Auswahl der Reaktanzrate für Serienreaktoren in Kondensatorbänken

Einführung

Serienreaktoren (auch bekannt alsverstimmte Reaktoren), die mit Leistungskondensatorbänken verwendet werden, haben sich in Stromversorgungssystemen auf der ganzen Welt bewährt, um die Blindleistungskompensation zu verbessern, Leitungsverluste zu reduzieren, Einschaltströme beim Schalten von Kondensatoren zu begrenzen und harmonische Verzerrungen zu unterdrücken.

 

Die Auswahl einer geeigneten Drosselreaktanzrate ist von entscheidender Bedeutung, da Oberschwingungsströme von mehreren Faktoren beeinflusst werden, darunter Netzoberschwingungsquellen, Systemimpedanz und Kondensatorbankparameter. Eine ungeeignete Reaktanzrate kann zu Resonanz, Kondensatorüberlastung, Überhitzung oder vorzeitigem Geräteausfall führen.

 

Dieser Artikel erläutert die Prinzipien hinter der Auswahl der Reaktanzrate und bietet praktische Anleitungen für Kondensatorbankanwendungen.

 

1. Begrenzung des Einschaltstroms des Kondensators

Der Einschaltstrom von Kondensatoren ist eine der häufigsten Ursachen für die Belastung von SchaltgerätenKondensatorbänke. Ein zu hoher Einschaltstrom kann Schütze, Leistungsschalter, Kondensatoren und andere Komponenten des Stromversorgungssystems beschädigen.

 

Beim Einschalten der Kondensatorbank treten typischerweise zwei Arten von Einschaltströmen auf:

Typ 1: Einzelkondensatorbankschaltung

Wenn eine eigenständige Kondensatorbank mit Strom versorgt wird, liegt der resultierende Einschaltstrom normalerweise innerhalb der zulässigen Belastbarkeit von Standard-Schaltgeräten. In den meisten Fällen sind keine zusätzlichen strom-begrenzenden Maßnahmen erforderlich.

 

Typ 2: Back-to-Back-Kondensatorbankumschaltung

Wenn eine zusätzliche Kondensatorbatterie zugeschaltet wird, während eine oder mehrere Kondensatorbatterien bereits an das System angeschlossen sind, kann ein deutlich höherer Einschaltstrom auftreten.

 

Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass dieser Übergangsstrom bis zu 100 % erreichen kannDas 20- bis 250-fache des Nennstromsder Kondensatorbank.

Der Einschaltstrom kann ausgedrückt werden als:

 

Wo:

(Q_C)=Blindleistung des Kondensators

(X_L)=Induktive Reaktanz des Schaltkreises

 

Die Gleichung zeigt, dass eine Erhöhung der induktiven Reaktanz des Stromkreises den Einschaltstrom reduziert. Daher begrenzt die Installation einer richtig ausgewählten Reihendrossel wirksam Schaltstöße und schützt sowohl Kondensatoren als auch Schaltgeräte.

 

2. Oberwellenunterdrückung und Auswahl der Reaktanzrate

Moderne Energiesysteme enthalten eine große Anzahl nichtlinearer Lasten, wie zum Beispiel:

• Frequenzumrichter (VFDs)
• Gleichrichter
• USV-Systeme
• Lichtbogenöfen
• Konverter für erneuerbare Energien

 

Diese Geräte erzeugen Oberschwingungsströme, die die Spannungswellenform verzerren und sich negativ auf Kondensatorbänke auswirken.

 

Zur Verbesserung der Stromqualität und zum Schutz von Kondensatoren werden üblicherweise Reihendrosseln als Oberschwingungsunterdrückungsdrosseln installiert.

 

Einfluss von Oberschwingungen auf Kondensatorbänke

Eine nicht-sinusförmige Wellenform besteht aus einer Grundfrequenzkomponente und harmonischen Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind.

 

In praktischen Energiesystemen sind die wichtigsten harmonischen Ordnungen:

• 3. Harmonische
• 5th harmonic
• 7. Harmonische
• 11. Harmonische
• 13. Harmonische

 

Unter diesen sind die5. Harmonischeist in der Regel die dominierende Komponente.

 

Stellen Sie sich ein System vor, das nur die Grundspannung und eine Spannungskomponente der 5. Harmonischen enthält. Wenn die Spannung der 5. Harmonischen 26,45 % der Nennspannung erreicht:

• Die Kondensatorüberspannung erreicht etwa 3,4 %
• Der Kondensatorüberstrom erreicht etwa 65,6 %
• Blindleistungsüberlastung erreicht ca. 35 %

 

Diese Werte verdeutlichen deutlich den schwerwiegenden Einfluss von Oberschwingungen auf den Betrieb der Kondensatorbank.

 

3. Resonanzanalyse

Der Oberschwingungsstrom kann wie folgt berechnet werden:

Wo:

• (E_n)=Harmonische Spannung
• (X_B)=Systemimpedanz
• (X_L)=Reaktorreaktanz
• (X_C)=Kondensatorreaktanz
• (n)=Harmonische Ordnung

 

Resonanz tritt auf, wenn:

 

Die entsprechenden Resonanzbedingungen:

Um Resonanzen zu vermeiden und Oberschwingungsströme wirksam zu unterdrücken, muss folgende Bedingung erfüllt sein:

 

Dadurch wird sichergestellt, dass der Kondensatorzweig bei der angestrebten harmonischen Frequenz induktive Eigenschaften aufweist, wodurch eine harmonische Verstärkung verhindert wird.

 

4. Bestimmung der Reaktorreaktanzrate

In der Ingenieurpraxis wird üblicherweise ein Sicherheitsfaktor von 1,5 angewendet:

 

Zur Unterdrückung der 5. Harmonischen:

Die Reaktanzrate (K) ist definiert als:

Wo:

(K)=Reaktorreaktanzrate

(X_L)=Grundfrequenz-Reaktanz des Reaktors

(X_C) =Grundfrequenz-Kondensatorreaktanz

 

Daher a6 % ReaktanzrateVerstimmt die Kondensatorbank effektiv unterhalb der 5. Oberwellenfrequenz, unterdrückt Oberwellen 5. Ordnung und höher und begrenzt den Schalteinschaltstrom auf etwa das Fünffache des Nennstroms.

 

5. Leitfaden zur Auswahl der Standardreaktanzrate

0,1 % – 1 % Reaktanzrate

Anwendung:

• Nur Einschaltstrombegrenzung
• Keine Oberwellenunterdrückung erforderlich

 

Typische Verwendung:

• Saubere Stromversorgungssysteme mit sehr geringem Oberwellengehalt
• Kurzschlussstrombegrenzung-

 

4,5 % – 6 % Reaktanzrate

Anwendung:

• Unterdrückung von Harmonischen 5.-Ordnung und höherer Ordnung

 

Typische Verwendung:

• Industrieanlagen
• Gewerbebauten
• Allgemeine Systeme zur Blindleistungskompensation

 

Am häufigsten gewählte Reaktanzrate

12 % – 13 % Reaktanzrate

Anwendung:

• Unterdrückung von Harmonischen 3.-Ordnung und höherer Ordnung

 

Typische Verwendung:

• Systeme mit signifikantem Gehalt an 3. Harmonischen
• Spezielle Projekte zur Harmonisierungsminderung

 

Anwendbare Systemfrequenz

• 50-Hz-Stromversorgungssysteme
• 60-Hz-Stromversorgungssysteme

 

Abschluss

Reihendrosseln sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Kondensatorbänke. Sie bieten einen wirksamen Schutz vor Einschaltströmen, harmonischen Verzerrungen und Resonanzproblemen und verbessern gleichzeitig die allgemeine Stromqualität und Energieeffizienz.

 

Die Reaktanzrate sollte immer entsprechend den tatsächlichen Standortbedingungen und Oberschwingungsmessungen ausgewählt werden:

• 6 % Reaktanzratewird im Allgemeinen zur Oberwellenunterdrückung und zum Schutz von Kondensatorbänken empfohlen.
• 0,2 %–1 % Luft-Kernreaktoreneignen sich, wenn das Hauptziel darin besteht, den Schalteinschaltstrom zu begrenzen und in geringerem Maße den Kurzschlussstrom zu reduzieren.
• 12–13 % Reaktanzratenwerden für Anwendungen empfohlen, die eine Unterdrückung erheblicher Oberschwingungen 3.{1}}Ordnung erfordern.

 

Die richtige Auswahl der Drossel gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb, eine längere Lebensdauer des Kondensators, eine verbesserte Leistungsfaktorkorrektur und eine verbesserte Stromqualität im gesamten elektrischen System.