Dobór współczynnika reaktancji dla reaktorów szeregowych w bateriach kondensatorów

Wstęp

Reaktory szeregowe (znane również jakoodstrojone reaktory) stosowane w bateriach kondensatorów mocy zostały powszechnie sprawdzone w systemach elektroenergetycznych na całym świecie w zakresie poprawy kompensacji mocy biernej, zmniejszenia strat w linii, ograniczenia prądów rozruchowych przełączania kondensatorów i tłumienia zniekształceń harmonicznych.

 

Wybór odpowiedniej szybkości reaktancji reaktora ma kluczowe znaczenie, ponieważ na prądy harmoniczne wpływa wiele czynników, w tym źródła harmonicznych sieci, impedancja systemu i parametry baterii kondensatorów. Nieodpowiednia szybkość reaktancji może prowadzić do rezonansu, przeciążenia kondensatora, przegrzania lub przedwczesnej awarii sprzętu.

 

W tym artykule wyjaśniono zasady wyboru szybkości reaktancji i przedstawiono praktyczne wskazówki dotyczące zastosowań baterii kondensatorów.

 

1. Ograniczanie prądu rozruchowego przełączania kondensatora

Prąd rozruchowy przełączania kondensatorów jest jedną z najczęstszych przyczyn naprężeń w urządzeniach przełączających ibaterie kondensatorów. Nadmierny prąd rozruchowy może uszkodzić styczniki, wyłączniki automatyczne, kondensatory i inne elementy systemu zasilania.

 

Podczas zasilania baterii kondensatorów zwykle występują dwa rodzaje prądu rozruchowego:

Typ 1: Przełączanie pojedynczego banku kondensatorów

Gdy zasilany jest samodzielny zespół kondensatorów, powstały prąd rozruchowy zwykle mieści się w dopuszczalnej wytrzymałości standardowego sprzętu przełączającego. W większości przypadków nie są wymagane żadne dodatkowe środki-ograniczające prąd.

 

Typ 2: Przełączanie baterii kondensatorów z powrotem-do-powrotu

Gdy zostanie włączony dodatkowy zestaw kondensatorów, gdy do systemu podłączonych jest już jeden lub więcej akumulatorów, może wystąpić znacznie wyższy prąd rozruchowy.

 

Doświadczenie terenowe pokazuje, że ten prąd przejściowy może osiągnąć20 do 250 razy większy od prądu znamionowegobaterii kondensatorów.

Prąd rozruchowy można wyrazić jako:

 

Gdzie:

(Q_C)=Moc bierna kondensatora

(X_L)=Reaktancja indukcyjna obwodu

 

Równanie pokazuje, że zwiększenie reaktancji indukcyjnej obwodu zmniejsza prąd rozruchowy. Dlatego zainstalowanie odpowiednio dobranego dławika szeregowego skutecznie ogranicza przepięcia przełączające i chroni zarówno kondensatory, jak i aparaturę łączeniową.

 

2. Wybór tłumienia harmonicznych i szybkości reakcji

Nowoczesne systemy elektroenergetyczne zawierają dużą liczbę obciążeń nieliniowych, takich jak:

• Napędy o zmiennej częstotliwości (VFD)
• Prostowniki
• Systemy UPS
• Piece łukowe
• Przetwornice energii odnawialnej

 

Urządzenia te generują prądy harmoniczne, które zniekształcają przebieg napięcia i negatywnie wpływają na baterie kondensatorów.

 

Aby poprawić jakość energii i chronić kondensatory, dławiki szeregowe są powszechnie instalowane jako dławiki tłumiące harmoniczne.

 

Wpływ harmonicznych na baterie kondensatorów

Przebieg nie{0}}sinusoidalny składa się ze składowej częstotliwości podstawowej oraz częstotliwości harmonicznych, które są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej.

 

W praktycznych systemach elektroenergetycznych najważniejszymi rzędami harmonicznymi są:

• Trzecia harmoniczna
• 5. harmoniczna
• 7. harmoniczna
• 11. harmoniczna
• 13. harmoniczna

 

Wśród nich5. harmonicznajest zwykle elementem dominującym.

 

Rozważmy system zawierający tylko napięcie podstawowe i składową napięcia piątą harmoniczną. Jeżeli napięcie piątej harmonicznej osiągnie 26,45% napięcia znamionowego:

• Przepięcie kondensatora sięga około 3,4%
• Przetężenie kondensatora osiąga około 65,6%
• Przeciążenie mocy biernej sięga około 35%

 

Wartości te wyraźnie pokazują poważny wpływ harmonicznych na działanie baterii kondensatorów.

 

3. Analiza rezonansu

Prąd harmoniczny można obliczyć jako:

Gdzie:

• (E_n)=Napięcie harmoniczne
• (X_B)=Impedancja systemu
• (X_L)=Reaktancja reaktora
• (X_C)=Reaktancja kondensatora
• (n)=Porządek harmoniczny

 

Rezonans występuje, gdy:

 

Odpowiednie warunki rezonansu:

Aby uniknąć rezonansu i skutecznie stłumić prądy harmoniczne, musi być spełniony następujący warunek:

 

Zapewnia to, że gałąź kondensatora wykazuje charakterystykę indukcyjną przy docelowej częstotliwości harmonicznej, zapobiegając w ten sposób wzmocnieniu harmonicznych.

 

4. Wyznaczanie szybkości reakcji reaktora

W praktyce inżynierskiej powszechnie stosuje się współczynnik bezpieczeństwa 1,5:

 

Dla tłumienia piątej harmonicznej:

Szybkość reaktancji (K) definiuje się jako:

Gdzie:

(K)=Szybkość reaktancji reaktora

(X_L) =Podstawowa-reaktancja reaktora częstotliwości

(X_C) =Reaktancja-podstawowej częstotliwości kondensatora

 

Dlatego teżSzybkość reaktancji 6%.skutecznie odstraja baterię kondensatorów poniżej częstotliwości 5. harmonicznej, tłumi harmoniczne 5.-rzędu i wyższych oraz ogranicza prąd rozruchowy przełączania do około pięciokrotności prądu znamionowego.

 

5. Poradnik wyboru standardowego współczynnika reaktancji

0,1% – 1% współczynnika reakcji

Aplikacja:

• Tylko ograniczenie prądu rozruchowego
• Brak wymogu tłumienia harmonicznych

 

Typowe zastosowanie:

• Czyste systemy elektroenergetyczne o bardzo niskiej zawartości harmonicznych
• Ograniczenie-prądu zwarciowego

 

4,5% – 6% współczynnika reaktancji

Aplikacja:

• Tłumienie harmonicznych-5. rzędu i wyższych

 

Typowe zastosowanie:

• Obiekty przemysłowe
• Budynki komercyjne
• Ogólne układy kompensacji mocy biernej

 

Najczęściej wybierana szybkość reaktancji

12% – 13% współczynnika reakcji

Aplikacja:

• Tłumienie harmonicznych trzeciego-rzędu i wyższych

 

Typowe zastosowanie:

• Systemy ze znaczną zawartością trzeciej harmonicznej
• Specjalne projekty ograniczania harmonicznych

 

Obowiązująca częstotliwość systemu

• Systemy zasilania 50 Hz
• Systemy zasilania 60 Hz

 

Wniosek

Dławiki szeregowe są istotnym elementem nowoczesnych baterii kondensatorów, zapewniając skuteczną ochronę przed przełączaniem prądów rozruchowych, zniekształceniami harmonicznymi i problemami rezonansowymi, jednocześnie poprawiając ogólną jakość energii i efektywność energetyczną.

 

Szybkość reaktancji należy zawsze dobierać zgodnie z rzeczywistymi warunkami w miejscu instalacji i pomiarami harmonicznych:

• Szybkość reaktancji 6%.jest ogólnie zalecany do tłumienia harmonicznych i ochrony baterii kondensatorów.
• Reaktory z rdzeniem powietrznym-0,2%–1%.są odpowiednie, gdy głównym celem jest ograniczenie prądu rozruchowego przełączania i, w mniejszym stopniu, zmniejszenie-prądu zwarciowego.
• Szybkość reaktancji 12–13%.są zalecane do zastosowań wymagających tłumienia znaczących harmonicznych-trzeciego rzędu.

 

Właściwy dobór reaktora zapewnia niezawodne działanie, dłuższą żywotność kondensatorów, lepszą wydajność korekcji współczynnika mocy i lepszą jakość energii w całym systemie elektrycznym.