Επιλογή Ρυθμού Αντίδρασης για Σειριακούς Αντιδραστήρες σε Συγκροτήματα Πυκνωτών

Εισαγωγή

Αντιδραστήρες σειράς (γνωστοί και ωςαποσυντονισμένους αντιδραστήρες) που χρησιμοποιούνται με συστοιχίες πυκνωτών ισχύος έχουν αποδειχθεί ευρέως σε συστήματα ισχύος παγκοσμίως ότι βελτιώνουν την αντιστάθμιση άεργου ισχύος, μειώνουν τις απώλειες γραμμής, περιορίζουν τα ρεύματα εισόδου μεταγωγής πυκνωτών και καταστέλλουν την αρμονική παραμόρφωση.

 

Η επιλογή ενός κατάλληλου ρυθμού αντίδρασης αντιδραστήρα είναι κρίσιμη επειδή τα αρμονικά ρεύματα επηρεάζονται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των αρμονικών πηγών δικτύου, της σύνθετης αντίστασης του συστήματος και των παραμέτρων συστοιχίας πυκνωτών. Ένας ακατάλληλος ρυθμός αντίδρασης μπορεί να οδηγήσει σε συντονισμό, υπερφόρτωση πυκνωτή, υπερθέρμανση ή πρόωρη αστοχία του εξοπλισμού.

 

Αυτό το άρθρο εξηγεί τις αρχές πίσω από την επιλογή του ρυθμού αντίδρασης και παρέχει πρακτικές οδηγίες για εφαρμογές τράπεζας πυκνωτών.

 

1. Περιοριστικό ρεύμα εισόδου μεταγωγής πυκνωτή

Το ρεύμα εισροής μεταγωγής πυκνωτή είναι μια από τις πιο κοινές αιτίες καταπόνησης στις συσκευές μεταγωγής καιτράπεζες πυκνωτών. Το υπερβολικό ρεύμα εισόδου μπορεί να καταστρέψει τους επαφές, τους διακόπτες κυκλώματος, τους πυκνωτές και άλλα εξαρτήματα του συστήματος ισχύος.

 

Δύο τύποι ρεύματος εισόδου εμφανίζονται συνήθως κατά την ενεργοποίηση της τράπεζας πυκνωτών:

Τύπος 1: Εναλλαγή συστοιχίας μονού πυκνωτή

Όταν ενεργοποιείται μια αυτόνομη συστοιχία πυκνωτών, το ρεύμα εισόδου που προκύπτει είναι συνήθως εντός της επιτρεπόμενης ικανότητας αντοχής του τυπικού εξοπλισμού μεταγωγής. Στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν απαιτούνται πρόσθετα τρέχοντα-περιοριστικά μέτρα.

 

Τύπος 2: Επιστροφή-στο-Επιστροφή τράπεζας πυκνωτών

Όταν μια πρόσθετη συστοιχία πυκνωτών είναι ενεργοποιημένη ενώ μία ή περισσότερες συστοιχίες πυκνωτών είναι ήδη συνδεδεμένες στο σύστημα, μπορεί να προκύψει πολύ υψηλότερο ρεύμα εισόδου.

 

Η εμπειρία στο πεδίο δείχνει ότι αυτό το παροδικό ρεύμα μπορεί να φτάσει20 έως 250 φορές το ονομαστικό ρεύματης τράπεζας πυκνωτών.

Το ρεύμα εισόδου μπορεί να εκφραστεί ως:

 

Οπου:

(Q_C)=άεργος ισχύς πυκνωτή

(X_L)=Επαγωγική αντίδραση κυκλώματος

 

Η εξίσωση δείχνει ότι η αύξηση της επαγωγικής αντίδρασης του κυκλώματος μειώνει το ρεύμα εισόδου. Επομένως, η εγκατάσταση ενός σωστά επιλεγμένου αντιδραστήρα σειράς περιορίζει αποτελεσματικά τις υπερτάσεις μεταγωγής και προστατεύει τόσο τους πυκνωτές όσο και τον εξοπλισμό μεταγωγής.

 

2. Αρμονική Καταστολή και Επιλογή Ρυθμού Αντίδρασης

Τα σύγχρονα συστήματα ισχύος περιέχουν μεγάλο αριθμό μη γραμμικών φορτίων, όπως:

• Μονάδες μεταβλητής συχνότητας (VFD)
• Ανορθωτές
• Συστήματα UPS
• Φούρνοι τόξου
• Μετατροπείς ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

 

Αυτές οι συσκευές παράγουν αρμονικά ρεύματα που παραμορφώνουν την κυματομορφή τάσης και επηρεάζουν αρνητικά τις συστοιχίες πυκνωτών.

 

Για τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος και την προστασία των πυκνωτών, οι αντιδραστήρες σειράς εγκαθίστανται συνήθως ως αντιδραστήρες αρμονικής καταστολής.

 

Επίδραση των Αρμονικών στις Τράπεζες Πυκνωτών

Μια μη-ημιτονοειδής κυματομορφή αποτελείται από μια θεμελιώδη συνιστώσα συχνότητας συν αρμονικές συχνότητες που είναι ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας.

 

Στα πρακτικά συστήματα ισχύος, οι πιο σημαντικές αρμονικές τάξεις είναι:

• 3η αρμονική
• 5η αρμονική
• 7η αρμονική
• 11η αρμονική
• 13η αρμονική

 

Μεταξύ αυτών, το5η αρμονικήείναι συνήθως το κυρίαρχο συστατικό.

 

Θεωρήστε ένα σύστημα που περιέχει μόνο τη θεμελιώδη τάση και μια 5η συνιστώσα αρμονικής τάσης. Εάν η 5η αρμονική τάση φτάσει το 26,45% της ονομαστικής τάσης:

• Η υπέρταση πυκνωτή φτάνει περίπου το 3,4%
• Η υπερένταση του πυκνωτή φτάνει περίπου το 65,6%
• Η υπερφόρτωση αέργου ισχύος φτάνει περίπου το 35%

 

Αυτές οι τιμές δείχνουν ξεκάθαρα τη σοβαρή επίδραση των αρμονικών στη λειτουργία της τράπεζας πυκνωτών.

 

3. Ανάλυση συντονισμού

Το αρμονικό ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

Οπου:

• (E_n)=Αρμονική τάση
• (X_B)=Εμπέδηση συστήματος
• (X_L)=Αντίδραση αντιδραστήρα
• (X_C)=Αντίδραση πυκνωτή
• (ν)=Αρμονική τάξη

 

Ο συντονισμός εμφανίζεται όταν:

 

Οι αντίστοιχες συνθήκες συντονισμού:

Για την αποφυγή συντονισμού και την αποτελεσματική καταστολή των αρμονικών ρευμάτων, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:

 

Αυτό διασφαλίζει ότι ο κλάδος του πυκνωτή παρουσιάζει επαγωγικά χαρακτηριστικά στην αρμονική συχνότητα στόχο, αποτρέποντας έτσι την αρμονική ενίσχυση.

 

4. Προσδιορισμός του ρυθμού αντίδρασης του αντιδραστήρα

Στην πρακτική της μηχανικής, συνήθως εφαρμόζεται συντελεστής ασφάλειας 1,5:

 

Για 5η αρμονική καταστολή:

Ο ρυθμός αντίδρασης (K) ορίζεται ως:

όπου:

(K)=Ρυθμός αντίδρασης αντιδραστήρα

(X_L)=Θεμελιώδης-αντίδραση αντιδραστήρα συχνότητας

(X_C)=Θεμελιώδης-αντίδραση πυκνωτή συχνότητας

 

Επομένως, αΡυθμός αντίδρασης 6%.αποσυντονίζει αποτελεσματικά τη συστοιχία πυκνωτή κάτω από την 5η αρμονική συχνότητα, καταστέλλει αρμονικές 5ης-τάξης και υψηλότερης τάξης και περιορίζει το ρεύμα εισόδου μεταγωγής σε περίπου πέντε φορές το ονομαστικό ρεύμα.

 

5. Οδηγός επιλογής τυπικού ρυθμού αντίδρασης

Ρυθμός αντίδρασης 0,1% – 1%.

Εφαρμογή:

• Μόνο περιορισμός ρεύματος εισροής
• Καμία απαίτηση αρμονικής καταστολής

 

Τυπική χρήση:

• Καθαρά συστήματα ισχύος με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα αρμονικών
• Περιορισμός ρεύματος βραχυκυκλώματος-

 

Ρυθμός Αντίδρασης 4,5% – 6%.

Εφαρμογή:

• Καταστολή αρμονικών 5ης-τάξης και υψηλότερης

 

Τυπική χρήση:

• Βιομηχανικές εγκαταστάσεις
• Εμπορικά κτίρια
• Γενικά συστήματα αντιστάθμισης άεργου ισχύος

 

Ο πιο συχνά επιλεγμένος ρυθμός αντίδρασης

Ρυθμός Αντίδρασης 12% – 13%.

Εφαρμογή:

• Καταστολή αρμονικών 3ης-τάξης και υψηλότερης

 

Τυπική χρήση:

• Συστήματα με σημαντικό 3ο αρμονικό περιεχόμενο
• Ειδικά έργα αρμονικού μετριασμού

 

Εφαρμόσιμη Συχνότητα Συστήματος

• Συστήματα ισχύος 50 Hz
• Συστήματα ισχύος 60 Hz

 

Σύναψη

Οι αντιδραστήρες σειράς αποτελούν βασικό συστατικό των σύγχρονων συστοιχιών πυκνωτών, παρέχοντας αποτελεσματική προστασία έναντι ρευμάτων εισροής μεταγωγής, αρμονικής παραμόρφωσης και προβλημάτων συντονισμού, ενώ βελτιώνουν τη συνολική ποιότητα ισχύος και την ενεργειακή απόδοση.

 

Ο ρυθμός αντίδρασης πρέπει πάντα να επιλέγεται σύμφωνα με τις πραγματικές συνθήκες τοποθεσίας και τις αρμονικές μετρήσεις:

• Ρυθμός αντίδρασης 6%.Συνιστάται γενικά για καταστολή αρμονικών και προστασία τράπεζας πυκνωτών.
• 0,2%–1% αέρα-πυρηνικοί αντιδραστήρεςείναι κατάλληλα όταν ο πρωταρχικός στόχος είναι ο περιορισμός του ρεύματος εισόδου μεταγωγής και, σε μικρότερο βαθμό, η μείωση του ρεύματος βραχυκυκλώματος-.
• Ρυθμοί αντίδρασης 12%-13%.Συνιστώνται για εφαρμογές που απαιτούν καταστολή σημαντικών αρμονικών 3ης-τάξης.

 

Η σωστή επιλογή αντιδραστήρα εξασφαλίζει αξιόπιστη λειτουργία, εκτεταμένη διάρκεια ζωής του πυκνωτή, βελτιωμένη απόδοση διόρθωσης συντελεστή ισχύος και βελτιωμένη ποιότητα ισχύος σε όλο το ηλεκτρικό σύστημα.