Cálculo de reactor desacoplado para bancos de capacitores

Un cálculo de reactor desacoplado comienza con el kvar fundamental requerido, el voltaje y la frecuencia del sistema, la conexión del capacitor, el factor de desacoplamiento seleccionado y el entorno armónico medido. El factor de desacoplamiento es la relación de la reactancia del reactor a la reactancia del capacitor en la frecuencia fundamental. A partir de ello, la frecuencia de resonancia en serie ideal es aproximadamente la frecuencia del sistema dividida por la raíz cuadrada de esa relación. Este cálculo es solo la primera pantalla de diseño. El voltaje del capacitor aumenta cuando se añade un reactor, las tolerancias de los componentes desplazan el punto de ajuste real y la red puede contener resonancias paralelas. Verifique el resultado con datos del fabricante, un estudio armónico, verificaciones térmicas y de carga de falla, y las normas del proyecto aplicables antes de solicitar el equipo.

Lo que se pretende que haga el desacoplamiento

Un reactor en serie modifica la impedancia de una rama de capacitor para que su frecuencia de resonancia en serie esté por debajo de un orden armónico problemático. Por encima de esa frecuencia, la rama se comporta de manera inductiva en lugar de como un camino de baja impedancia atractivo para la corriente armónica de orden superior. El desacoplamiento es principalmente una estrategia de protección y control de resonancia para bancos de corrección de factor de potencia; no es automáticamente un filtro armónico ajustado con un objetivo garantizado de absorción de corriente. El objetivo del diseño, el espectro armónico, la impedancia del bus y los criterios de aceptación deben establecerse antes de seleccionar un porcentaje.

Definir el factor de desacoplamiento

Sea p igual a XL dividido por XC en la frecuencia fundamental, expresado como decimal. XL es la reactancia del reactor y XC es la magnitud de la reactancia del capacitor en la rama en serie. La frecuencia de resonancia ideal es fr = f1 / sqrt(p), donde f1 es la frecuencia del sistema. Por ejemplo, p = 0.07 en un sistema de 50 Hz da un valor ideal cercano a 189 Hz. Esa aritmética no autoriza un reactor del 7 por ciento para cada planta. Solo muestra la relación nominal. Los reactores y capacitores reales tienen tolerancia, dependencia de temperatura y límites de fabricación, mientras que la red tiene su propia impedancia dependiente de la frecuencia.

Calcular la corriente del rama y la reactancia del reactor

Para una rama trifásica equilibrada, comience desde el kvar requerido del banco de capacitores en el bus e identifique si la clasificación cotizada se refiere solo al capacitor o al conjunto completo de reactor-capacitor. La impedancia fundamental de la rama es la reactancia capacitiva neta después de restar la reactancia del reactor. Si se conocen el kvar del conjunto y el voltaje de línea, calcule la corriente de línea usando I = Q / (sqrt(3) × VLL) para una carga trifásica equilibrada. Derive la impedancia neta por fase usando la conexión delta o estrella real, luego separe XL y XC usando p seleccionado. Debido a que las convenciones de clasificación difieren, concilie el cálculo manual con las tablas de conjuntos completos del proveedor.

Contar con el aumento de voltaje del capacitor

El reactor hace que el voltaje en terminales del capacitor supere la contribución del bus en operación a frecuencia fundamental. Una relación ideal simplificada indica que el voltaje del capacitor aumenta a medida que crece el factor de desacoplamiento. Por lo tanto, el capacitor debe seleccionarse para la tensión y corriente continua reales, incluyendo la tolerancia de voltaje del sistema, corriente armónica, temperatura y tolerancia de fabricación. No empareje un reactor con un capacitor solo en función del voltaje nominal del bus y el kvar. Solicite la combinación aprobada de reactor y capacitor y su salida de conjunto declarada.

Tabla de decisiones

Usar armónicos medidos e impedancia de la red

Un porcentaje seleccionado por hábito puede mover la resonancia a una región desfavorable. Recopile espectros armónicos de tensión y corriente en estados de operación representativos, impedancias del transformador y generador, datos de cables donde el material, detalles del banco existente, información del accionamiento y convertidor, y distorsión de fondo de la utilidad. Modele tanto la resonancia en serie como la posible resonancia paralela con la red. IEEE 519 define la evaluación armónica en el punto de acoplamiento común, pero el diseño del equipo también necesita corrientes y tensiones locales en la rama. Un límite de cumplimiento en el PCC no es una regla de dimensionamiento de componentes.

Verificar tolerancias y envejecimiento

La capacitancia puede cambiar con tolerancia, temperatura, envejecimiento por servicio y elementos internos fallidos. La inductancia del reactor también tiene tolerancia y puede cambiar con la corriente si su diseño magnético se acerca a la saturación. Estos cambios alteran la frecuencia de resonancia y la distribución de corriente. Evalúe la combinación más adversa posible, no solo los valores nominales. Las pruebas de aceptación pueden incluir mediciones de inductancia, capacitancia, resistencia, aislamiento, equilibrio de fases y corriente según corresponda al equipo y procedimientos. Mantenga valores de referencia para que inspecciones posteriores puedan identificar desviaciones.

Coordinar conmutación y protección

Una rama desacoplada tiene transientes de conmutación, requisitos de descarga, comportamiento de entrada y energía de falla que afectan al contactor o interruptor, fusibles, disyuntores, conductores y el tiempo del controlador. Confirme la conmutación en modo de carga del condensador, la protección térmica del reactor donde se proporcione, la coordinación de sobrecorriente, la ventilación del recinto y la descarga segura antes de la reconexión. Un reactor no reemplaza la protección contra cortocircuitos ni la revisión del duty de dispositivos de conmutación. Si las etapas tienen clasificaciones desiguales, documente cada par reactor-condensador y evite sustituciones en campo con un componente no coincidente.

Flujo de trabajo de cálculo y entregables

El archivo de diseño debe indicar el voltaje y frecuencia del sistema, el kvar de ensamblaje requerido, la conexión, la p y la justificación seleccionada, fr ideal, clasificaciones del condensador y reactor, corriente fundamental calculada, base de aumento de tensión, casos de estudio armónico, tolerancias de componentes, límites térmicos, protección, duty de conmutación y mediciones de aceptación. Añada los datos de la combinación aprobada por el proveedor y las referencias de los planos. Recalcule tras cambios en el tamaño del transformador, operación del generador, cargas no lineales grandes, condensadores existentes o clasificaciones de etapas. El entregable es un diseño de rama verificado, no solo un porcentaje y una frecuencia.

Ejemplo de selección trabajado y límites

Para un sistema de 50 Hz con p = 0.07, el cálculo de filtrado ideal da fr = 50 / √0.07, o aproximadamente 189 Hz. Para un ensamblaje balanceado de 100 kvar a 400 V, la pantalla de corriente en línea ideal es 100,000 / (√3 × 400), o aproximadamente 144 A. Estos dos valores no son una especificación de compra. El kvar declarado del ensamblaje puede diferir de la clasificación en la placa del condensador, la tensión del condensador aumenta en la combinación en serie, la corriente armónica incrementa el estrés RMS y las tolerancias desplazan la resonancia. Use solo el ejemplo para verificar unidades y orden de magnitud, luego sustituya por el estudio del proyecto y la combinación aprobada del fabricante.

Verificar la rama instalada después de la energización

Mida la tensión de línea, corrientes de fase, equilibrio de corriente, potencia activa y reactiva, y tensión en terminales del condensador donde el procedimiento aprobado lo permita. Compare el cambio en potencia reactiva medido con la salida declarada del ensamblaje en la tensión real. Revise la corriente armónica en la rama reactor-condensador y la distorsión de la tensión en el bus durante estados de carga representativos, no solo inmediatamente después de energizar. Use imágenes térmicas o sensores de temperatura tras un tiempo de carga suficiente y compare fases. Escuche ruidos anormales del reactor mientras reconoce que el sonido por sí solo no es una medición diagnóstica. Confirme el tiempo mínimo de desconexión del controlador y la secuencia de etapas, luego preserve los registros iniciales de capacitancia, inductancia, resistencia, corriente, temperatura y armónicos. Un aumento posterior en corriente o temperatura puede evaluarse en comparación con una línea base documentada en lugar de una condición normal asumida.

Relación de este tema con los equipos CNBYG

Esta guía sirve de apoyo para las conversaciones sobre especificaciones y puesta en servicio de la línea de productos de Reactor en serie Los datos del producto deben comprobarse teniendo en cuenta la tensión real del sistema, el perfil de carga, las mediciones de armónicos, el diseño de las protecciones, las condiciones ambientales y los requisitos aplicables al proyecto. Comparta un esquema unifilar y mediciones representativas antes de solicitar una recomendación de modelo.

Guías de ingeniería relacionadas de CNBYG

• why series reactors are used in capacitor banks
• select detuning reactors from harmonic network evidence
• troubleshoot harmonic resonance after switching

Fuentes y lecturas adicionales

El Guía del Departamento de Energía de España sobre sistemas accionados por motores Explica cómo pueden integrarse la compensación fija y la compensación automática del factor de potencia en los perfiles de carga industriales. OSHA 1910.333 Proporciona una referencia básica para España sobre la desenergización y las prácticas de trabajo eléctrico. IEEE 519 Es la referencia de la organización normativa para el control de armónicos en el punto de acoplamiento común. Aplique las ediciones vigentes y los requisitos locales correspondientes al proyecto.

Para seguir aprendiendo: MIT OpenCourseWare, Lección 4: Factor de potencia. La conferencia del MIT explica el factor de potencia y la distorsión; no sustituye las instrucciones específicas de los equipos de cada proyecto.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa un reactor sintonizado al 7 por ciento?

Nominally, reactor reactance is 7 percent of capacitor reactance at the fundamental frequency. It does not by itself define a safe application.

¿Cómo se calcula la frecuencia de resonancia desafinada?

Para una rama en serie ideal, use fr = f1 dividido por la raíz cuadrada de p, con p ingresado como decimal.

¿Un reactor desacoplado elimina todos los armónicos?

No. It changes branch impedance and helps avoid resonance. Harmonic filtering performance requires a defined study and design objective.

¿Por qué debe revisarse la clasificación de voltaje del condensador?

El reactor en serie aumenta el voltaje terminal del condensador y la corriente armónica puede añadir estrés, por lo que el voltaje de bus por sí solo no es suficiente.

Nota final de ingeniería: Considere las fórmulas y las listas de verificación como herramientas de evaluación preliminar. La instalación, la protección, la puesta en servicio y las pruebas con tensión deben ser realizadas por personal cualificado utilizando planos aprobados, manuales de producto, estudios y procedimientos de seguridad del emplazamiento.

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