Valg af reaktanshastighed for seriereaktorer i kondensatorbanker

Indledning

Seriereaktorer (også kendt somdetunerede reaktorer) brugt med strømkondensatorbanker er blevet vidst bevist i strømsystemer verden over for at forbedre reaktiv effektkompensation, reducere ledningstab, begrænse kondensatoromskiftningsstartstrømme og undertrykke harmonisk forvrængning.

 

Valget af en passende reaktorreaktanshastighed er kritisk, fordi harmoniske strømme påvirkes af flere faktorer, herunder harmoniske netkilder, systemimpedans og kondensatorbankparametre. En uegnet reaktanshastighed kan føre til resonans, kondensatoroverbelastning, overophedning eller for tidlig udstyrsfejl.

 

Denne artikel forklarer principperne bag valg af reaktanshastighed og giver praktisk vejledning til kondensatorbankapplikationer.

 

1. Begrænsning af kondensator-omskifter startstrøm

Kondensatoromskifterindgangsstrøm er en af ​​de mest almindelige årsager til stress på skifteenheder ogkondensator banker. For høj startstrøm kan beskadige kontaktorer, afbrydere, kondensatorer og andre strømsystemkomponenter.

 

To typer startstrøm forekommer typisk under aktivering af kondensatorbank:

Type 1: Single Capacitor Bank Switching

Når en selvstændig kondensatorbank aktiveres, er den resulterende startstrøm sædvanligvis inden for den tilladte modstandsevne for standardkoblingsudstyr. I de fleste tilfælde kræves ingen yderligere nuværende-begrænsende foranstaltninger.

 

Type 2: Tilbage-til-Bagbytning af kondensatorbank

Når en ekstra kondensatorbank er tændt, mens en eller flere kondensatorbanker allerede er tilsluttet systemet, kan der opstå en meget højere startstrøm.

 

Erfaring fra felten viser, at denne transiente strøm kan nå20 til 250 gange den nominelle strømaf kondensatorbanken.

Startstrømmen kan udtrykkes som:

 

Hvor:

(Q_C)=Kondensator reaktiv effekt

(X_L)=Kredsløbsinduktiv reaktans

 

Ligningen viser, at forøgelse af den induktive reaktans af kredsløbet reducerer startstrømmen. Derfor begrænser installation af en korrekt udvalgt seriereaktor effektivt koblingsstød og beskytter både kondensatorer og koblingsudstyr.

 

2. Valg af harmonisk undertrykkelse og reaktanshastighed

Moderne strømsystemer indeholder et stort antal ikke-lineære belastninger, såsom:

• Variable Frequency Drives (VFD'er)
• Ensrettere
• UPS systemer
• Lysbueovne
• Vedvarende energiomformere

 

Disse enheder genererer harmoniske strømme, der forvrænger spændingsbølgeformen og påvirker kondensatorbankerne negativt.

 

For at forbedre strømkvaliteten og beskytte kondensatorer er seriereaktorer almindeligvis installeret som harmoniske undertrykkelsesreaktorer.

 

Indvirkning af harmoniske på kondensatorbanker

En ikke-sinusformet bølgeform består af en grundfrekvenskomponent plus harmoniske frekvenser, der er heltallige multipla af grundfrekvensen.

 

I praktiske strømsystemer er de mest betydningsfulde harmoniske ordrer:

• 3. harmonisk
• 5. harmonisk
• 7. harmonisk
• 11. harmonisk
• 13. harmonisk

 

Blandt disse er5. harmonisker normalt den dominerende komponent.

 

Overvej et system, der kun indeholder grundspændingen og en 5. harmonisk spændingskomponent. Hvis den 5. harmoniske spænding når 26,45 % af den nominelle spænding:

• Kondensator overspænding når cirka 3,4 %
• Kondensatoroverstrøm når cirka 65,6 %
• Overbelastning af reaktiv effekt når cirka 35 %

 

Disse værdier viser tydeligt den alvorlige indvirkning af harmoniske på kondensatorbankdriften.

 

3. Resonansanalyse

Den harmoniske strøm kan beregnes som:

Hvor:

• (E_n)=Harmonisk spænding
• (X_B)=Systemimpedans
• (X_L)=Reaktorreaktans
• (X_C)=Kondensatorreaktans
• (n)=Harmonisk rækkefølge

 

Resonans opstår, når:

 

De tilsvarende resonansbetingelser:

For at undgå resonans og effektivt undertrykke harmoniske strømme skal følgende betingelse være opfyldt:

 

Dette sikrer, at kondensatorgrenen udviser induktive karakteristika ved den harmoniske målfrekvens og forhindrer derved harmonisk forstærkning.

 

4. Bestemmelse af reaktorreaktanshastigheden

I ingeniørpraksis anvendes en sikkerhedsfaktor på 1,5 almindeligvis:

 

For 5. harmonisk undertrykkelse:

Reaktanshastigheden (K) er defineret som:

hvor:

(K)=Reaktorreaktanshastighed

(X_L)=Fundamental-frekvensreaktorreaktans

(X_C)=Fundamental-frekvenskondensatorreaktans

 

Derfor, en6% reaktansratedetunerer effektivt kondensatorbanken under den 5. harmoniske frekvens, undertrykker 5.-orden og højere harmoniske og begrænser indkoblingsstrømmen til cirka fem gange den nominelle strøm.

 

5. Vejledning til valg af standardreaktanshastighed

0,1 % – 1 % reaktanshastighed

Anvendelse:

• Kun startstrømbegrænsning
• Intet krav om harmonisk undertrykkelse

 

Typisk brug:

• Rene strømsystemer med meget lavt harmonisk indhold
• Kortslutningsstrømbegrænsning-

 

4,5 % – 6 % reaktanshastighed

Anvendelse:

• Undertrykkelse af 5.-orden og højere harmoniske

 

Typisk brug:

• Industrianlæg
• Kommercielle bygninger
• Generelle kompensationssystemer for reaktiv effekt

 

Oftest valgt reaktanshastighed

12% – 13% Reaktansrate

Anvendelse:

• Undertrykkelse af 3.-orden og højere harmoniske

 

Typisk brug:

• Systemer med betydeligt 3. harmonisk indhold
• Særlige harmoniske afbødningsprojekter

 

Gældende systemfrekvens

• 50 Hz strømsystemer
• 60 Hz strømsystemer

 

Konklusion

Seriereaktorer er en væsentlig komponent i moderne kondensatorbanker, der giver effektiv beskyttelse mod koblingsstrømme, harmonisk forvrængning og resonansproblemer, samtidig med at den overordnede strømkvalitet og energieffektivitet forbedres.

 

Reaktanshastigheden skal altid vælges i henhold til de faktiske forhold på stedet og harmoniske målinger:

• 6% reaktansrateanbefales generelt til harmonisk undertrykkelse og kondensatorbankbeskyttelse.
• 0,2 %–1 % luft-kernereaktorerer velegnede, når det primære formål er at begrænse indkoblingsstrømmen og i mindre grad reducere kortslutningsstrømmen.-
• 12%-13% reaktansrateranbefales til applikationer, der kræver undertrykkelse af signifikante 3.-ordens harmoniske.

 

Korrekt reaktorvalg sikrer pålidelig drift, forlænget kondensatorlevetid, forbedret effektfaktorkorrektionsydelse og forbedret strømkvalitet i hele det elektriske system.