Výber rýchlosti reakcie pre sériové reaktory v kondenzátorových bankách

Úvod

Sériové reaktory (tiež známe akorozladené reaktory) používané s bankami výkonových kondenzátorov sa široko osvedčili v napájacích systémoch na celom svete na zlepšenie kompenzácie jalového výkonu, zníženie strát vo vedení, obmedzenie nárazových prúdov pri spínaní kondenzátorov a potlačenie harmonického skreslenia.

 

Výber vhodnej rýchlosti reaktancie reaktora je kritický, pretože harmonické prúdy sú ovplyvnené viacerými faktormi, vrátane zdrojov harmonických mriežky, impedancie systému a parametrov banky kondenzátorov. Nevhodná rýchlosť reaktancie môže viesť k rezonancii, preťaženiu kondenzátora, prehriatiu alebo predčasnému zlyhaniu zariadenia.

 

Tento článok vysvetľuje princípy výberu rýchlosti reaktancie a poskytuje praktický návod pre aplikácie kondenzátorových bánk.

 

1. Obmedzovací spínací prúd kondenzátora

Nábehový prúd spínania kondenzátora je jednou z najčastejších príčin namáhania spínacích zariadení akondenzátorové banky. Nadmerný nábehový prúd môže poškodiť stýkače, ističe, kondenzátory a iné komponenty energetického systému.

 

Pri napájaní batérie kondenzátorov sa zvyčajne vyskytujú dva typy nárazového prúdu:

Typ 1: Prepínanie bánk s jedným kondenzátorom

Keď je napájaná samostatná kondenzátorová banka, výsledný nábehový prúd je zvyčajne v rámci povolenej odolnosti štandardného spínacieho zariadenia. Vo väčšine prípadov nie sú potrebné žiadne ďalšie aktuálne-obmedzujúce opatrenia.

 

Typ 2: Späť-na-Prepínanie banky kondenzátorov

Keď je zapnutá ďalšia kondenzátorová banka, zatiaľ čo jedna alebo viac kondenzátorových batérií je už pripojených k systému, môže dôjsť k oveľa vyššiemu nárazovému prúdu.

 

Skúsenosti z terénu ukazujú, že tento prechodný prúd môže dosiahnuť20 až 250-násobok menovitého prúdukondenzátorovej banky.

Nábehový prúd možno vyjadriť ako:

 

kde:

(Q_C)=Jalový výkon kondenzátora

(X_L)=Indukčná reaktancia obvodu

 

Rovnica ukazuje, že zvýšenie indukčnej reaktancie obvodu znižuje nábehový prúd. Preto inštalácia správne zvolenej sériovej tlmivky účinne obmedzuje spínacie prepätia a chráni kondenzátory aj spínacie zariadenia.

 

2. Harmonická supresia a výber rýchlosti reakcie

Moderné energetické systémy obsahujú veľké množstvo nelineárnych záťaží, ako napríklad:

• Pohony s premenlivou frekvenciou (VFD)
• Usmerňovače
• UPS systémy
• Oblúkové pece
• Obnoviteľné meniče energie

 

Tieto zariadenia generujú harmonické prúdy, ktoré deformujú priebeh napätia a negatívne ovplyvňujú kondenzátorové batérie.

 

Na zlepšenie kvality energie a ochranu kondenzátorov sa sériové tlmivky bežne inštalujú ako tlmivky na potlačenie harmonických.

 

Vplyv harmonických na kondenzátorové banky

Nesínusový tvar vlny sa skladá zo základnej frekvenčnej zložky plus harmonických frekvencií, ktoré sú celočíselnými násobkami základnej frekvencie.

 

V praktických energetických systémoch sú najvýznamnejšie harmonické rády:

• 3. harmonická
• 5. harmonická
• 7. harmonická
• 11. harmonická
• 13. harmonická

 

Medzi týmito,5. harmonickáje zvyčajne dominantnou zložkou.

 

Uvažujme systém obsahujúci iba základné napätie a zložku napätia 5. harmonickej. Ak napätie 5. harmonickej dosiahne 26,45 % menovitého napätia:

• Prepätie kondenzátora dosahuje približne 3,4 %
• Nadprúd kondenzátora dosahuje približne 65,6 %
• Preťaženie jalového výkonu dosahuje približne 35 %

 

Tieto hodnoty jasne demonštrujú vážny vplyv harmonických na prevádzku kondenzátorovej banky.

 

3. Rezonančná analýza

Harmonický prúd možno vypočítať ako:

kde:

• (E_n)=Harmonické napätie
• (X_B)=Impedancia systému
• (X_L)=Reaktancia reaktora
• (X_C)=Reaktancia kondenzátora
• (n)=Harmonické poradie

 

Rezonancia nastáva, keď:

 

Zodpovedajúce podmienky rezonancie:

Aby sa predišlo rezonancii a účinne potlačili harmonické prúdy, musia byť splnené nasledujúce podmienky:

 

To zaisťuje, že vetva kondenzátora vykazuje indukčné charakteristiky pri cieľovej harmonickej frekvencii, čím sa bráni harmonickému zosilneniu.

 

4. Stanovenie reakčnej rýchlosti reaktora

V inžinierskej praxi sa bežne používa bezpečnostný faktor 1,5:

 

Pre potlačenie 5. harmonickej:

Rýchlosť reaktancie (K) je definovaná ako:

kde:

(K)=Rýchlosť reaktancie reaktora

(X_L)=Základná-reaktancia frekvenčného reaktora

(X_C)=Základná-reaktancia frekvenčného kondenzátora

 

Preto a6% miera reaktancieefektívne rozlaďuje kondenzátorovú skupinu pod frekvenciu 5. harmonickej, potláča 5.-rad a vyššie harmonické a obmedzuje spínací prúd na približne päťnásobok menovitého prúdu.

 

5. Sprievodca výberom štandardnej rýchlosti reakcie

0,1% – 1% Rýchlosť reakcie

Aplikácia:

• Len obmedzenie nábehového prúdu
• Žiadna požiadavka na harmonické potlačenie

 

Typické použitie:

• Čisté energetické systémy s veľmi nízkym obsahom harmonických
• Obmedzenie skratového-prúdu

 

Rýchlosť reakcie 4,5 % – 6 %.

Aplikácia:

• Potlačenie 5.-radu a vyšších harmonických

 

Typické použitie:

• Priemyselné zariadenia
• Obchodné budovy
• Všeobecné systémy kompenzácie jalového výkonu

 

Najčastejšie zvolená rýchlosť reaktancie

12% – 13% Rýchlosť reakcie

Aplikácia:

• Potlačenie 3.-radu a vyšších harmonických

 

Typické použitie:

• Sústavy s významným obsahom 3. harmonickej
• Špeciálne projekty na zmiernenie harmonických

 

Použiteľná systémová frekvencia

• 50 Hz napájacie systémy
• 60 Hz napájacie systémy

 

Záver

Sériové tlmivky sú základnou súčasťou moderných kondenzátorových bánk, ktoré poskytujú účinnú ochranu proti spínacím nábehovým prúdom, harmonickým skresleniam a problémom s rezonanciou a zároveň zlepšujú celkovú kvalitu napájania a energetickú účinnosť.

 

Rýchlosť reaktancie by sa mala vždy zvoliť podľa skutočných podmienok na mieste a harmonických meraní:

• 6% miera reaktanciesa všeobecne odporúča na potlačenie harmonických a ochranu banky kondenzátorov.
• 0,2 % – 1 % vzduchových{2}}jadrových reaktorovsú vhodné, keď je primárnym cieľom obmedziť spínací prúd a v menšej miere znížiť skratový-prúd.
• Miera reaktancie 12 % – 13 %.sa odporúčajú pre aplikácie vyžadujúce potlačenie významných harmonických 3-rádu.

 

Správny výber reaktora zaisťuje spoľahlivú prevádzku, predĺženú životnosť kondenzátora, zlepšený výkon korekcie účinníka a vyššiu kvalitu energie v celom elektrickom systéme.