Izbor stope reaktancije za serijske reaktore u kondenzatorskim bankama

Uvod

Serijski reaktori (također poznati kaodetoniranim reaktorima) koji se koriste sa baterijama kondenzatora naširoko se dokazalo u elektroenergetskim sistemima širom svijeta za poboljšanje kompenzacije reaktivne snage, smanjenje gubitaka u liniji, ograničavanje struje uključivanja kondenzatora i suzbijanje harmonijskog izobličenja.

 

Odabir odgovarajuće stope reaktancije reaktora je kritičan jer na harmonijske struje utiču višestruki faktori, uključujući izvore harmonika u mreži, impedanciju sistema i parametre grupe kondenzatora. Neodgovarajuća stopa reaktancije može dovesti do rezonancije, preopterećenja kondenzatora, pregrijavanja ili prijevremenog kvara opreme.

 

Ovaj članak objašnjava principe iza odabira stope reaktancije i pruža praktične smjernice za primjene kondenzatorskih baterija.

 

1. Ograničenje struje uključivanja kondenzatora

Uletna struja uključivanja kondenzatora jedan je od najčešćih uzroka naprezanja na sklopnim uređajima ikondenzatorske banke. Prekomjerna udarna struja može oštetiti kontaktore, prekidače, kondenzatore i druge komponente energetskog sistema.

 

Dvije vrste udarne struje obično se javljaju tokom napajanja kondenzatorske banke:

Tip 1: Prebacivanje jedne banke kondenzatora

Kada je samostalna kondenzatorska baterija pod naponom, rezultujuća udarna struja je obično unutar dozvoljene izdržljivosti standardne opreme za prebacivanje. U većini slučajeva nisu potrebne dodatne trenutne{1}}mjere ograničenja.

 

Tip 2: Povratak-na-Promjena povratne kondenzatorske banke

Kada je uključena dodatna baterija kondenzatora dok je jedna ili više kondenzatorskih baterija već spojeno na sistem, može se pojaviti mnogo veća udarna struja.

 

Iskustvo na terenu pokazuje da ova prolazna struja može dostići20 do 250 puta veća od nazivne strujekondenzatorske banke.

Uletna struja se može izraziti kao:

 

gdje:

(Q_C)=Reaktivna snaga kondenzatora

(X_L)=Induktivna reaktanca kola

 

Jednačina pokazuje da povećanje induktivne reaktancije kola smanjuje udarnu struju. Stoga, instaliranje pravilno odabranog serijskog reaktora efikasno ograničava komutacijske prenapone i štiti i kondenzatore i sklopnu opremu.

 

2. Odabir supresije harmonika i reaktanse

Moderni energetski sistemi sadrže veliki broj nelinearnih opterećenja, kao što su:

• Pogoni s promjenjivom frekvencijom (VFD)
• Ispravljači
• UPS sistemi
• Lučne peći
• Pretvarači obnovljive energije

 

Ovi uređaji stvaraju harmonijske struje koje iskrivljuju talasni oblik napona i negativno utiču na kondenzatorske banke.

 

Da bi se poboljšao kvalitet energije i zaštitili kondenzatori, serijski prigušnici se obično instaliraju kao prigušnici harmonika.

 

Utjecaj harmonika na kondenzatorske banke

Ne-sinusoidni talasni oblik se sastoji od komponente osnovne frekvencije plus harmonijskih frekvencija koje su cjelobrojni višekratnici osnovne frekvencije.

 

U praktičnim elektroenergetskim sistemima najznačajniji harmonijski redovi su:

• 3rd harmonic
• 5th harmonic
• 7th harmonic
• 11. harmonik
• 13. harmonik

 

Među njima,5th harmonicje obično dominantna komponenta.

 

Zamislite sistem koji sadrži samo osnovni napon i komponentu napona 5. harmonika. Ako napon 5. harmonika dostigne 26,45% nazivnog napona:

• Prenapon kondenzatora dostiže približno 3,4%
• Prekomjerna struja kondenzatora dostiže približno 65,6%
• Preopterećenje reaktivnom snagom dostiže približno 35%

 

Ove vrijednosti jasno pokazuju ozbiljan utjecaj harmonika na rad kondenzatorske banke.

 

3. Rezonantna analiza

Harmonična struja se može izračunati kao:

gdje:

• (E_n)=Harmonični napon
• (X_B)=Impedansa sistema
• (X_L)=Reaktansa reaktora
• (X_C)=Reaktancija kondenzatora
• (n)=Harmonični red

 

Rezonancija se javlja kada:

 

Odgovarajući uslovi rezonancije:

Da bi se izbjegla rezonancija i efikasno potisnule harmonijske struje, mora biti zadovoljen sljedeći uvjet:

 

Ovo osigurava da grana kondenzatora pokazuje induktivne karakteristike na ciljnoj harmonijskoj frekvenciji, čime se sprječava harmonijsko pojačanje.

 

4. Određivanje stope reaktancije reaktora

U inženjerskoj praksi se obično primjenjuje sigurnosni faktor od 1,5:

 

Za potiskivanje 5. harmonika:

Stopa reaktancije (K) je definirana kao:

gdje:

(K)=Stopa reaktancije reaktora

(X_L)=Fundamentalna-reaktanca reaktora sa frekvencijom

(X_C)=Fundamentalna-reaktanca kondenzatora frekvencije

 

Stoga, a6% stope reaktancijeefektivno depodešava kondenzatorsku banku ispod frekvencije 5. harmonika, potiskuje 5.-red i više harmonike i ograničava struju prekidanja na približno pet puta veću od nazivne struje.

 

5. Vodič za odabir standardne stope reaktanse

0,1% – 1% Reaktancija

primjena:

• Samo ograničenje udarne struje
• Nema potrebe za potiskivanjem harmonika

 

Tipična upotreba:

• Čisti energetski sistemi sa vrlo niskim sadržajem harmonika
• Ograničenje struje{0}} kratkog spoja

 

4,5% – 6% Reaktancija

primjena:

• Potiskivanje 5.-reda i viših harmonika

 

Tipična upotreba:

• Industrijski objekti
• Poslovni objekti
• Opšti sistemi kompenzacije reaktivne snage

 

Najčešće odabrana stopa reaktancije

12% – 13% Reaktancija

primjena:

• Potiskivanje 3.-reda i viših harmonika

 

Tipična upotreba:

• Sistemi sa značajnim sadržajem 3. harmonika
• Posebni projekti ublažavanja harmonika

 

Primjenjiva frekvencija sistema

• 50 Hz sistemi napajanja
• 60 Hz sistemi napajanja

 

Zaključak

Serijski prigušnici su suštinska komponenta modernih kondenzatorskih baterija, pružajući efikasnu zaštitu od uklopnih struja, harmonijskih izobličenja i problema sa rezonancom, dok istovremeno poboljšavaju ukupni kvalitet energije i energetsku efikasnost.

 

Stopu reaktancije uvijek treba odabrati prema stvarnim uvjetima na lokaciji i harmonijskim mjerenjima:

• 6% stope reaktancijeopćenito se preporučuje za potiskivanje harmonika i zaštitu kondenzatorske baterije.
• 0,2%–1% reaktori sa zračnom{2}}jezgromsu prikladni kada je primarni cilj ograničiti udarnu struju uključivanja i, u manjoj mjeri, smanjiti struju kratkog-spoja.
• 12%–13% stope reaktancijepreporučuju se za aplikacije koje zahtijevaju potiskivanje značajnih harmonika 3.-reda.

 

Pravilan odabir reaktora osigurava pouzdan rad, produženi vijek trajanja kondenzatora, poboljšane performanse korekcije faktora snage i poboljšan kvalitet energije u cijelom električnom sistemu.