Berechnung verdrosselter Drosseln für Kondensatorbänke

Eine Berechnung für einen gedrosselten Drosselkreis beginnt mit den erforderlichen Blindleistungs-kVAR bei Grundfrequenz, Systemspannung und -frequenz, der Kondensatorschaltung, dem gewählten Drosselungsfaktor und der gemessenen Oberschwingungsumgebung. Der Drosselungsfaktor ist das Verhältnis von Drosselreaktanz zu Kondensatorreaktanz bei der Grundfrequenz. Daraus ergibt sich die ideale Serienresonanzfrequenz näherungsweise als Systemfrequenz geteilt durch die Quadratwurzel dieses Verhältnisses. Diese Berechnung ist nur der erste Entwurfsschritt. Die Kondensatorspannung steigt bei Hinzufügen einer Drossel an, Bauteiltoleranzen verschieben den tatsächlichen Abstimmungspunkt und das Netz kann Parallelresonanzen aufweisen. Überprüfen Sie das Ergebnis vor der Gerätebestellung anhand von Herstellerdaten, einer Oberschwingungsstudie, thermischen Prüfungen und Kurzschlussleistungstests sowie den geltenden Projektstandards.

Was eine Verstimmung bewirken soll

Eine Drosselspule ändert die Impedanz eines Kondensatorzweigs, sodass dessen Serienresonanzfrequenz unterhalb einer kritischen Oberschwingungsordnung liegt. Oberhalb dieser Frequenz verhält sich der Zweig eher induktiv als wie ein anziehender Pfad niedriger Impedanz für Oberschwingungsströme höherer Ordnung. Die Verstimmung ist in erster Linie eine Schutz- und Resonanzsteuerungsstrategie für Blindleistungskompensationsanlagen; sie ist nicht automatisch ein abgestimmter Oberschwingungsfilter mit einem garantierten Ziel zur Stromaufnahme. Das Auslegungsziel, das Oberschwingungsspektrum, die Schedsimpedanz und die Abnahmekriterien müssen vor der Auswahl eines Prozentsatzes angegeben werden.

Der Verstimmungskoeffizient ist das Maß für die Abweichung einer Systemfrequenz von seiner Resonanzfrequenz.

Sei p gleich XL dividiert durch XC bei der Grundfrequenz, ausgedrückt als Dezimalzahl. XL ist der Induktivitätsreaktanz und XC ist der Betrag der Kapazitätsreaktanz im Reihenzweig. Die ideale Resonanzfrequenz ist fr = f1 / sqrt(p), wobei f1 die Systemfrequenz ist. Beispielsweise ergibt p = 0,07 in einem 50-Hz-System einen idealen Wert von nahe 189 Hz. Diese Rechnung rechtfertigt keine 7-Prozent-Drossel für jede Anlage. Sie zeigt lediglich das nominale Verhältnis. Tatsächliche Drosseln und Kondensatoren weisen Toleranzen, Temperaturabhängigkeiten und Herstellungsgrenzen auf, während das Netz seine eigene frequenzabhängige Impedanz hat.

Berechne den Zweigstrom und die Drosselreaktanz

Für eine ausgewogene Dreiphasen-Abzweigung beginnen Sie mit dem erforderlichen kvar der Kondensatorbank am Bus und ermitteln, ob die angegebene Nennleistung auf den Kondensator oder die gesamte Kondensator-Reaktor-Anordnung angewendet wird. Die Grundzweigimpedanz ist die Nettokapazitive Reaktanz nach Abzug der Reaktanz des Reaktors. Wenn kvar und Leitungsspannung bekannt sind, berechnen Sie den Leitstrom unter Verwendung von I = Q / (sqrt(3) × VLL) für eine ausgewogene Dreiphasen-Last. Ermitteln Sie die Nettopreisgangimpedanz unter Verwendung der tatsächlichen Delta- oder Y-Anbindung und trennen Sie dann XL und XC mithilfe der ausgewählten p. Da die Nennkonventionen unterschiedlich sind, stimmen Sie die Handrechnung mit den vollständigen Montageplänen des Lieferanten ab.

Berücksichtigung des Spannungsanstiegs am Kondensator

Der Drosselreaktor bewirkt, dass die Kondensatorschlussspannung bei Betrieb mit der Grundfrequenz den Netzeinspeisebeitrag übersteigt. Eine vereinfachte ideale Beziehung zeigt, dass die Kondensatorspannung mit wachsendem Verstimmungsfaktor ansteigt. Der Kondensator muss daher für die tatsächliche kontinuierliche Spannungs- und Strombeanspruchung ausgelegt werden, einschließlich Netzspannungstoleranz, Oberschwingungsstrom, Temperatur und Fertigungstoleranz. Koppeln Sie einen Reaktor nicht nur auf der Grundlage der nominalen Busspannung und der kvar mit einem Kondensator. Fordern Sie die zugelassene Reaktor-Kondensator-Kombination und deren deklarierte Baugruppenleistung an.

Entscheidungstabelle

Verwende gemessene Oberschwingungen und Netzimpedanz

Ein aus Gewohnheit gewählter Prozentwert kann die Resonanz in einen ungünstigen Bereich verschieben. Erfassen Sie Spannungs- und Stromharmonikenspektren unter repräsentativen Betriebszuständen, Transformator- und Generatorimpedanzen, Kabeldaten, sofern von Bedeutung, Angaben zu bestehenden Kondensatorbänken, Antriebs- und Umrichterinformationen sowie die netzseitigen Vorverzerrungen. Modellieren Sie sowohl den Serienzweig als auch eine mögliche Parallelenresonanz mit dem Netz. IEEE 519 definiert die Oberschwingungsbewertung am Verknüpfungspunkt (PCC), aber das Anlagendesign erfordert auch lokale Zweigströme und -spannungen. Ein Einhalten des Grenzwerts am PCC ist keine Regel für die Dimensionierung von Komponenten.

Toleranzen und Alterung prüfen

Die Kapazität kann sich durch Toleranz, Temperatur, Alterung im Betrieb und defekte interne Elemente verändern. Die Induktivität des Reaktors hat ebenfalls eine Toleranz und kann sich mit dem Strom ändern, wenn ihr magnetisches Design sich der Sättigung nähert. Diese Verschiebungen verändern die Resonanzfrequenz und die Stromverteilung. Bewerten Sie die ungünstigste glaubwürdige Kombination, nicht nur die Nennwerte. Die Abnahmeprüfung kann Induktivität, Kapazität, Widerstand, Isolierung, Phasenabgleich und Strommessungen umfassen, je nach Ausrüstung und Verfahren. Bewahren Sie die Ausgangswerte auf, damit eine spätere Inspektion eine Drift erkennen kann.

Koordinatenumschaltung und -sicherung

Ein abgestimmtes Schaltglied weist Schalttransienten, Entladungsanforderungen, Einschaltverhalten und Fehlerenergie auf, die sich auf den Kontaktor oder den Schalter, Sicherungen, Bremsen, Leitungen und die Zeitsteuerung des Reglers auswirken. Konfigurieren Sie die Schaltfunktion des Kondensators, gegebenenfalls die thermische Schutzfunktion des Reaktors, die Überstromkoordination, die Belüftung des Gehäuses und die sichere Entladung vor erneuter Verbindung. Ein Reaktortyp ersetzt keine Kurzschluss-Schutzfunktion oder eine Überprüfung der Funktion des Schaltgeräts. Wenn die Leistungsgrade der Phasen unterschiedlich sind, dokumentieren Sie jedes Kondensator-Reaktorkoppel und verhindern die Austauschung mit einer nicht passenden Komponente.

Berechnungsablauf und Ergebnisse

Die Konstruktionsdatei sollte die Systemspannung und -frequenz, die erforderliche Montagekapazität, die Anschlussart, die ausgewählten P- und R-Werte sowie die rationale Auslegung, die ideale Frequenz, die Kapazitäts- und Reaktorwerte, die berechnete Grundstrom- und Spannungserhöhungsgrundlage, die harmonischen Studien, die Bauteiltoleranzen, die thermischen Grenzen, den Schutz, die Schaltlast und die Prüfungen enthalten. Fügen Sie die von dem Lieferanten genehmigten Kombinationsdaten und Zeichnungsreferenzen hinzu. Nach Änderungen hinsichtlich der Transformatormenge, der Generatorbetrieb, großer nichtlineare Lasten, bestehender Kapazitäten oder der Leistungsregelung neu berechnen. Das Ergebnis ist eine verifizierte Zweigkonstruktion, nicht nur ein Prozentwert und eine Frequenz.

Durchgeführtes Screening-Beispiel und Grenzwerte

Für ein 50-Hz-System mit p = 0,07 ergibt die ideale Screeningberechnung fr = 50 / √0,07, also etwa 189 Hz. Für eine ausgewogene Anordnung mit 100 kV bei 400 V beträgt der ideale Leitstromstrom 100.000 / (√3 × 400), also etwa 144 A. Diese beiden Werte sind keine Kaufspezifikation. Die angegebene Anordnungsvolumenzahl kann von der Kennzeichnung der Kondensatoren abweichen, die Kondensatorspannung steigt über die Serienkombination hinweg, der harmonische Strom erhöht die RMS-Spannung und Toleranzen verschieben die Resonanz. Verwenden Sie das Beispiel nur zur Überprüfung der Maßeinheiten und zur Größenbestimmung, dann ersetzen Sie die Projektstudie und die genehmigte Kombination des Herstellers.

Überprüfen Sie den installierten Zweig nach dem Einschalten

Messen Sie die Leitungsspannung, die Phasenströme, die Strombilanz, die aktive und reaktive Leistung sowie die Anschlussspannung der Kondensatoren, sofern die zugelassene Verfahrensanweisung dies zulässt. Vergleichen Sie die gemessene Reaktivleistungswandlung mit der angegebenen Leistung des aggregierten Systems bei der tatsächlichen Spannung. Überprüfen Sie die harmonische Stromverluste im Reaktor-Kondensator-Verlauf und die Busspannungstoleranzen bei repräsentativen Lastzuständen, nicht nur unmittelbar nach der Inbetriebnahme. Verwenden Sie Wärmebildkameras oder Temperatursensoren, nachdem genügend Ladezeit vergangen ist, und vergleichen Sie die Phasen. Hören Sie auf ungewöhnliche Reaktorgeräusche, wobei zu beachten ist, dass Geräusche allein keine diagnostische Messung darstellen. Konfigurieren Sie die Mindeststandzeit und die Stufenfolge des Reglers und bewahren Sie die ursprüngliche Kapazität, Induktivität, Widerstand, Stromstärke, Temperatur und die harmonischen Messwerte auf. Eine spätere Erhöhung der Stromstärke oder der Temperatur kann dann anhand einer dokumentierten Referenzwertbasis und nicht anhand einer angenommenen Normalzustandswertbasis ausgewertet werden.

Wie dieses Thema mit CNBYG-Geräten zusammenhängt

Dieser Leitfaden unterstützt Spezifikations- und Inbetriebnahmegespräche für die Serienreaktor Produktpalette. Die Produktdaten müssen auf die tatsächliche Systemspannung, den Lastprofil, die harmonischen Messungen, die Schutzkonzepte, die Umweltbedingungen und die geltenden Projektanforderungen überprüft werden. Teilen Sie ein Einzelliniendiagramm und repräsentative Messwerte, bevor Sie eine Modellempfehlung anfordern.

Verwandte CNBYG-Technikleitlinien

• Warum Serie-Reaktoren in Kondensatorbatterien verwendet werden
• Auswahl von Entstörreaktoren aus der Harmonisierungsnetzwerk-Datenbank
• Probleme mit harmonischen Resonanzen nach dem Schalten beheben

Quellen und weiterführende Literatur

Das Handbuch für motorische Systeme des US-Energieministeriums Erklärt, wo die Fest- und automatische Leistungsfaktorkorrektur in die industriellen Lastmuster passt. OSHA 1910.333 bietet den USA eine Referenz für die Praktiken bei der Entenergierung und der elektrischen Arbeiten. IEEE 519 ist die Referenz für die harmonische Regelung an der Schnittstelle zur gemeinsamen Kopplung. Anwenden Sie die aktuellen Ausgaben und die lokalen Anforderungen für das Projekt.

Weiterführender Lernbedarf: MIT OpenCourseWare-Vorlesung 4: Leistungsfaktor. Die MIT-Vorlesung erklärt den Leistungsfaktor und die Verzerrung; sie ersetzt keine spezifischen Geräteanweisungen für Projekte.

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet eine zu 7 Prozent verstimmte Drosselspule?

Nominal beträgt die Reaktanz der Drossel sieben Prozent der Kondensatorreaktanz bei der Grundfrequenz. Sie definiert für sich allein keine sichere Anwendung.

Wie wird die verstimmte Resonanzfrequenz berechnet?

Für einen idealen Reihenzweig verwenden Sie fr = f1 geteilt durch die Quadratwurzel aus p, wobei p als Dezimalzahl eingegeben wird.

Entfernt eine verstimmte Drossel alle Oberschwingungen?

Nein. Sie verändert die Zweigimpedanz und hilft, Resonanzen zu vermeiden. Die Oberschwingungsfilterung erfordert eine definierte Studie und ein Planungsziel.

Warum muss die Nennspannung eines Kondensators überprüft werden?

Der Reihendrosselkreis erhöht die Klemmenspannung des Kondensators und Oberschwingungsströme können die Beanspruchung erhöhen, sodass die Sammelschienenspannung allein nicht ausreicht.

Endgültige technische Hinweise: Behandeln Sie Formeln und Checklisten als Screening-Tools. Installation, Schutz, Inbetriebnahme und energiegeladene Prüfungen müssen von qualifiziertem Personal unter Verwendung von genehmigten Zeichnungen, Produkthandbüchern, Studien und Sicherheitsverfahren vor Ort durchgeführt werden.

For incoming measurements, review detuned-reactor inductance tolerance and test comparability.