Selectarea vitezei de reacție pentru reactoarele în serie din băncile de condensatoare

Introducere

Reactoarele în serie (cunoscute și careactoare detunizate) utilizate cu băncile de condensatoare de putere au fost dovedite pe scară largă în sistemele de alimentare din întreaga lume pentru a îmbunătăți compensarea puterii reactive, a reduce pierderile de linie, a limita curenții de comutare a condensatorului și pentru a suprima distorsiunea armonică.

 

Selectarea unei rate de reactanță adecvată a reactorului este critică, deoarece curenții armonici sunt influențați de mai mulți factori, inclusiv sursele de armonice ale rețelei, impedanța sistemului și parametrii băncii de condensatoare. O rată de reactanță necorespunzătoare poate duce la rezonanță, suprasarcină a condensatorului, supraîncălzire sau defecțiune prematură a echipamentului.

 

Acest articol explică principiile din spatele selecției ratei de reactanță și oferă îndrumări practice pentru aplicațiile băncilor de condensatoare.

 

1. Limitarea curentului de pornire de comutare a condensatorului

Curentul de pornire de comutare a condensatorului este una dintre cele mai frecvente cauze de stres asupra dispozitivelor de comutare șibănci de condensatoare. Curentul de pornire excesiv poate deteriora contactoarele, întreruptoarele de circuit, condensatoarele și alte componente ale sistemului de alimentare.

 

Două tipuri de curent de pornire apar de obicei în timpul alimentării bateriei de condensatoare:

Tip 1: Comutare cu un singur condensator

Când o bancă de condensatoare autonomă este alimentată, curentul de pornire rezultat este de obicei în limita capacității de rezistență permise a echipamentelor de comutare standard. În cele mai multe cazuri, nu sunt necesare măsuri de limitare-actuale suplimentare.

 

Tip 2: Comutare înapoi-la-Back condensator

Când o bancă suplimentară de condensatoare este pornită în timp ce una sau mai multe bănci de condensatoare sunt deja conectate la sistem, poate apărea un curent de pornire mult mai mare.

 

Experiența de teren arată că acest curent tranzitoriu poate ajungede 20 până la 250 de ori curentul nominala bancului de condensatori.

Curentul de pornire poate fi exprimat astfel:

 

Unde:

(Q_C)=Puterea reactivă a condensatorului

(X_L)=Reactanța inductivă a circuitului

 

Ecuația arată că creșterea reactanței inductive a circuitului reduce curentul de pornire. Prin urmare, instalarea unui reactor în serie selectat corespunzător limitează efectiv supratensiunile de comutare și protejează atât condensatoarele, cât și echipamentele de comutare.

 

2. Suprimarea armonicilor și selectarea ratei de reacție

Sistemele de alimentare moderne conțin un număr mare de sarcini neliniare, cum ar fi:

• Unități de frecvență variabilă (VFD)
• Redresoare
• Sisteme UPS
• Cuptoare cu arc
• Convertoare de energie regenerabilă

 

Aceste dispozitive generează curenți armonici care distorsionează forma de undă a tensiunii și afectează negativ băncile de condensatoare.

 

Pentru a îmbunătăți calitatea puterii și a proteja condensatorii, reactoarele în serie sunt instalate în mod obișnuit ca reactoare de suprimare a armonicilor.

 

Impactul armonicilor asupra băncilor de condensatoare

O formă de undă ne-sinusoidală constă dintr-o componentă de frecvență fundamentală plus frecvențe armonice care sunt multipli întregi ai frecvenței fundamentale.

 

În sistemele practice de alimentare, cele mai semnificative ordine armonice sunt:

• a 3-a armonică
• a 5-a armonică
• a 7-a armonică
• a 11-a armonică
• a 13-a armonică

 

Printre acestea, cela 5-a armonicăeste de obicei componenta dominantă.

 

Luați în considerare un sistem care conține doar tensiunea fundamentală și o componentă de tensiune a 5-a armonică. Dacă tensiunea armonică a 5-a atinge 26,45% din tensiunea nominală:

• Supratensiunea condensatorului atinge aproximativ 3,4%
• Supracurentul condensatorului atinge aproximativ 65,6%
• Suprasarcina de putere reactivă atinge aproximativ 35%

 

Aceste valori demonstrează în mod clar impactul sever al armonicilor asupra funcționării băncii de condensatoare.

 

3. Analiza rezonanței

Curentul armonic poate fi calculat ca:

Unde:

• (E_n)=Tensiune armonică
• (X_B)=Impedanța sistemului
• (X_L)=Reactanța reactorului
• (X_C)=Reactanța condensatorului
• (n)=Ordine armonică

 

Rezonanța apare atunci când:

 

Condițiile de rezonanță corespunzătoare:

Pentru a evita rezonanța și pentru a suprima eficient curenții armonici, trebuie îndeplinită următoarea condiție:

 

Acest lucru asigură că ramura condensatorului prezintă caracteristici inductive la frecvența armonică țintă, prevenind astfel amplificarea armonică.

 

4. Determinarea vitezei de reacție a reactorului

În practica inginerească, se aplică în mod obișnuit un factor de siguranță de 1,5:

 

Pentru suprimarea a 5-a armonică:

Rata reactanței (K) este definită ca:

unde:

(K)=Viteza de reactanță a reactorului

(X_L)=Reactanța reactorului de-frecvență fundamentală

(X_C)=Reactanța condensatorului-de frecvență fundamentală

 

Prin urmare, a6% rata de reactanțădetonează efectiv banca de condensatoare sub frecvența armonică a 5-a, suprimă armonicile de ordinul 5 și superioare și limitează curentul de pornire de comutare la aproximativ de cinci ori curentul nominal.

 

5. Ghid standard de selectare a ratei de reacție

0,1% – 1% Rata de reacție

Aplicație:

• Numai limitarea curentului de pornire
• Fără cerință de suprimare armonică

 

Utilizare tipică:

• Sisteme de alimentare curate cu conținut de armonici foarte scăzut
• Limitarea curentului{0}}scurtcircuitului

 

4,5% – 6% Rata de reacție

Aplicație:

• Suprimarea armonicilor-de ordinul 5 și superioare

 

Utilizare tipică:

• Instalatii industriale
• Clădiri comerciale
• Sisteme generale de compensare a puterii reactive

 

Viteza de reactanță cel mai frecvent selectată

12% – 13% Rata de reacție

Aplicație:

• Suprimarea armonicilor-de ordinul 3 și superioare

 

Utilizare tipică:

• Sisteme cu conținut semnificativ de armonică a treia
• Proiecte speciale de atenuare a armonicilor

 

Frecvența sistemului aplicabilă

• Sisteme de alimentare de 50 Hz
• Sisteme de alimentare de 60 Hz

 

Concluzie

Reactoarele de serie sunt o componentă esențială a băncilor de condensatoare moderne, oferind protecție eficientă împotriva curenților de aprindere de comutare, distorsiuni armonice și probleme de rezonanță, îmbunătățind în același timp calitatea generală a energiei și eficiența energetică.

 

Rata de reactanță trebuie întotdeauna selectată în funcție de condițiile reale ale locului și de măsurătorile armonice:

• 6% rata de reactanțăeste recomandat în general pentru suprimarea armonicilor și protecția băncilor de condensatoare.
• reactoare cu miez de aer-0,2%–1%.sunt potrivite atunci când obiectivul principal este de a limita curentul de pornire de comutare și, într-o măsură mai mică, de a reduce curentul de scurt-circuit.
• rate de reactanță de 12%–13%.sunt recomandate pentru aplicațiile care necesită suprimarea armonicilor semnificative de ordinul 3-.

 

Selectarea corectă a reactorului asigură o funcționare fiabilă, o durată de viață extinsă a condensatorului, o performanță îmbunătățită de corecție a factorului de putere și o calitate îmbunătățită a energiei în întregul sistem electric.