Rinforzi meccanici per resistere alle forze di cortocircuito
Raffreddamento
·Raffreddamento ad aria naturale (AN / autoraffreddato)
·Non richiede olio per trasformatori
Morsetti
·Piastrine di collegamento in alluminio o rame
·Progettati per resistere a elevate correnti di guasto

3. Tipi di reattori con nucleo d’aria

A.) Reattore limitatore di corrente
Scopo:
·Ridurre i livelli di corrente di cortocircuito
·Proteggere quadri elettrici e trasformatori
Applicazioni:
·Sottostazioni
·Collegamenti di generatori
·Sistemi di alimentazione industriali
Esempio:
·Un reattore installato tra un generatore e una sbarra collettrice limita la corrente di guasto, consentendo agli interruttori di rimanere entro i propri valori nominali di interruzione.

B.) Reattore filtro armonico
Utilizzato con banchi di condensatori per:
·Ridurre la distorsione armonica
·Prevenire la risonanza
·Migliorare la qualità dell’energia
Applicazioni:
·Azionamenti a frequenza variabile (VFD)
·Sistemi di energia rinnovabile
·Convertitori industriali

C.) Reattore di derivazione
Utilizzato per la compensazione della potenza reattiva:
·Assorbe la corrente di carica capacitiva
·Controlla l’aumento di tensione su cavi lunghi e linee di trasmissione
Comune in:
·Linee di trasmissione EHV
·Sistemi di cavi sotterranei

D.) Reattore in serie per banchi di condensatori
Installato in serie con i banchi di condensatori per:
·Limitare la corrente di spunto
·Prevenire la risonanza armonica
·Proteggere le unità di condensatori

4. Vantaggi
·Assenza di saturazione: induttanza stabile in presenza di corrente elevata
·Basse perdite: assenza di perdite nel nucleo di ferro
·Bassa rumorosità: assenza di magnetostrizione dovuta al nucleo in acciaio
·Risposta rapida: adatto a condizioni transitorie
·Design semplice: costruzione a secco
·Esente da manutenzione: assenza di sistema a olio

5. Specifiche tipiche
·Classe di tensione: da 1 kV a 765 kV
·Frequenza: 50/60 Hz
·Capacità: da kVAR a diverse centinaia di MVAR
·Raffreddamento: raffreddamento ad aria naturale
·Installazione: interna o esterna
·Conduttore: rame / alluminio
·Isolamento: a secco

6. Applicazioni comuni
·Limitazione della corrente di guasto dei generatori
·Sottostazioni AT/MT
·Impianti di energia rinnovabile
·Stazioni di conversione HVDC
·Sistemi di forni ad arco
·Azionamenti di motori industriali
·Banche di condensatori
·Sistemi di mitigazione delle armoniche

Riepilogo del reattore a nucleo d’aria (ACR):
Un ACR è un dispositivo induttivo a secco senza nucleo progettato per aggiungere impedenza controllata alle reti elettriche. I suoi principali vantaggi sono le prestazioni lineari, l’assenza di saturazione magnetica e il funzionamento affidabile ad alta corrente, che ne determinano l’ampio impiego nei moderni sistemi di alimentazione per la limitazione della corrente di guasto e il controllo della qualità dell’energia.