Selectie van reactantiesnelheid voor seriereactoren in condensatorbanken

Invoering

Seriereactoren (ook bekend alsontstemde reactoren) die worden gebruikt met vermogenscondensatorbanken hebben in energiesystemen over de hele wereld alom bewezen dat ze de compensatie van reactief vermogen verbeteren, lijnverliezen verminderen, de inschakelstromen van condensatorschakelingen beperken en harmonische vervorming onderdrukken.

 

De selectie van een geschikte reactorreactantiesnelheid is van cruciaal belang omdat harmonische stromen worden beïnvloed door meerdere factoren, waaronder harmonische bronnen van het elektriciteitsnet, systeemimpedantie en condensatorbankparameters. Een ongeschikte reactantiesnelheid kan leiden tot resonantie, overbelasting van de condensator, oververhitting of voortijdige uitval van apparatuur.

 

Dit artikel legt de principes achter de selectie van de reactantiesnelheid uit en biedt praktische richtlijnen voor condensatorbanktoepassingen.

 

1. Beperking van de inschakelstroom van de condensator

De inschakelstroom van condensatoren is een van de meest voorkomende oorzaken van spanning op schakelapparaten encondensator banken. Overmatige inschakelstroom kan contactors, stroomonderbrekers, condensatoren en andere componenten van het voedingssysteem beschadigen.

 

Er treden doorgaans twee soorten inschakelstroom op tijdens het inschakelen van de condensatorbank:

Type 1: Bankschakeling met enkele condensator

Wanneer een op zichzelf staande condensatorbank wordt bekrachtigd, ligt de resulterende inschakelstroom gewoonlijk binnen het toegestane weerstandsvermogen van standaard schakelapparatuur. In de meeste gevallen zijn geen aanvullende stroombeperkende maatregelen nodig.

 

Type 2: Terug-naar-achtercondensatorbankschakeling

Wanneer een extra condensatorbank wordt ingeschakeld terwijl er al een of meer condensatorbanken op het systeem zijn aangesloten, kan er een veel hogere inschakelstroom optreden.

 

Ervaring uit het veld leert dat deze voorbijgaande stroom kan bereiken20 tot 250 maal de nominale stroomvan de condensatorbank.

De inschakelstroom kan worden uitgedrukt als:

 

Waar:

(Q_C)=Reactief vermogen condensator

(X_L)=Inductieve reactantie van het circuit

 

De vergelijking laat zien dat het vergroten van de inductieve reactantie van het circuit de inschakelstroom vermindert. Daarom beperkt het installeren van een goed geselecteerde seriereactor effectief schakelpieken en beschermt zowel condensatoren als schakelapparatuur.

 

2. Harmonische onderdrukking en selectie van reactantiesnelheid

Moderne energiesystemen bevatten een groot aantal niet-lineaire belastingen, zoals:

• Variabele frequentieaandrijvingen (VFD's)
• Gelijkrichters
• UPS-systemen
• Boogovens
• Hernieuwbare energieconverters

 

Deze apparaten genereren harmonische stromen die de spanningsgolfvorm vervormen en een negatieve invloed hebben op de condensatorbanken.

 

Om de stroomkwaliteit te verbeteren en condensatoren te beschermen, worden seriereactoren gewoonlijk geïnstalleerd als harmonische onderdrukkingsreactoren.

 

Impact van harmonischen op condensatorbanken

Een niet-sinusvormige golfvorm bestaat uit een fundamentele frequentiecomponent plus harmonische frequenties die gehele veelvouden zijn van de fundamentele frequentie.

 

In praktische energiesystemen zijn de belangrijkste harmonische orden:

• 3e harmonische
• 5e harmonische
• 7e harmonische
• 11e harmonische
• 13e harmonische

 

Onder deze, de5e harmonischeis meestal het dominante onderdeel.

 

Beschouw een systeem dat alleen de fundamentele spanning en een 5e harmonische spanningscomponent bevat. Als de 5e harmonische spanning 26,45% van de nominale spanning bereikt:

• De overspanning van de condensator bereikt ongeveer 3,4%
• De overstroom van de condensator bereikt ongeveer 65,6%
• Overbelasting van reactief vermogen bereikt ongeveer 35%

 

Deze waarden demonstreren duidelijk de ernstige impact van harmonischen op de werking van de condensatorbank.

 

3. Resonantieanalyse

De harmonische stroom kan worden berekend als:

Waar:

• (E_n)=Harmonische spanning
• (X_B)=Systeemimpedantie
• (X_L)=Reactorreactantie
• (X_C)=Reactantie van de condensator
• (n)=Harmonische volgorde

 

Resonantie treedt op wanneer:

 

De bijbehorende resonantievoorwaarden:

Om resonantie te voorkomen en harmonische stromen effectief te onderdrukken, moet aan de volgende voorwaarde worden voldaan:

 

Dit zorgt ervoor dat de condensatortak inductieve eigenschappen vertoont bij de harmonische doelfrequentie, waardoor harmonische versterking wordt voorkomen.

 

4. Bepaling van de reactiesnelheid van de reactor

In de techniekpraktijk wordt doorgaans een veiligheidsfactor van 1,5 toegepast:

 

Voor onderdrukking van de 5e harmonische:

De reactantiesnelheid (K) wordt gedefinieerd als:

waar:

(K)=Reactiesnelheid van de reactor

(X_L)=Fundamentele-frequentiereactorreactantie

(X_C)=Fundamentele-frequentiecondensatorreactantie

 

Daarom is een6% reactantiepercentageontstemt effectief de condensatorbank onder de 5e harmonische frequentie, onderdrukt 5e- orde en hogere harmonischen, en beperkt de inschakelstroom tot ongeveer vijf keer de nominale stroom.

 

5. Keuzegids voor standaard reactantiesnelheid

0,1% – 1% reactantiepercentage

Sollicitatie:

• Alleen inschakelstroombegrenzing
• Geen vereiste voor harmonische onderdrukking

 

Typisch gebruik:

• Schone energiesystemen met een zeer lage harmonische inhoud
• Kortsluitstroombegrenzing-

 

4,5% – 6% reactantiepercentage

Sollicitatie:

• Onderdrukking van 5e-orde en hogere harmonischen

 

Typisch gebruik:

• Industriële faciliteiten
• Commerciële gebouwen
• Algemene blindvermogencompensatiesystemen

 

Meest gekozen reactantiesnelheid

12% – 13% Reactantiepercentage

Sollicitatie:

• Onderdrukking van 3e-orde en hogere harmonischen

 

Typisch gebruik:

• Systemen met een significante 3e harmonische inhoud
• Speciale harmonische mitigatieprojecten

 

Toepasselijke systeemfrequentie

• 50 Hz voedingssystemen
• 60 Hz voedingssystemen

 

Conclusie

Seriereactoren zijn een essentieel onderdeel van moderne condensatorbanken en bieden effectieve bescherming tegen schakelende inschakelstromen, harmonische vervorming en resonantieproblemen, terwijl ze tegelijkertijd de algehele stroomkwaliteit en energie-efficiëntie verbeteren.

 

De reactantiesnelheid moet altijd worden gekozen op basis van de werkelijke omstandigheden ter plaatse en harmonische metingen:

• 6% reactantiepercentagewordt over het algemeen aanbevolen voor harmonische onderdrukking en bescherming van condensatorbanken.
• Kernreactoren met 0,2%–1% lucht-zijn geschikt als het primaire doel het beperken van de inschakelstroom is en, in mindere mate, de kortsluitstroom-.
• 12%–13% reactantiepercentagesworden aanbevolen voor toepassingen die onderdrukking van significante harmonischen van de 3e-orde vereisen.

 

Een juiste selectie van de reactor zorgt voor een betrouwbare werking, een langere levensduur van de condensator, verbeterde prestaties voor de correctie van de arbeidsfactor en een verbeterde stroomkwaliteit in het hele elektrische systeem.