Kondansatör Banklarındaki Seri Reaktörler İçin Reaktans Oranının Seçimi

giriiş

Seri reaktörler (aynı zamandaHarmonik reaktörler) güç kapasitör sıralarıyla birlikte kullanıldığında, reaktif güç kompanzasyonunu iyileştirdiği, hat kayıplarını azalttığı, kapasitör anahtarlama ani akımlarını sınırlandırdığı ve harmonik bozulmayı bastırdığı dünya çapındaki güç sistemlerinde yaygın olarak kanıtlanmıştır.

 

Uygun bir reaktör reaktans oranının seçimi kritiktir çünkü harmonik akımlar, şebeke harmonik kaynakları, sistem empedansı ve kapasitör bankası parametreleri dahil olmak üzere birçok faktörden etkilenir. Uygun olmayan bir reaktans oranı rezonansa, kapasitörün aşırı yüklenmesine, aşırı ısınmaya veya erken ekipman arızasına yol açabilir.

 

Bu makale, reaktans oranı seçiminin ardındaki ilkeleri açıklamakta ve kapasitör bankası uygulamaları için pratik rehberlik sağlamaktadır.

 

1. Kapasitör Anahtarlama Ani Akımının Sınırlandırılması

Kapasitör anahtarlama ani akımı, anahtarlama cihazlarındaki stresin en yaygın nedenlerinden biridir vekapasitör bankaları. Aşırı ani akım kontaktörlere, devre kesicilere, kapasitörlere ve diğer güç sistemi bileşenlerine zarar verebilir.

 

Kapasitör bankasının enerjilendirilmesi sırasında tipik olarak iki tür ani akım meydana gelir:

Tip 1: Tek Kapasitör Grubu Anahtarlama

Bağımsız bir kapasitör bankasına enerji verildiğinde, ortaya çıkan ani akım genellikle standart anahtarlama ekipmanının izin verilen dayanma kapasitesi dahilindedir. Çoğu durumda, hiçbir ek akımı-sınırlayıcı önlem gerekli değildir.

 

Tip 2:-Geri-Kapasitör Grubuna Geri Dönme Geçişi

Bir veya daha fazla kapasitör bankası sisteme bağlıyken ek bir kapasitör bankası açıldığında, çok daha yüksek bir ani akım meydana gelebilir.

 

Saha deneyimi bu geçici akımın ulaşabileceğini göstermektedir.Nominal akımın 20 ila 250 katıkapasitör bankasının.

Ani akım şu şekilde ifade edilebilir:

 

Nerede:

(Q_C)=Kapasitör reaktif gücü

(X_L)=Devre endüktif reaktansı

 

Denklem, devrenin endüktif reaktansının arttırılmasının ani akımı azalttığını göstermektedir. Bu nedenle, uygun şekilde seçilmiş bir seri reaktörün kurulması, anahtarlama dalgalanmalarını etkili bir şekilde sınırlandırır ve hem kapasitörleri hem de anahtarlama ekipmanını korur.

 

2. Harmonik Bastırma ve Reaktans Oranı Seçimi

Modern güç sistemleri aşağıdakiler gibi çok sayıda doğrusal olmayan yük içerir:

• Değişken Frekanslı Sürücüler (VFD'ler)
• Redresörler
• UPS sistemleri
• Ark fırınları
• Yenilenebilir enerji dönüştürücüler

 

Bu cihazlar, gerilim dalga biçimini bozan ve kapasitör banklarını olumsuz yönde etkileyen harmonik akımlar üretir.

 

Güç kalitesini iyileştirmek ve kapasitörleri korumak için seri reaktörler genellikle harmonik bastırma reaktörleri olarak kurulur.

 

Harmoniklerin Kondansatör Banklarına Etkisi

-Sinüzoidal olmayan bir dalga biçimi, bir temel frekans bileşeni artı temel frekansın tam katları olan harmonik frekanslardan oluşur.

 

Pratik güç sistemlerinde en önemli harmonik dereceler şunlardır:

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

 

Bunlar arasında,5. harmonikgenellikle baskın bileşendir.

 

Yalnızca temel gerilimi ve 5. harmonik gerilim bileşenini içeren bir sistem düşünün. 5. harmonik gerilim anma geriliminin %26,45'ine ulaşırsa:

• Kapasitör aşırı voltajı yaklaşık %3,4'e ulaşır
• Kapasitör aşırı akımı yaklaşık %65,6'ya ulaşır
• Reaktif güç aşırı yükü yaklaşık %35'e ulaşır

 

Bu değerler, harmoniklerin kapasitör bankasının çalışması üzerindeki ciddi etkisini açıkça göstermektedir.

 

3. Rezonans Analizi

Harmonik akım şu şekilde hesaplanabilir:

Nerede:

• (E_n)=Harmonik voltaj
• (X_B)=Sistem empedansı
• (X_L)=Reaktör reaktansı
• (X_C)=Kapasitör reaktansı
• (n)=Harmonik sıra

 

Rezonans şu durumlarda oluşur:

 

İlgili rezonans koşulları:

Rezonansı önlemek ve harmonik akımları etkili bir şekilde bastırmak için aşağıdaki koşulun yerine getirilmesi gerekir:

 

Bu, kapasitör dalının hedef harmonik frekansında endüktif özellikler sergilemesini sağlar ve böylece harmonik amplifikasyonu önler.

 

4. Reaktör Reaktans Oranının Belirlenmesi

Mühendislik uygulamalarında genellikle 1,5 güvenlik faktörü uygulanır:

 

5. harmonik bastırma için:

Reaktans oranı (K) şu şekilde tanımlanır:

Neresi:

(K)=Reaktör reaktans oranı

(X_L)=Temel-frekans reaktörü reaktansı

(X_C)=Temel-frekans kapasitör reaktansı

 

Bu nedenle, bir%6 reaktans oranı5. harmonik frekansın altındaki kapasitör kümesinin ayarını etkili bir şekilde bozar, 5.-düzey ve daha yüksek harmonikleri bastırır ve anahtarlama ani akımını nominal akımın yaklaşık beş katıyla sınırlandırır.

 

5. Standart Reaktans Oranı Seçim Kılavuzu

%0,1 – %1 Reaktans Oranı

Başvuru:

• Yalnızca ani akım sınırlaması
• Harmonik bastırma gereksinimi yok

 

Tipik Kullanım:

• Çok düşük harmonik içerikli temiz güç sistemleri
• Kısa-devre akımı sınırlaması

 

%4,5 – %6 Reaktans Oranı

Başvuru:

• 5.-dereceden ve daha yüksek harmoniklerin bastırılması

 

Tipik Kullanım:

• Endüstriyel tesisler
• Ticari binalar
• Genel reaktif güç kompanzasyon sistemleri

 

En sık seçilen reaktans oranı

%12 – %13 Reaktans Oranı

Başvuru:

• 3.-dereceden ve daha yüksek harmoniklerin bastırılması

 

Tipik Kullanım:

• Önemli 3. harmonik içeriğe sahip sistemler
• Özel harmonik azaltım projeleri

 

Uygulanabilir Sistem Frekansı

• 50 Hz güç sistemleri
• 60 Hz güç sistemleri

 

Çözüm

Seri reaktörler, modern kapasitör bankalarının önemli bir bileşeni olup, genel güç kalitesini ve enerji verimliliğini artırırken anahtarlama ani akımlarına, harmonik bozulmaya ve rezonans sorunlarına karşı etkili koruma sağlar.

 

Reaktans oranı her zaman gerçek saha koşullarına ve harmonik ölçümlerine göre seçilmelidir:

• %6 reaktans oranıGenellikle harmonik bastırma ve kapasitör bankası koruması için önerilir.
• %0,2–%1 hava-çekirdek reaktörleribirincil hedef anahtarlama ani akımını sınırlamak ve daha az ölçüde kısa-devre akımını azaltmak olduğunda uygundur.
• %12–%13 reaktans oranlarıönemli 3.-derece harmoniklerin bastırılmasını gerektiren uygulamalar için önerilir.

 

Doğru reaktör seçimi, elektrik sistemi genelinde güvenilir çalışma, daha uzun kapasitör servis ömrü, gelişmiş güç faktörü düzeltme performansı ve gelişmiş güç kalitesi sağlar.