Valg av reaktanshastighet for seriereaktorer i kondensatorbanker

Introduksjon

Seriereaktorer (også kjent somavstemte reaktorer) som brukes med strømkondensatorbanker har blitt mye bevist i kraftsystemer over hele verden for å forbedre reaktiv effektkompensasjon, redusere linjetap, begrense kondensatorbyttestartstrømmer og undertrykke harmonisk forvrengning.

 

Valget av en passende reaktorreaktanshastighet er kritisk fordi harmoniske strømmer påvirkes av flere faktorer, inkludert harmoniske nettkilder, systemimpedans og kondensatorbankparametere. En uegnet reaktanshastighet kan føre til resonans, kondensatoroverbelastning, overoppheting eller for tidlig utstyrssvikt.

 

Denne artikkelen forklarer prinsippene bak reaktanshastighetsvalg og gir praktisk veiledning for kondensatorbankapplikasjoner.

 

1. Begrensende kondensatorbryterstrøm

Kondensatorbryterstartstrøm er en av de vanligste årsakene til stress på koblingsenheter ogkondensatorbanker. For høy innkoblingsstrøm kan skade kontaktorer, kretsbrytere, kondensatorer og andre strømsystemkomponenter.

 

To typer innkoblingsstrøm oppstår vanligvis under aktivering av kondensatorbank:

Type 1: Bankbytte med én kondensator

Når en frittstående kondensatorbank aktiveres, er den resulterende innkoblingsstrømmen vanligvis innenfor den tillatte tåleevnen til standard svitsjeutstyr. I de fleste tilfeller er det ikke nødvendig med ytterligere gjeldende-begrensende tiltak.

 

Type 2: Tilbake-til-Bakbytte av kondensatorbank

Når en ekstra kondensatorbank slås på mens en eller flere kondensatorbanker allerede er koblet til systemet, kan det oppstå en mye høyere innkoblingsstrøm.

 

Felterfaring viser at denne forbigående strømmen kan nå20 til 250 ganger merkestrømmenav kondensatorbanken.

Startstrømmen kan uttrykkes som:

 

Hvor:

(Q_C)=Kondensator reaktiv effekt

(X_L)=Krets induktiv reaktans

 

Ligningen viser at å øke den induktive reaktansen til kretsen reduserer innkoblingsstrømmen. Derfor begrenser installasjon av en riktig valgt seriereaktor effektivt svitsjeoverspenninger og beskytter både kondensatorer og koblingsutstyr.

 

2. Harmonisk undertrykkelse og valg av reaktanshastighet

Moderne kraftsystemer inneholder et stort antall ikke-lineære belastninger, for eksempel:

• Variable Frequency Drives (VFD-er)
• Likerettere
• UPS-systemer
• Lysbueovner
• Omformere for fornybar energi

 

Disse enhetene genererer harmoniske strømmer som forvrenger spenningsbølgeformen og påvirker kondensatorbankene negativt.

 

For å forbedre strømkvaliteten og beskytte kondensatorer, er seriereaktorer vanligvis installert som harmoniske undertrykkingsreaktorer.

 

Innvirkning av harmoniske på kondensatorbanker

En ikke-sinusformet bølgeform består av en grunnfrekvenskomponent pluss harmoniske frekvenser som er heltallsmultipler av grunnfrekvensen.

 

I praktiske kraftsystemer er de viktigste harmoniske ordrene:

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

 

Blant disse er5. harmonisker vanligvis den dominerende komponenten.

 

Tenk på et system som bare inneholder grunnspenningen og en 5. harmonisk spenningskomponent. Hvis den femte harmoniske spenningen når 26,45 % av merkespenningen:

• Kondensatoroverspenning når omtrent 3,4 %
• Kondensatoroverstrøm når omtrent 65,6 %
• Overbelastning av reaktiv effekt når omtrent 35 %

 

Disse verdiene viser tydelig den alvorlige innvirkningen harmoniske har på driften av kondensatorbanken.

 

3. Resonansanalyse

Den harmoniske strømmen kan beregnes som:

Hvor:

• (E_n)=Harmonisk spenning
• (X_B)=Systemimpedans
• (X_L)=Reaktorreaktans
• (X_C)=Kondensatorreaktans
• (n)=Harmonisk rekkefølge

 

Resonans oppstår når:

 

De tilsvarende resonansforholdene:

For å unngå resonans og effektivt undertrykke harmoniske strømmer, må følgende betingelse være oppfylt:

 

Dette sikrer at kondensatorgrenen utviser induktive egenskaper ved den harmoniske målfrekvensen, og forhindrer derved harmonisk forsterkning.

 

4. Bestemme reaktorreaktanshastigheten

I ingeniørpraksis brukes en sikkerhetsfaktor på 1,5 vanligvis:

 

For femte harmonisk undertrykkelse:

Reaktanshastigheten (K) er definert som:

hvor:

(K)=Reaktorreaktanshastighet

(X_L)=Fundamental-frekvensreaktorreaktans

(X_C)=Fundamental-frekvenskondensatorreaktans

 

Derfor, a6 % reaktansgraddetunerer effektivt kondensatorbanken under den 5. harmoniske frekvensen, undertrykker 5.-orden og høyere harmoniske, og begrenser innkoblingsstrømmen til omtrent fem ganger merkestrømmen.

 

5. Veiledning for valg av standard reaktanshastighet

0,1 % – 1 % reaktanshastighet

Søknad:

• Kun innkoblingsstrømbegrensning
• Ingen krav til harmonisk undertrykking

 

Typisk bruk:

• Rene kraftsystemer med svært lavt harmonisk innhold
• Kortslutningsstrømbegrensning-

 

4,5 % – 6 % reaktanshastighet

Søknad:

• Undertrykkelse av 5.-orden og høyere harmoniske

 

Typisk bruk:

• Industrianlegg
• Næringsbygg
• Generelle reaktiv effektkompensasjonssystemer

 

Mest valgt reaktanshastighet

12 % – 13 % reaktanshastighet

Søknad:

• Undertrykkelse av 3.-ordens og høyere harmoniske

 

Typisk bruk:

• Systemer med betydelig 3. harmonisk innhold
• Spesielle harmoniske dempende prosjekter

 

Gjeldende systemfrekvens

• 50 Hz kraftsystemer
• 60 Hz kraftsystemer

 

Konklusjon

Seriereaktorer er en essensiell komponent i moderne kondensatorbanker, og gir effektiv beskyttelse mot koblingsstrømmer, harmonisk forvrengning og resonansproblemer, samtidig som de forbedrer den generelle strømkvaliteten og energieffektiviteten.

 

Reaktanshastigheten bør alltid velges i henhold til faktiske stedsforhold og harmoniske målinger:

• 6 % reaktansgradanbefales generelt for harmonisk undertrykking og kondensatorbankbeskyttelse.
• 0,2 %–1 % luftkjernereaktorer-er egnet når hovedmålet er å begrense innkoblingsstrømmen og i mindre grad redusere kortslutningsstrømmen.
• 12 %–13 % reaktanshastigheteranbefales for applikasjoner som krever undertrykkelse av signifikante 3.-ordens harmoniske.

 

Riktig reaktorvalg sikrer pålitelig drift, forlenget kondensatorlevetid, forbedret effektfaktorkorreksjonsytelse og forbedret strømkvalitet i hele det elektriske systemet.