การเลือกอัตราการรีแอกแตนซ์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมในธนาคารตัวเก็บประจุ

การแนะนำ

เครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรม (หรือเรียกอีกอย่างว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบ detuned) ที่ใช้กับธนาคารตัวเก็บประจุกำลังได้รับการพิสูจน์อย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้าทั่วโลกเพื่อปรับปรุงการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ ลดการสูญเสียสาย จำกัดกระแสกระแสเข้าของสวิตช์ตัวเก็บประจุ และลดการบิดเบือนฮาร์มอนิก

 

การเลือกอัตรารีแอกแตนซ์ของเครื่องปฏิกรณ์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากกระแสฮาร์มอนิกได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ รวมถึงแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิกของกริด อิมพีแดนซ์ของระบบ และพารามิเตอร์ธนาคารตัวเก็บประจุ อัตรารีแอกแตนซ์ที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่การเรโซแนนซ์ ตัวเก็บประจุโอเวอร์โหลด ความร้อนสูงเกินไป หรืออุปกรณ์ขัดข้องก่อนเวลาอันควร

 

บทความนี้จะอธิบายหลักการเบื้องหลังการเลือกอัตรารีแอกแตนซ์ และให้คำแนะนำเชิงปฏิบัติสำหรับการใช้งานธนาคารตัวเก็บประจุ

 

1. การจำกัดกระแสไฟกระชากของการสลับตัวเก็บประจุ

กระแสไฟกระชากของการสลับตัวเก็บประจุเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความเครียดในการสลับอุปกรณ์และธนาคารตัวเก็บประจุ. กระแสไฟพุ่งที่มากเกินไปอาจทำให้คอนแทคเตอร์ เซอร์กิตเบรกเกอร์ ตัวเก็บประจุ และส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบไฟฟ้าเสียหายได้

 

โดยทั่วไปแล้วกระแสไฟพุ่งเข้าสองประเภทจะเกิดขึ้นในระหว่างการเพิ่มพลังของธนาคารตัวเก็บประจุ:

ประเภทที่ 1: การสลับธนาคารตัวเก็บประจุเดี่ยว

เมื่อธนาคารตัวเก็บประจุแบบสแตนด์อโลนถูกเปิดใช้งาน กระแสไฟกระชากที่เกิดขึ้นมักจะอยู่ภายในความสามารถในการทนต่อที่อนุญาตของอุปกรณ์สวิตชิ่งมาตรฐาน ในกรณีส่วนใหญ่ ไม่จำเป็นต้องมีมาตรการจำกัด-ในปัจจุบันเพิ่มเติม

 

ประเภทที่ 2: ย้อนกลับ-ถึง-การสลับธนาคารตัวเก็บประจุกลับ

เมื่อเปิดธนาคารตัวเก็บประจุเพิ่มเติมในขณะที่ธนาคารตัวเก็บประจุตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเชื่อมต่อกับระบบอยู่แล้ว กระแสไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นมากอาจเกิดขึ้นได้

 

ประสบการณ์ภาคสนามแสดงให้เห็นว่ากระแสชั่วคราวนี้อาจไปถึงได้20 ถึง 250 เท่าของกระแสพิกัดของธนาคารตัวเก็บประจุ

กระแสไหลเข้าสามารถแสดงเป็น:

 

ที่ไหน:

(Q_C)=กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของตัวเก็บประจุ

(X_L)=รีแอกแตนซ์อินดัคทีฟของวงจร

 

สมการแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มปฏิกิริยารีแอคแตนซ์ของวงจรจะช่วยลดกระแสไหลเข้า ดังนั้น การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ซีรีส์ที่เลือกอย่างเหมาะสมจะช่วยจำกัดไฟกระชากในสวิตช์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันทั้งตัวเก็บประจุและอุปกรณ์สวิตช์

 

2. การปราบปรามฮาร์มอนิกและการเลือกอัตรารีแอกแตนซ์

ระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ประกอบด้วยโหลดแบบไม่เชิงเส้นจำนวนมาก เช่น:

• ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD)
• วงจรเรียงกระแส
• ระบบยูพีเอส
• เตาอาร์ค
• ตัวแปลงพลังงานทดแทน

 

อุปกรณ์เหล่านี้สร้างกระแสฮาร์มอนิกที่บิดเบือนรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าและส่งผลเสียต่อธนาคารตัวเก็บประจุ

 

เพื่อปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าและปกป้องตัวเก็บประจุ โดยทั่วไปเครื่องปฏิกรณ์แบบซีรีส์จะถูกติดตั้งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ปราบปรามฮาร์มอนิก

 

ผลกระทบของฮาร์มอนิกส์ต่อธนาคารตัวเก็บประจุ

รูปคลื่นที่ไม่ใช่-ไซน์ซอยด์ประกอบด้วยส่วนประกอบความถี่พื้นฐานบวกกับความถี่ฮาร์มอนิกที่เป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความถี่พื้นฐาน

 

ในระบบกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง ลำดับฮาร์มอนิกที่สำคัญที่สุดคือ:

• ฮาร์โมนิคที่ 3
• ฮาร์โมนิคที่ 5
• ฮาร์โมนิคที่ 7
• ฮาร์โมนิคที่ 11
• ฮาร์โมนิคที่ 13

 

ในจำนวนนี้ฮาร์โมนิคที่ 5มักเป็นส่วนประกอบหลัก

 

พิจารณาระบบที่มีเฉพาะแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานและส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกที่ 5 หากแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกที่ 5 ถึง 26.45% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด:

• แรงดันไฟฟ้าเกินของตัวเก็บประจุถึงประมาณ 3.4%
• กระแสเกินของตัวเก็บประจุถึงประมาณ 65.6%
• พลังงานปฏิกิริยาเกินพิกัดถึงประมาณ 35%

 

ค่าเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงผลกระทบที่รุนแรงของฮาร์โมนิคต่อการทำงานของตัวเก็บประจุ

 

3. การวิเคราะห์เสียงสะท้อน

กระแสฮาร์มอนิกสามารถคำนวณได้ดังนี้:

ที่ไหน:

• (E_n)=แรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิก
• (X_B)=อิมพีแดนซ์ของระบบ
• (X_L)=รีแอกแตนซ์ของเครื่องปฏิกรณ์
• (X_C)=รีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ
• (n)=ลำดับฮาร์มอนิก

 

เสียงสะท้อนเกิดขึ้นเมื่อ:

 

เงื่อนไขการสั่นพ้องที่สอดคล้องกัน:

เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นพ้องและลดกระแสฮาร์มอนิกอย่างมีประสิทธิภาพ จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

 

เพื่อให้แน่ใจว่าสาขาตัวเก็บประจุแสดงคุณลักษณะอุปนัยที่ความถี่ฮาร์มอนิกเป้าหมาย ดังนั้นจึงป้องกันการขยายฮาร์มอนิก

 

4. การกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์

ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม โดยทั่วไปจะใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ 1.5:

 

สำหรับการปราบปรามฮาร์มอนิกครั้งที่ 5:

อัตรารีแอกแตนซ์ (K) ถูกกำหนดเป็น:

ที่ไหน:

(K)=อัตราปฏิกิริยาของปฏิกรณ์

(X_L)=รีแอคแตนซ์ของเครื่องปฏิกรณ์ความถี่พื้นฐาน-

(X_C)=รีแอกแตนซ์ตัวเก็บประจุความถี่พื้นฐาน-

 

ดังนั้น กอัตราการเกิดปฏิกิริยา 6%แยกตัวเก็บประจุที่ต่ำกว่าความถี่ฮาร์มอนิกที่ 5 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดลำดับที่ 5- และฮาร์โมนิคที่สูงกว่า และจำกัดการสลับกระแสพุ่งเข้าเป็นประมาณห้าเท่าของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด

 

5. คู่มือการเลือกอัตราการรีแอกแตนซ์มาตรฐาน

อัตราการเกิดปฏิกิริยา 0.1% – 1%

แอปพลิเคชัน:

• การจำกัดกระแสไหลเข้าเท่านั้น
• ไม่มีข้อกำหนดในการปราบปรามฮาร์มอนิก

 

การใช้งานทั่วไป:

• ระบบพลังงานสะอาดที่มีปริมาณฮาร์มอนิกต่ำมาก
• ขีดจำกัดกระแสไฟลัดวงจร-

 

อัตราการเกิดปฏิกิริยา 4.5% – 6%

แอปพลิเคชัน:

• การปราบปรามลำดับที่ 5- และฮาร์โมนิคที่สูงกว่า

 

การใช้งานทั่วไป:

• สิ่งอำนวยความสะดวกทางอุตสาหกรรม
• อาคารพาณิชย์
• ระบบชดเชยพลังงานปฏิกิริยาทั่วไป

 

อัตรารีแอกแตนซ์ที่เลือกบ่อยที่สุด

อัตราการเกิดปฏิกิริยา 12% – 13%

แอปพลิเคชัน:

• การปราบปรามลำดับที่ 3- และฮาร์โมนิคที่สูงกว่า

 

การใช้งานทั่วไป:

• ระบบที่มีเนื้อหาฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 ที่มีนัยสำคัญ
• โครงการลดฮาร์มอนิกพิเศษ

 

ความถี่ของระบบที่ใช้งานได้

• ระบบไฟฟ้า 50 เฮิรตซ์
• ระบบไฟฟ้า 60 เฮิรตซ์

 

บทสรุป

เครื่องปฏิกรณ์ซีรีส์เป็นส่วนประกอบสำคัญของแผงเก็บประจุสมัยใหม่ ซึ่งให้การป้องกันที่มีประสิทธิภาพต่อการสลับกระแสไหลเข้า ความเพี้ยนของฮาร์มอนิก และปัญหาการสั่นพ้อง ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงคุณภาพกำลังไฟฟ้าโดยรวมและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

 

ควรเลือกอัตรารีแอกแตนซ์ตามเงื่อนไขของไซต์งานจริงและการวัดฮาร์มอนิกเสมอ:

• อัตราการเกิดปฏิกิริยา 6%โดยทั่วไปแนะนำสำหรับการปราบปรามฮาร์มอนิกและการป้องกันธนาคารตัวเก็บประจุ
• เครื่องปฏิกรณ์แกนอากาศ 0.2%–1%-เหมาะสมเมื่อวัตถุประสงค์หลักคือการจำกัดกระแสกระชากของการสลับ และลดกระแสลัดวงจร-ในระดับที่น้อยกว่า
• อัตราการเกิดปฏิกิริยา 12%–13%แนะนำสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการปราบปรามฮาร์โมนิกลำดับที่ 3- ที่มีนัยสำคัญ

 

การเลือกเครื่องปฏิกรณ์ที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุที่ยาวนานขึ้น ประสิทธิภาพการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ดีขึ้น และคุณภาพไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นทั่วทั้งระบบไฟฟ้า