Odabir brzine reaktancije za serijske reaktore u baterijama kondenzatora

Uvod

Serijski reaktori (također poznati kaodeštimirani reaktori) koji se koriste s baterijama energetskih kondenzatora naširoko su se dokazali u elektroenergetskim sustavima širom svijeta za poboljšanje kompenzacije jalove snage, smanjenje gubitaka u liniji, ograničavanje sklopnih udarnih struja kondenzatora i suzbijanje harmonijskih izobličenja.

 

Odabir odgovarajuće stope reaktancije reaktora je kritičan jer na harmonijske struje utječe više čimbenika, uključujući izvore harmonika u mreži, impedanciju sustava i parametre kondenzatorske baterije. Neodgovarajuća stopa reaktancije može dovesti do rezonancije, preopterećenja kondenzatora, pregrijavanja ili preranog kvara opreme.

 

Ovaj članak objašnjava načela koja stoje iza odabira brzine reaktancije i daje praktične smjernice za primjenu kondenzatorskih baterija.

 

1. Ograničenje ulazne struje preklapanja kondenzatora

Preklopna udarna struja kondenzatora jedan je od najčešćih uzroka naprezanja sklopnih uređaja ikondenzatorske baterije. Pretjerana udarna struja može oštetiti kontaktore, prekidače, kondenzatore i druge komponente elektroenergetskog sustava.

 

Dvije vrste udarne struje obično se javljaju tijekom punjenja baterije kondenzatora:

Tip 1: Prebacivanje jedne baterije kondenzatora

Kada je samostalna baterija kondenzatora pod naponom, rezultirajuća udarna struja obično je unutar dopuštene sposobnosti podnošenja standardne sklopne opreme. U većini slučajeva nisu potrebne dodatne-mjere ograničenja struje.

 

Tip 2: Natrag-na-nazad prebacivanje baterije kondenzatora

Kada se uključi dodatna kondenzatorska baterija dok je jedna ili više kondenzatorskih baterija već spojeno na sustav, može doći do puno veće udarne struje.

 

Iskustvo na terenu pokazuje da ova prijelazna struja može doseći20 do 250 puta od nazivne strujekondenzatorske baterije.

Ulazna struja može se izraziti kao:

 

Gdje:

(Q_C)=Jalova snaga kondenzatora

(X_L)=Induktivna reaktancija kruga

 

Jednadžba pokazuje da povećanje induktivne reaktancije kruga smanjuje udarnu struju. Stoga, instaliranje pravilno odabranog serijskog reaktora učinkovito ograničava sklopne prenapone i štiti i kondenzatore i sklopnu opremu.

 

2. Potiskivanje harmonika i odabir brzine reaktancije

Moderni elektroenergetski sustavi sadrže veliki broj nelinearnih opterećenja, kao što su:

• Pogoni promjenjive frekvencije (VFD)
• Ispravljači
• UPS sustavi
• Lučne peći
• Pretvarači obnovljive energije

 

Ovi uređaji generiraju harmonijske struje koje iskrivljuju valni oblik napona i negativno utječu na baterije kondenzatora.

 

Kako bi se poboljšala kvaliteta električne energije i zaštitili kondenzatori, serijski reaktori se obično postavljaju kao reaktori za potiskivanje harmonika.

 

Utjecaj harmonika na baterije kondenzatora

Ne-sinusoidni valni oblik sastoji se od komponente osnovne frekvencije plus harmonijske frekvencije koje su cijeli umnošci osnovne frekvencije.

 

U praktičnim elektroenergetskim sustavima najznačajniji harmonijski redovi su:

• 3. harmonika
• 5. harmonika
• 7. harmonik
• 11. harmonika
• 13. harmonika

 

Među njima,5. harmonikaje obično dominantna komponenta.

 

Razmotrimo sustav koji sadrži samo osnovni napon i komponentu napona 5. harmonika. Ako napon 5. harmonika dosegne 26,45% nazivnog napona:

• Prenapon kondenzatora doseže približno 3,4%
• Prekomjerna struja kondenzatora doseže približno 65,6%
• Preopterećenje jalove snage doseže približno 35%

 

Ove vrijednosti jasno pokazuju ozbiljan utjecaj harmonika na rad baterije kondenzatora.

 

3. Analiza rezonancije

Harmonijska struja može se izračunati kao:

Gdje:

• (E_n)=Harmonijski napon
• (X_B)=Impedancija sustava
• (X_L)=Reaktancija reaktora
• (X_C)=Reaktancija kondenzatora
• (n)=Harmonijski poredak

 

Rezonancija se javlja kada:

 

Odgovarajući uvjeti rezonancije:

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

 

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

 

4. Određivanje brzine reaktancije reaktora

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

 

Za potiskivanje 5. harmonika:

Stopa reaktancije (K) definirana je kao:

gdje:

(K)=Stopa reaktancije reaktora

(X_L)=Osnovna-reaktancija frekvencijskog reaktora

(X_C)=Osnovna-reaktancija frekvencijskog kondenzatora

 

Stoga, a6% reaktancijeučinkovito deštimira kondenzatorsku bateriju ispod frekvencije 5. harmonika, potiskuje harmonike 5.-reda i više harmonike i ograničava struju uključivanja na približno pet puta veću od nazivne struje.

 

5. Vodič za odabir standardne brzine reaktancije

0,1% – 1% stope reaktancije

Primjena:

• Samo ograničenje udarne struje
• Nema zahtjeva za potiskivanjem harmonika

 

Tipična uporaba:

• Čisti energetski sustavi s vrlo niskim sadržajem harmonika
• Ograničenje struje-kratkog spoja

 

4,5% – 6% stope reaktancije

Primjena:

• Potiskivanje 5.-reda i viših harmonika

 

Tipična uporaba:

• Industrijski objekti
• Poslovni objekti
• Opći sustavi kompenzacije jalove snage

 

Najčešće odabrana stopa reaktancije

12% – 13% stope reaktancije

Primjena:

• Potiskivanje harmonika 3.-reda i viših harmonika

 

Tipična uporaba:

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

 

Primjenjiva frekvencija sustava

• 50 Hz sustavi napajanja
• 60 Hz sustavi napajanja

 

Zaključak

Serijski reaktori bitna su komponenta modernih kondenzatorskih baterija, pružajući učinkovitu zaštitu od prekidačkih udarnih struja, harmonijskih izobličenja i problema s rezonancijom, dok istovremeno poboljšavaju ukupnu kvalitetu napajanja i energetsku učinkovitost.

 

Stopu reaktancije treba uvijek odabrati prema stvarnim uvjetima na mjestu i mjerenjima harmonika:

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

 

Odgovarajući odabir reaktora osigurava pouzdan rad, produžen radni vijek kondenzatora, poboljšanu izvedbu korekcije faktora snage i poboljšanu kvalitetu napajanja u cijelom električnom sustavu.