Výběr rychlosti reakce pro sériové reaktory v kondenzátorových bateriích

Zavedení

Sériové reaktory (také známé jakorozladěné reaktory) používané s bateriemi výkonových kondenzátorů se široce osvědčily v energetických systémech po celém světě pro zlepšení kompenzace jalového výkonu, snížení ztrát ve vedení, omezení zapínacích proudů při spínání kondenzátorů a potlačení harmonického zkreslení.

 

Výběr vhodné rychlosti reaktance reaktoru je kritický, protože harmonické proudy jsou ovlivněny mnoha faktory, včetně zdrojů harmonických sítí, impedance systému a parametrů kondenzátorové baterie. Nevhodná rychlost reaktance může vést k rezonanci, přetížení kondenzátoru, přehřátí nebo předčasnému selhání zařízení.

 

Tento článek vysvětluje principy výběru rychlosti reaktance a poskytuje praktický návod pro aplikace kondenzátorových bank.

 

1. Spínací proud omezujícího kondenzátoru

Spínací zapínací proud kondenzátoru je jednou z nejčastějších příčin namáhání spínacích zařízení akondenzátorové banky. Nadměrný zapínací proud může poškodit stykače, jističe, kondenzátory a další součásti energetického systému.

 

Během napájení kondenzátorové baterie se obvykle vyskytují dva typy zapínacího proudu:

Typ 1: Přepínání bank s jedním kondenzátorem

Když je napájena samostatná kondenzátorová banka, výsledný zapínací proud je obvykle v rámci povolené odolnosti standardního spínacího zařízení. Ve většině případů nejsou vyžadována žádná další aktuální-omezující opatření.

 

Typ 2: Zpět-na-přepínání bank kondenzátorů

Když je zapnuta přídavná kondenzátorová baterie, zatímco jedna nebo více kondenzátorových baterií je již připojeno k systému, může dojít k mnohem vyššímu zapínacímu proudu.

 

Zkušenosti z terénu ukazují, že tento přechodný proud může dosáhnout20 až 250násobek jmenovitého proudukondenzátorové banky.

Náběhový proud lze vyjádřit jako:

 

Kde:

(Q_C)=Jalový výkon kondenzátoru

(X_L)=Indukční reaktance obvodu

 

Rovnice ukazuje, že zvýšení indukční reaktance obvodu snižuje zapínací proud. Instalace vhodně zvolené sériové tlumivky proto účinně omezuje spínací rázy a chrání jak kondenzátory, tak spínací zařízení.

 

2. Harmonická suprese a výběr rychlosti reakce

Moderní energetické systémy obsahují velké množství nelineárních zátěží, jako jsou:

• Měniče s proměnnou frekvencí (VFD)
• Usměrňovače
• UPS systémy
• Obloukové pece
• Měniče obnovitelné energie

 

Tato zařízení generují harmonické proudy, které zkreslují průběh napětí a negativně ovlivňují kondenzátorové baterie.

 

Pro zlepšení kvality energie a ochranu kondenzátorů se sériové tlumivky běžně instalují jako tlumivky pro potlačení harmonických složek.

 

Vliv harmonických na kondenzátorové banky

Nesinusový tvar vlny se skládá ze složky základní frekvence a harmonických frekvencí, které jsou celočíselnými násobky základní frekvence.

 

V praktických energetických systémech jsou nejvýznamnější harmonické řády:

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

 

Mezi tyto,5. harmonickáje obvykle dominantní složkou.

 

Uvažujme systém obsahující pouze základní napětí a složku napětí 5. harmonické. Pokud napětí 5. harmonické dosáhne 26,45 % jmenovitého napětí:

• Přepětí kondenzátoru dosahuje přibližně 3,4 %
• Nadproud kondenzátoru dosahuje přibližně 65,6 %
• Přetížení jalového výkonu dosahuje přibližně 35 %

 

Tyto hodnoty jasně ukazují vážný dopad harmonických na provoz kondenzátorové baterie.

 

3. Rezonanční analýza

Harmonický proud lze vypočítat takto:

Kde:

• (E_n)=Harmonické napětí
• (X_B)=Impedance systému
• (X_L)=Reaktance reaktoru
• (X_C)=Reaktance kondenzátoru
• (n)=Harmonické pořadí

 

K rezonanci dochází, když:

 

Odpovídající podmínky rezonance:

Aby se zabránilo rezonanci a účinně potlačily harmonické proudy, musí být splněna následující podmínka:

 

Tím je zajištěno, že větev kondenzátoru vykazuje indukční charakteristiky při cílové harmonické frekvenci, čímž se zabrání zesílení harmonických.

 

4. Stanovení rychlosti reakce reaktoru

V inženýrské praxi se běžně používá bezpečnostní faktor 1,5:

 

Pro potlačení 5. harmonické:

Rychlost reaktance (K) je definována jako:

kde:

(K)=Rychlost reaktance reaktoru

(X_L)=Základní-reaktance frekvenčního reaktoru

(X_C)=Základní-reaktance frekvenčního kondenzátoru

 

Proto a6% míra reaktanceúčinně rozlaďuje kondenzátorovou skupinu pod frekvenci 5. harmonické, potlačuje harmonické 5. -řádu a vyšší a omezuje spínací zapínací proud na přibližně pětinásobek jmenovitého proudu.

 

5. Průvodce výběrem standardní rychlosti reakce

0,1 % – 1 % Rychlost reakce

Aplikace:

• Pouze omezení náběhového proudu
• Bez požadavku na harmonické potlačení

 

Typické použití:

• Čisté energetické systémy s velmi nízkým obsahem harmonických
• Omezení zkratového proudu-

 

4,5 % – 6 % Rychlost reakce

Aplikace:

• Potlačení 5.-řádu a vyšších harmonických

 

Typické použití:

• Průmyslová zařízení
• Komerční budovy
• Obecné systémy kompenzace jalového výkonu

 

Nejčastěji volená rychlost reaktance

12% – 13% Rychlost reakce

Aplikace:

• Potlačení 3.-řádu a vyšších harmonických

 

Typické použití:

• Soustavy s významným obsahem 3. harmonické
• Speciální harmonické projekty zmírnění

 

Použitelná systémová frekvence

• 50Hz napájecí systémy
• 60Hz napájecí systémy

 

Závěr

Sériové tlumivky jsou základní součástí moderních kondenzátorových bank, poskytují účinnou ochranu proti spínacím zapínacím proudům, harmonickým zkreslením a rezonančním problémům a zároveň zlepšují celkovou kvalitu napájení a energetickou účinnost.

 

Rychlost reaktance by měla být vždy zvolena podle skutečných podmínek na místě a harmonických měření:

• 6% míra reaktancese obecně doporučuje pro potlačení harmonických a ochranu kondenzátorové baterie.
• 0,2%–1% vzduchové{2}}aktivní reaktoryjsou vhodné, když je primárním cílem omezit spínací zapínací proud a v menší míře snížit zkratový-proud.
• 12%–13% reaktancejsou doporučeny pro aplikace vyžadující potlačení významných harmonických 3.-řádu.

 

Správný výběr tlumivky zajišťuje spolehlivý provoz, prodlouženou životnost kondenzátoru, zlepšený výkon korekce účiníku a lepší kvalitu napájení v celém elektrickém systému.