Избор на реактивно съпротивление за последователни реактори в кондензаторни батерии

Въведение

Серийни реактори (известни също каторазстроени реактори), използвани със силови кондензаторни батерии, са широко доказани в енергийните системи по целия свят за подобряване на компенсацията на реактивната мощност, намаляване на загубите в линията, ограничаване на пусковите токове на превключване на кондензатора и потискане на хармоничните изкривявания.

 

Изборът на подходящо съпротивление на реактора е от решаващо значение, тъй като хармоничните токове се влияят от множество фактори, включително източници на хармоници в мрежата, импеданс на системата и параметри на кондензаторната батерия. Неподходящото съпротивление може да доведе до резонанс, претоварване на кондензатора, прегряване или преждевременна повреда на оборудването.

 

Тази статия обяснява принципите зад избора на скорост на реактивно съпротивление и предоставя практически насоки за приложения на кондензаторни банки.

 

1. Ограничаване на пусковия ток на превключване на кондензатора

Пусковият ток на превключване на кондензатора е една от най-честите причини за натоварване на превключващите устройства икондензаторни батерии. Прекомерният пусков ток може да повреди контактори, прекъсвачи, кондензатори и други компоненти на енергийната система.

 

Два вида пусков ток обикновено възникват по време на захранване на кондензаторната батерия:

Тип 1: Превключване на единична кондензаторна банка

Когато самостоятелна кондензаторна банка е захранена, произтичащият пусков ток обикновено е в рамките на допустимата способност за издържане на стандартно комутационно оборудване. В повечето случаи не са необходими допълнителни мерки за-ограничаване на тока.

 

Тип 2: Обратно-към-Превключване на обратно кондензаторна батерия

Когато се включи допълнителна кондензаторна банка, докато една или повече кондензаторни банки вече са свързани към системата, може да възникне много по-висок пусков ток.

 

Опитът на място показва, че този преходен ток може да достигне20 до 250 пъти над номиналния токна кондензаторната банка.

Пусковият ток може да се изрази като:

 

където:

(Q_C)=Реактивна мощност на кондензатора

(X_L)=Индуктивно съпротивление на веригата

 

Уравнението показва, че увеличаването на индуктивното съпротивление на веригата намалява пусковия ток. Следователно инсталирането на правилно избран сериен реактор ефективно ограничава пренапреженията при превключване и защитава както кондензаторите, така и превключвателното оборудване.

 

2. Избор на потискане на хармониците и скорост на съпротивление

Съвременните енергийни системи съдържат голям брой нелинейни товари, като например:

• Задвижвания с променлива честота (VFD)
• Токоизправители
• UPS системи
• Дъгови пещи
• Конвертори за възобновяема енергия

 

Тези устройства генерират хармонични токове, които изкривяват формата на вълната на напрежението и влияят отрицателно на кондензаторните батерии.

 

За да се подобри качеството на захранването и да се защитят кондензаторите, последователните реактори обикновено се инсталират като реактори за потискане на хармониците.

 

Въздействие на хармониците върху кондензаторните батерии

Не-синусоидалната форма на вълната се състои от основен честотен компонент плюс хармонични честоти, които са цели числа, кратни на основната честота.

 

В практическите енергийни системи най-значимите хармонични редове са:

• 3-ти хармоник
• 5-ти хармоник
• 7-ми хармоник
• 11-ти хармоник
• 13-ти хармоник

 

Сред тях,5-ти хармоникобикновено е доминиращият компонент.

 

Помислете за система, съдържаща само основно напрежение и 5-ти хармоничен компонент на напрежението. Ако петото хармонично напрежение достигне 26,45% от номиналното напрежение:

• Пренапрежението на кондензатора достига приблизително 3,4%
• Свръхтокът на кондензатора достига приблизително 65,6%
• Претоварването на реактивната мощност достига приблизително 35%

 

Тези стойности ясно демонстрират сериозното въздействие на хармониците върху работата на кондензаторната батерия.

 

3. Резонансен анализ

Хармоничният ток може да се изчисли като:

където:

• (E_n)=Хармонично напрежение
• (X_B)=Импеданс на системата
• (X_L)=Реактивно съпротивление на реактора
• (X_C)=Реактивно съпротивление на кондензатора
• (n)=Хармоничен ред

 

Резонанс възниква, когато:

 

Съответните резонансни условия:

За да се избегне резонанс и ефективно да се потиснат хармоничните токове, трябва да бъде изпълнено следното условие:

 

Това гарантира, че клонът на кондензатора показва индуктивни характеристики при целевата хармонична честота, като по този начин предотвратява хармоничното усилване.

 

4. Определяне на реактивното съпротивление на реактора

В инженерната практика обикновено се прилага коефициент на безопасност от 1,5:

 

За потискане на 5-та хармоника:

Степента на реактивно съпротивление (K) се определя като:

където:

(K)=Скорост на реактивно съпротивление на реактора

(X_L)=Основно{2}}честотно съпротивление на реактора

(X_C)=Основно{2}}честотно съпротивление на кондензатора

 

Следователно, а6% реактивно съпротивлениеефективно разстройва кондензаторната банка под 5-та хармонична честота, потиска 5-ти -порядък и по-високите хармоници и ограничава пусковия ток на превключване до приблизително пет пъти номиналния ток.

 

5. Стандартно ръководство за избор на скорост на реактивно съпротивление

0,1% – 1% степен на реактивно съпротивление

Приложение:

• Само ограничаване на пусковия ток
• Няма изискване за потискане на хармониците

 

Типична употреба:

• Чисти енергийни системи с много ниско съдържание на хармоници
• Ограничение на-тока на късо съединение

 

4,5% – 6% степен на реактивно съпротивление

Приложение:

• Потискане на 5-ти-порядък и по-високи хармоници

 

Типична употреба:

• Промишлени съоръжения
• Търговски сгради
• Общи системи за компенсиране на реактивната мощност

 

Най-често избираната степен на реактивно съпротивление

12% – 13% степен на реактивно съпротивление

Приложение:

• Потискане на хармоници от 3-ти-порядък и по-високи

 

Типична употреба:

• Системи със значително съдържание на 3-та хармоника
• Специални проекти за хармонично смекчаване

 

Приложима системна честота

• 50 Hz захранващи системи
• 60 Hz захранващи системи

 

Заключение

Серийните реактори са основен компонент на съвременните кондензаторни батерии, осигуряващи ефективна защита срещу пускови токове при превключване, хармонично изкривяване и резонансни проблеми, като същевременно подобряват общото качество на захранването и енергийната ефективност.

 

Степента на реактивно съпротивление винаги трябва да се избира според действителните условия на обекта и хармоничните измервания:

• 6% реактивно съпротивлениеобикновено се препоръчва за потискане на хармоници и защита на кондензаторни батерии.
• 0,2%–1% въздушни -реактори с ядроса подходящи, когато основната цел е да се ограничи пусковият ток при превключване и, в по-малка степен, да се намали токът на късо{0}} съединение.
• 12%–13% нива на реактивно съпротивлениесе препоръчват за приложения, изискващи потискане на значителни хармоници от 3-ред.

 

Правилният избор на реактор осигурява надеждна работа, удължен експлоатационен живот на кондензатора, подобрена производителност на корекция на фактора на мощността и подобрено качество на захранването в цялата електрическа система.