Sumário

• O que é um reator em derivação?
• Qual é a função de um reator em derivação?
• Principais componentes de um reator em derivação
• Referência

O que é um reator em derivação?

Segundo a norma NBR 5356-6 (2012) um reator em derivação é destinado a ser ligado entre fase e terra, entre fase e neutro ou entre fases em um sistema de potência, normalmente para compensar corrente capacitiva.

Fonte: Autoria própria

Qual é a função de um reator em derivação?

É um dos principais equipamentos elétricos utilizados para o controle de tensão. O reator possui a função de neutralizar certos efeitos indesejados da operação da linha, principalmente absorver o excesso de potência reativa capacitiva do sistema, assim eliminando o efeito Ferranti ou as excessivas quedas de tensão em regime de carga elevada. O equipamento também pode alterar artificialmente o comprimento da linha em relação ao comprimento de onda de duas formas: seu encurtamento, pela compensação integral dos elementos reativos, reduzindo-se a um circuito resistivo, ou seu prolongamento no sentido de seu comprimento elétrico se tornar equivalente a uma linha de meia-onda. Por fim, os reatores também podem reduzir sobretensões nos surtos de manobras. Os reatores em derivação são classificados de acordo com sua localização na subestação, eles são classificados como reatores de linha, de barra ou de terciários.

Fonte: CARVALHO; CORREIA; MENDES (2013, p. 281)

• Reatores de linha: como mostrado na imagem são instalados nas extremidades das linhas de transmissão para compensar a reatância capacitiva natural da linha, assim mantendo a tensão no valor desejado e eliminando o efeito Ferranti que provoca o aumento da tensão ao longo da linha de transmissão. No entanto, os reatores de linha só atuam nas extremidades, não eliminando as tensões elevadas no meio da linha.
• Reatores de barra: são instalados diretamente no barramento de saída das linhas em sistemas de tensões mais elevadas.
• Reatores de terciário: são instalados em enrolamentos terciários de um autotransformador em sistemas de baixa tensão.

Principais componentes de um reator em derivação

Um reator em derivação com núcleo ferromagnético é formado basicamente pelos seguintes componentes:

Fonte: CARVALHO; CORREIA; MENDES (2013, p. 289)

Núcleo

Possui a função de estabelecer uma rota para fluxo magnético gerado pela corrente do enrolamento. Adicionalmente, o núcleo magnético apresenta característica tensão-corrente (U.I) linear até um valor elevado de tensão. Dessa forma, uma indutância de valor elevado é também obtida, otimizando a capacidade de potência reativa do reator. O núcleo é constituído de chapas de aço com adição de silício (FeSi) laminadas a frio e isoladas com resina isolante. Diferente dos transformadores de potência, o núcleo de um reator possui uma ou mais colunas principais com enrolamentos, constituídas pela combinação alternada de segmento de aço magnético laminados radialmente com espaçadores de cerâmica (entreferro) como mostrado nas imagens.

Fonte: CARVALHO; CORREIA; MENDES (2013, p. 291)

Existe dois tipos de núcleo que são utilizados em reatores.

• Núcleo de ar: constituído por um enrolamento e uma estrutura mecânica adjacente, com projeto e construção adequados para a operação com expectativa de vida longa imerso no ar ambiente. Em geral possui grandes dimensões comparado com o núcleo magnético. Normalmente são mais utilizados nos reatores da América do Norte quando conectados ao enrolamento terciário de um autotransformador.
• Núcleo magnético: a maioria dos reatores em derivação que atuam no Brasil utiliza esse tipo de núcleo. Como mostrado antes, é constituído de segmentos de material ferromagnético com entreferros entre segmentos. Suas características resulta em um reator mais compacto, com menos perdas e mais econômico.

Enrolamento

Geralmente um reator em derivação só utiliza um enrolamento, em casos específicos se utiliza um enrolamento secundário de baixa potência e tensão para alimentar cargas de serviços auxiliares em subestações remotas e/ou cargas locais de baixa potência. Os enrolamentos são formadas por várias bobinas e espiras, construídas de condutores de cobre eletrolítico isolados tipicamente com papel isolante.

Existe 6 tipos de enrolamento, onde a aplicação de cada enrolamento varia de acordo com o nível de tensão que o reator irá operar.

• Disco contínuo: tipicamente utilizado em altas tensões até aproximadamente 92 kV (BIL 450 kV);
• Disco contínuo com blindagens internas (shielded disk): utilizados em altas tensões até 345 kV (BIL 1.175 kV). Alguns fabricantes utilizam essa tecnologia mesmo para maiores níveis de tensão;
• Disco em camada (disk layer): utilizados em altas tensões até 245 kV (BIL 1.050 kV). Alguns fabricantes utilizam essa tecnologia mesmo para maiores níveis de tensão;
• Disco entrelaçado: utilizados em extra-alta e ultra-alta tensões. Esse tipo de enrolamento é caracterizado por sua elevada capacitância série, resultando em distribuição aproximadamente linear das tensões do tipo impulso de alta frequência;
• Disco parcialmente entrelaçado: utilizados em extra-alta e ultra-alta tensões. Esse tipo de enrolamento é uma combinação do enrolamento tipo disco entrelaçado (em segmento adjacente ao terminal de entrada) e de disco contínuo. Assim, combina os benefícios de alto desempenho dos discos entrelaçados com o de fabricação otimizado das bobinas em disco contínuo;
• Camada: utilizados em extra-alta tensão. Nesse tipo de enrolamento, as camadas concêntricas são ligadas em série com isolação interna (entre espiras e entre camadas), adequadamente dimensionada para todas as formas de onda das tensões especificadas.

Isolação

Assim como os transformadores, a isolação de um reator é constituído de óleo e celulose. Os condutores das bobinas do enrolamento são envolvidas em papel que forma a isolação entre condutores. Os condutores também são enrolados em cilindros de presspan, que proporcionam fixação mecânica e isolação entre enrolamentos de fase e entre estes e o núcleo, nesses cilindros são fixados tiras de presspan no sentido axial para formar canais de óleo, assim, melhorando a isolação e consequentemente facilitando o resfriamento do sistema.

Resfriamento

O reator em derivação normalmente é resfriado a óleo. A potência de perda (no núcleo, no enrolamento, nas estruturas metálicas internas e externas) é transferida para o óleo isolante e através da sua circulação (natural ou forçada) transfere a sua energia térmica para as superfícies do tanque e do sistema de resfriamento para o ambiente externo. 

Os modos de transferência de calor são os seguintes:

• Condução: é a transferência de calor através da isolação e aço para as superfícies e os dutos de resfriamento.
• Convecção natural ou forçada: é a extração do calor pelo movimento de um fluido.
• Radiação: é a transferência de calor da superfície externa do tanque e/ou sistema de resfriamento para a atmosfera.

Referência

FRONTIN, Sergio O. Equipamentos de Alta Tensão Prospecção e Hierarquização de Inovações Tecnológica. 1 ed. Brasília: 2013

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5356-6: Transformadores de potência Parte 6: Reatores. Rio de Janeiro. 2012.