Calcul de réacteur détuné pour batteries de condensateurs

Un calcul de réacteur décalé commence par la kva fondamentale requise, la tension et la fréquence du système, la connexion du condensateur, le facteur de décalage sélectionné et l'environnement harmonique mesuré. Le facteur de décalage est le rapport de l'inductance du réacteur à celle du condensateur à la fréquence fondamentale. À partir de celui-ci, la fréquence de résonance en série idéale est approximativement la fréquence du système divisée par la racine carrée de ce rapport. Ce calcul n'est que le premier écran de conception. La tension du condensateur augmente lorsqu'un réacteur est ajouté, les tolérances des composants déplacent le point de réglage réel, et le réseau peut contenir des résonances parallèles. Vérifiez le résultat avec les données du fabricant, une étude harmonique, des vérifications thermiques et de service en cas de défaut, ainsi que les normes de projet applicables avant de commander l'équipement.

Ce que le décalage vise à faire

Un réacteur en série modifie l'impédance d'une branche de condensateur afin que sa fréquence de résonance en série soit inférieure à un ordre harmonique problématique. Au-dessus de cette fréquence, la branche se comporte de manière inductive plutôt que comme un chemin d'impédance faible attrayant pour le courant harmonique de haut ordre. Le décalage est principalement une stratégie de protection et de contrôle de résonance pour les banques de correction du facteur de puissance ; ce n'est pas automatiquement un filtre harmonique réglé avec un objectif d'absorption de courant garanti. L'objectif de conception, le spectre harmonique, l'impédance du bus et les critères d'acceptation doivent être précisés avant de sélectionner un pourcentage.

Définir le facteur de décalage

Soit p égal à XL divisé par XC à la fréquence fondamentale, exprimé en décimal. XL est l'inductance du réacteur et XC est la magnitude de l'inductance du condensateur dans la branche en série. La fréquence de résonance idéale est fr = f1 / sqrt(p), où f1 est la fréquence du système. Par exemple, p = 0,07 sur un système de 50 Hz donne une valeur idéale proche de 189 Hz. Cet arithmétique n'autorise pas un réacteur de 7 pour cent pour chaque installation. Il montre seulement la relation nominale. Les réacteurs et condensateurs réels ont des tolérances, une dépendance à la température et des limites de fabrication, tandis que le réseau a sa propre impédance dépendante de la fréquence.

Calculer le courant de branche et l'inductance du réacteur

Pour une branche triphasée équilibrée, commencer par la kva requise du banc de condensateurs au bus et identifier si la puissance indiquée concerne uniquement le condensateur ou l'ensemble réacteur-condensateur. L'impédance fondamentale de la branche est la réactance capacitive nette après soustraction de l'inductance du réacteur. Si la kva de l'ensemble et la tension de ligne sont connues, calculer le courant de ligne en utilisant I = Q / (sqrt(3) × VLL) pour une charge triphasée équilibrée. Déduire l'impédance nette par phase en utilisant la connexion delta ou étoile réelle, puis séparer XL et XC en utilisant le p sélectionné. Étant donné que les conventions de notation diffèrent, concilier le calcul manuel avec les tableaux d'ensemble complet du fournisseur.

Prendre en compte la montée de la tension du condensateur

Le réacteur provoque une augmentation de la tension aux bornes du condensateur dépassant la contribution du bus en fonctionnement à la fréquence fondamentale. Une relation idéale simplifiée indique que la tension du condensateur augmente avec la croissance du facteur de décalage. Le condensateur doit donc être sélectionné pour le stress en tension et courant en continu réel, y compris la tolérance de tension du système, le courant harmonique, la température et la tolérance de fabrication. Ne pas associer un réacteur à un condensateur uniquement sur la base de la tension nominale du bus et du kva. Demander la combinaison réacteur-condensateur approuvée et sa puissance d'ensemble déclarée.

Table de décision

Utiliser les harmoniques mesurées et l'impédance du réseau

Un pourcentage choisi par habitude peut déplacer la résonance dans une région défavorable. Collectez les spectres harmoniques de tension et de courant dans des états de fonctionnement représentatifs, impedances du transformateur et du générateur, données des câbles où le matériau, détails des banques existantes, informations sur la commande et le convertisseur, et distorsion de fond du réseau. Modélisez à la fois la branche en série et la résonance parallèle possible avec le réseau. La norme IEEE 519 définit l’évaluation harmonique au point de couplage commun, mais la conception de l’équipement nécessite également les courants et tensions locaux de la branche. Une limite de conformité au PCC n’est pas une règle de dimensionnement des composants.

Vérifier les tolérances et le vieillissement

La capacité peut varier avec la tolérance, la température, le vieillissement en service et les éléments internes défectueux. L’inductance du réacteur a également une tolérance et peut changer avec le courant si sa conception magnétique approche la saturation. Ces décalages modifient la fréquence de résonance et la distribution du courant. Évaluez la combinaison la plus défavorable crédible, pas seulement les valeurs nominales. Les tests d’acceptation peuvent inclure la mesure de l’inductance, de la capacité, de la résistance, de l’isolation, de l’équilibre de phase et du courant selon l’équipement et les procédures. Maintenez des valeurs de référence pour que l’inspection ultérieure puisse identifier toute dérive.

Coordonner la commutation et la protection

Une branche désaccordée présente des transitoires de commutation, des exigences de décharge, un comportement d’appel de courant et une énergie de défaut qui affectent le contacteur ou l’interrupteur, les fusibles, les disjoncteurs, les conducteurs et le timing du contrôleur. Confirmez la commutation en mode charge du condensateur, la protection thermique du réacteur si fournie, la coordination des surintensités, la ventilation du coffret et la décharge sécurisée avant la reconnection. Un réacteur ne remplace pas la protection contre les courts-circuits ni la revue de la tâche de l’appareil de commutation. Si les étapes ont des puissances nominales inégales, documentez chaque paire réacteur-condensateur et évitez la substitution sur le terrain avec un composant non compatible.

Flux de travail de calcul et livrables

Le fichier de conception doit indiquer la tension et la fréquence du système, le kva d’assemblage requis, la connexion, la valeur p sélectionnée et la justification, la fréquence idéale fr, les ratings du condensateur et du réacteur, le courant fondamental calculé, la base de montée en tension, les cas d’étude harmonique, les tolérances des composants, les limites thermiques, la protection, la tâche de commutation et les mesures d’acceptation. Ajoutez les données de combinaison approuvée par le fournisseur et les références de dessin. Recalculez après des modifications de la taille du transformateur, du fonctionnement du générateur, des charges non linéaires importantes, des condensateurs existants ou des puissances des étapes. Le livrable est une conception de branche vérifiée, pas seulement un pourcentage et une fréquence.

Exemple de sélection pratique et limites

Pour un système à 50 Hz avec p = 0,07, le calcul de filtrage idéal donne fr = 50 / √0,07, soit environ 189 Hz. Pour un ensemble équilibré de 100 kvar à 400 V, la limite idéale de courant de ligne est 100 000 / (√3 × 400), soit environ 144 A. Ces deux valeurs ne constituent pas une spécification d’achat. La kva déclarée de l’ensemble peut différer de la puissance nominale inscrite sur la plaque du condensateur, la tension du condensateur augmente à travers la combinaison en série, le courant harmonique augmente le stress RMS, et les tolérances décalent la résonance. Utilisez cet exemple uniquement pour vérifier les unités et l’ordre de grandeur, puis remplacez par l’étude du projet et la combinaison du fabricant approuvée.

Vérifier la branche installée après l'énergisation

Mesurez la tension de ligne, les courants de phase, l’équilibre du courant, la puissance active et réactive, et la tension aux bornes du condensateur si la procédure approuvée le permet. Comparez la variation de la puissance réactive mesurée avec la sortie déclarée de l’ensemble à la tension réelle. Examinez le courant harmonique dans la branche réacteur-condensateur et la distorsion de la tension du bus lors d’états de charge représentatifs, pas seulement immédiatement après la mise sous tension. Utilisez une imagerie thermique ou des capteurs de température après un temps de charge suffisant et comparez les phases. Écoutez les bruits anormaux du réacteur tout en reconnaissant que le son seul n’est pas une mesure diagnostique. Confirmez le temps de déconnexion minimum du contrôleur et la séquence des étapes, puis conservez les enregistrements initiaux de capacité, inductance, résistance, courant, température et harmoniques. Une augmentation ultérieure du courant ou de la température peut alors être évaluée par rapport à une référence documentée plutôt qu’à une condition normale supposée.

Comment ce sujet se connecte à l'équipement CNBYG

Ce guide appuie les discussions relatives aux spécifications et à la mise en service pour Réacteur en série gamme de produits. Les données du produit doivent être vérifiées par rapport à la tension réelle du système, au profil de charge, aux mesures d'harmoniques, à la conception de la protection, aux conditions environnementales et aux exigences applicables du projet. Veuillez partager un schéma unifilaire et des mesures représentatives avant de demander une recommandation de modèle.

Guides d'ingénierie CNBYG associés

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

Sources et pour aller plus loin

La Guide des systèmes fonctionnant au moteur du département de l'Énergie des États-Unis explique où la correction du facteur de puissance fixe et à commutation automatique s'adapte aux profils de charge industriels. OSHA 1910.333 fournit la référence américaine pour la mise hors tension et les pratiques de travail électrique. IEEE 519 est la référence de l'organisme de normalisation pour le contrôle des harmoniques au point de couplage commun. Appliquez les éditions actuelles et les exigences locales pour le projet.

Pour aller plus loin : Cours 4 du MIT OpenCourseWare : Facteur de puissance. La conférence du MIT explique le facteur de puissance et la distorsion ; elle ne remplace pas les instructions d'équipement spécifiques au projet.

Foire aux questions

What does a 7 percent detuned reactor mean?

En principe, l'impédance du réacteur est de 7 pour cent de l'impédance du condensateur à la fréquence fondamentale. Cela ne définit pas à lui seul une application sûre.

Comment la fréquence de résonance désaccordée est-elle calculée ?

Pour une branche en série idéale, utilisez fr = f1 divisé par la racine carrée de p, avec p saisi en décimal.

Does a detuned reactor remove all harmonics?

Non. Il modifie l'impédance de branche et aide à éviter la résonance. La performance de filtrage harmonique nécessite une étude définie et un objectif de conception.

Pourquoi la tension nominale du condensateur doit-elle être revue ?

Le réacteur en série augmente la tension aux bornes du condensateur et le courant harmonique peut ajouter du stress, donc la tension du bus seule est insuffisante.

Note d'ingénierie finale : Considérez les formules et les listes de contrôle comme des outils de dépistage. L'installation, la protection, la mise en service et les essais sous tension doivent être effectués par du personnel qualifié utilisant des schémas approuvés, des manuels de produits, des études et des procédures de sécurité sur le site.

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