Вибір коефіцієнта реактивного опору для послідовних реакторів у батареях конденсаторів

вступ

Серійні реактори (також відомі якрозстроєні реактори), які використовуються з батареями силових конденсаторів, широко зарекомендували себе в енергетичних системах по всьому світу для покращення компенсації реактивної потужності, зменшення втрат у лінії, обмеження пускових струмів перемикання конденсаторів і придушення гармонійних спотворень.

 

Вибір відповідної величини реактивного опору реактора має вирішальне значення, оскільки на гармонічні струми впливають численні фактори, включаючи джерела гармонік мережі, опір системи та параметри батареї конденсаторів. Невідповідний коефіцієнт реактивного опору може призвести до резонансу, перевантаження конденсатора, перегріву або передчасного виходу обладнання з ладу.

 

У цій статті пояснюються принципи вибору коефіцієнта реактивного опору та надаються практичні вказівки щодо застосування батареї конденсаторів.

 

1. Обмеження пускового струму комутації конденсатора

Кидок пускового струму комутації конденсатора є однією з найпоширеніших причин напруги комутаційних пристроїв ібатареї конденсаторів. Надмірний пусковий струм може пошкодити контактори, автоматичні вимикачі, конденсатори та інші компоненти системи живлення.

 

Під час живлення батареї конденсаторів зазвичай виникають два типи пускового струму:

Тип 1: комутація однієї батареї конденсаторів

Коли автономна батарея конденсаторів знаходиться під напругою, результуючий пусковий струм зазвичай знаходиться в межах допустимої здатності витримувати стандартне комутаційне обладнання. У більшості випадків додаткові заходи-обмеження струму не потрібні.

 

Тип 2: перемикання батареї конденсаторів назад--назад

Коли вмикається додаткова батарея конденсаторів, коли одна або більше батареї конденсаторів уже підключені до системи, може виникнути значно вищий пусковий струм.

 

Польовий досвід показує, що цей перехідний струм може досягатиУ 20-250 разів перевищує номінальний струмбатареї конденсаторів.

Пусковий струм можна виразити як:

 

Де:

(Q_C)=Реактивна потужність конденсатора

(X_L)=Індуктивний опір кола

 

Рівняння показує, що збільшення індуктивного опору ланцюга зменшує пусковий струм. Таким чином, встановлення правильно підібраного послідовного реактора ефективно обмежує комутаційні сплески та захищає як конденсатори, так і комутаційне обладнання.

 

2. Вибір рівня придушення гармоній і реактивного опору

Сучасні енергосистеми містять велику кількість нелінійних навантажень, таких як:

• Частотні приводи (VFD)
• Випрямлячі
• Системи ДБЖ
• Дугові печі
• Перетворювачі відновлюваної енергії

 

Ці пристрої генерують гармонічні струми, які спотворюють форму сигналу напруги та негативно впливають на батареї конденсаторів.

 

Щоб покращити якість електроенергії та захистити конденсатори, послідовні реактори зазвичай встановлюються як реактори придушення гармонік.

 

Вплив гармонік на батареї конденсаторів

Не-синусоїдальний сигнал складається з основної частотної складової плюс гармонічних частот, які є цілими числами, кратними основній частоті.

 

У практичних енергосистемах найбільш значущими гармонійними порядками є:

• 3-я гармоніка
• 5-я гармоніка
• 7-а гармоніка
• 11 гармоніка
• 13-я гармоніка

 

Серед них,5-я гармоніказазвичай є домінуючим компонентом.

 

Розглянемо систему, що містить лише основну напругу та компонент напруги 5 гармоніки. Якщо напруга 5 гармоніки досягає 26,45% від номінальної напруги:

• Перенапруга конденсатора досягає приблизно 3,4%
• Перевантаження по струму конденсатора досягає приблизно 65,6%
• Перевантаження по реактивній потужності досягає приблизно 35%

 

Ці значення чітко демонструють сильний вплив гармонік на роботу батареї конденсаторів.

 

3. Резонансний аналіз

Гармонійний струм можна розрахувати як:

Де:

• (E_n)=Гармонійна напруга
• (X_B)=Імпеданс системи
• (X_L)=Реактивний опір реактора
• (X_C)=Реактивний опір конденсатора
• (n)=Гармонічний порядок

 

Резонанс виникає, коли:

 

Відповідні умови резонансу:

Щоб уникнути резонансу та ефективно придушити гармонічні струми, має бути виконана така умова:

 

Це гарантує, що гілка конденсатора демонструє індуктивні характеристики на цільовій гармонічній частоті, тим самим запобігаючи гармонічному посиленню.

 

4. Визначення реактивного опору реактора

У інженерній практиці зазвичай застосовують коефіцієнт безпеки 1,5:

 

Для придушення 5 гармоніки:

Реактивний опір (K) визначається як:

де:

(K)=Швидкість реактивного опору реактора

(X_L)=Основний{2}}реактивний опір частотного реактора

(X_C)=Основна{2}}частотний реактивний опір конденсатора

 

Тому а6% реактивний опірефективно розстроює конденсаторну батарею нижче частоти 5-ї гармоніки, пригнічує гармоніки 5-го-порядку та вищі гармоніки та обмежує пусковий струм перемикання до приблизно п’ятикратного значення номінального струму.

 

5. Посібник із вибору стандартної швидкості реактивного опору

0,1% – 1% реактивного опору

застосування:

• Тільки обмеження пускового струму
• Немає вимоги до придушення гармонік

 

Типове використання:

• Чисті системи живлення з дуже низьким вмістом гармонік
• Обмеження -струму короткого замикання

 

4,5% – 6% реактивного опору

застосування:

• Придушення 5-порядку та вищих гармонік

 

Типове використання:

• Промислові об'єкти
• Комерційні будівлі
• Загальні системи компенсації реактивної потужності

 

Найчастіше вибирається коефіцієнт реактивного опору

12% - 13% реактивного опору

застосування:

• Придушення гармонік третього-порядку та вищих гармонік

 

Типове використання:

• Системи зі значним вмістом 3-ї гармоніки
• Спеціальні проекти пом'якшення гармоній

 

Відповідна системна частота

• Системи живлення 50 Гц
• Системи живлення 60 Гц

 

Висновок

Послідовні реактори є важливим компонентом сучасних батарей конденсаторів, забезпечуючи ефективний захист від пускових струмів комутації, гармонійних спотворень і резонансних проблем, одночасно покращуючи загальну якість електроенергії та енергоефективність.

 

Коефіцієнт реактивного опору завжди слід вибирати відповідно до фактичних умов на місці та вимірювань гармонік:

• 6% реактивний опірзазвичай рекомендується для придушення гармонік і захисту батареї конденсаторів.
• 0,2%–1% повітря-активних реакторівпідходять, коли основною метою є обмеження пускового струму комутації та, меншою мірою, зменшення струму короткого замикання.
• 12–13% реактивного опорурекомендовані для застосувань, що вимагають придушення значних гармонік третього -порядку.

 

Правильний вибір реактора забезпечує надійну роботу, подовжений термін служби конденсатора, покращену продуктивність корекції коефіцієнта потужності та покращену якість електроенергії в усій електричній системі.