Cálculo de Reator Desajustado para Bancos de Capacitores

Um cálculo de reator desajustado começa com o kvar fundamental necessário, tensão e frequência do sistema, conexão do capacitor, fator de desajuste selecionado e ambiente harmônico medido. O fator de desajuste é a razão entre a reatância do reator e a reatância do capacitor na frequência fundamental. A partir dele, a frequência de ressonância em série ideal é aproximadamente a frequência do sistema dividida pela raiz quadrada dessa razão. Este cálculo é apenas a primeira tela de projeto. A tensão do capacitor aumenta quando um reator é adicionado, as tolerâncias dos componentes deslocam o ponto de sintonia real, e a rede pode conter ressonâncias paralelas. Verifique o resultado com dados do fabricante, um estudo harmônico, verificações térmicas e de carga de falha, e os padrões de projeto aplicáveis antes de solicitar o equipamento.

O que o desajuste pretende fazer

Um reator em série altera a impedância de um ramo de capacitor para que sua frequência de ressonância em série fique abaixo de uma ordem harmônica problemática. Acima dessa frequência, o ramo comporta-se indutivamente em vez de ser um caminho de baixa impedância atraente para a corrente harmônica de ordem superior. O desajuste é principalmente uma estratégia de proteção e controle de ressonância para bancos de correção de fator de potência; não é automaticamente um filtro harmônico sintonizado com uma meta de absorção de corrente garantida. O objetivo do projeto, o espectro harmônico, a impedância do barramento e os critérios de aceitação devem ser declarados antes de selecionar uma porcentagem.

Definir o fator de desajuste

Seja p igual a XL dividido por XC na frequência fundamental, expresso como decimal. XL é a reatância do reator e XC é a magnitude da reatância do capacitor no ramo em série. A frequência de ressonância ideal é fr = f1 / sqrt(p), onde f1 é a frequência do sistema. Por exemplo, p = 0,07 em um sistema de 50 Hz fornece um valor ideal próximo de 189 Hz. Essa aritmética não autoriza um reator de 7 por cento para todas as instalações. Ela apenas mostra a relação nominal. Reatores e capacitores reais possuem tolerância, dependência de temperatura e limites de fabricação, enquanto a rede tem sua própria impedância dependente da frequência.

Calcular a corrente do ramo e a reatância do reator

Para um ramo trifásico equilibrado, comece pelo kvar necessário do banco de capacitores no barramento e identifique se a classificação cotada refere-se apenas ao capacitor ou ao conjunto completo reator-capacitor. A impedância fundamental do ramo é a reatância capacitiva líquida após subtrair a reatância do reator. Se o kvar do conjunto e a tensão da linha forem conhecidos, calcule a corrente de linha usando I = Q / (sqrt(3) × VLL) para uma carga trifásica equilibrada. Derive a impedância líquida por fase usando a conexão delta ou estrela real, depois separe XL e XC usando o p selecionado. Como as convenções de classificação diferem, reconcilie o cálculo manual com as tabelas do fabricante do conjunto completo.

Considerar a elevação da tensão do capacitor

O reator faz com que a tensão do terminal do capacitor exceda a contribuição do barramento sob operação na frequência fundamental. Uma relação ideal simplificada indica que a tensão do capacitor aumenta à medida que o fator de desajuste cresce. Portanto, o capacitor deve ser selecionado para a tensão contínua real e a tensão de corrente, incluindo a tolerância de tensão do sistema, corrente harmônica, temperatura e tolerância de fabricação. Não combine um reator com um capacitor apenas com base na tensão nominal do barramento e kvar. Solicite a combinação de reator-capacitor aprovada e sua saída de montagem declarada.

Tabela de decisão

Utilizar harmônicos medidos e impedância da rede

Uma percentagem selecionada por hábito pode deslocar a ressonância para uma região desfavorável. Colete espectros harmónicos de tensão e corrente sob estados operacionais representativos, impedâncias de transformadores e geradores, dados de cabos onde o material, detalhes do banco existente, informações do acionamento e do conversor, e distorção de fundo da utilidade. Modele tanto a ramificação em série quanto a possível ressonância paralela com a rede. IEEE 519 define a avaliação harmónica no ponto de acoplamento comum, mas o projeto do equipamento também necessita de correntes e tensões locais na ramificação. Um limite de conformidade no PCC não é uma regra de dimensionamento de componentes.

Verificar tolerâncias e envelhecimento

A capacitância pode variar com tolerância, temperatura, envelhecimento do serviço e elementos internos com falha. A indutância do reator também possui tolerância e pode variar com a corrente se o seu projeto magnético se aproximar da saturação. Essas variações alteram a frequência de ressonância e a distribuição de corrente. Avalie a combinação mais adversa possível, não apenas os valores nominais. Os testes de aceitação podem incluir medições de indutância, capacitância, resistência, isolamento, equilíbrio de fase e corrente, conforme apropriado ao equipamento e procedimentos. Mantenha valores de referência para que inspeções posteriores possam identificar desvios.

Coordenação de comutação e proteção

Uma ramificação desalinhada apresenta transientes de comutação, requisitos de descarga, comportamento de entrada de corrente e energia de falha que afetam o contato ou interruptor, fusíveis, disjuntores, condutores e o temporizador do controlador. Confirme a comutação de duty do capacitor, proteção térmica do reator onde fornecida, coordenação de sobrecorrente, ventilação do invólucro e descarga segura antes da reconexão. Um reator não substitui a proteção contra curto-circuito ou uma revisão do duty do dispositivo de comutação. Se os estágios tiverem classificações desiguais, documente cada par reator-capacitor e evite substituições de campo com um componente não compatível.

Fluxo de trabalho do cálculo e entregáveis

O ficheiro de projeto deve indicar a tensão e frequência do sistema, kvar de montagem necessários, conexão, p e justificativa selecionada, fr ideal, classificações do capacitor e do reator, corrente fundamental calculada, base de aumento de tensão, casos de estudo harmônicos, tolerâncias dos componentes, limites térmicos, proteção, duty de comutação e medições de aceitação. Adicione os dados da combinação aprovada pelo fornecedor e referências de desenhos. Recalcule após alterações no tamanho do transformador, operação do gerador, cargas não lineares grandes, capacitores existentes ou classificações de estágio. O entregável é um projeto de ramificação verificado, não apenas uma percentagem e uma frequência.

Exemplo de triagem resolvido e limites

Para um sistema de 50 Hz com p = 0,07, o cálculo de triagem ideal fornece fr = 50 / √0,07, ou aproximadamente 189 Hz. Para uma montagem balanceada de 100 kvar a 400 V, a triagem ideal de corrente de linha é 100.000 / (√3 × 400), ou aproximadamente 144 A. Estes dois valores não são uma especificação de compra. O kvar declarado na montagem pode diferir da classificação na placa do capacitor, a tensão do capacitor aumenta na combinação em série, a corrente harmônica aumenta o stress RMS, e as tolerâncias deslocam a ressonância. Use o exemplo apenas para verificar unidades e ordem de grandeza, depois substitua pelo estudo do projeto e combinação aprovada do fabricante.

Verificar o ramo instalado após a energização

Meça a tensão de linha, correntes de fase, equilíbrio de corrente, potência ativa e reativa, e a tensão terminal do capacitor onde o procedimento aprovado permite. Compare a variação de potência reativa medida com a saída declarada da montagem na tensão real. Revise a corrente harmônica na ramificação reator-capacitor e a distorção da tensão do barramento durante estados de carga representativos, não apenas imediatamente após a energização. Use imagens térmicas ou sensores de temperatura após tempo suficiente de carga e compare fases. Ouça por ruído anormal do reator enquanto reconhece que o som sozinho não é uma medição diagnóstica. Confirme o tempo mínimo de desligamento do controlador e a sequência de estágios, depois preserve os registros iniciais de capacitância, indutância, resistência, corrente, temperatura e harmônicos. Um aumento posterior na corrente ou temperatura pode então ser avaliado em relação a uma linha de base documentada, em vez de uma condição normal presumida.

Como este tema se relaciona com os equipamentos da CNBYG

Este guia suporta discussões sobre especificação e comissionamento para o Series reactor linha de produtos. Os dados do produto devem ser verificados em relação à tensão do sistema real, ao perfil de carga, às medições de harmônicos, ao projeto de proteção, às condições ambientais e aos requisitos aplicáveis do projeto. Partilhe um diagrama de linha única e medições representativas antes de solicitar uma recomendação de modelo.

Guia técnico da CNBYG

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

Fontes e aprendizagem adicional

O Guia de sistemas de motorização do Departamento de Energia dos EUA explica onde a correção do fator de potência fixa e automaticamente comutada pode se adequar aos padrões de carga industrial. OSHA 1910.333 fornece a base de referência dos EUA para as práticas de desenergização e trabalhos elétricos. IEEE 519 é a referência do órgão de normas para o controle harmônico no ponto de acoplamento comum. Aplique as edições atuais e os requisitos locais para o projeto.

Aprimoramento: MIT OpenCourseWare – Aula 4: Fator de Potência. A palestra do MIT explica o fator de potência e a distorção; não substitui as instruções específicas para o equipamento do projeto.

Perguntas frequentes

O que significa um reator desintonizado a 7 por cento?

Nominalmente, a reatância do reator é de 7 por cento da reatância do condensador na frequência fundamental. Por si só, não define uma aplicação segura.

Como é calculada a frequência de ressonância desintonizada?

Para um ramo série ideal, utilize $fr = f1$ dividido pela raiz quadrada de $p$, com $p$ introduzido como um decimal.

Será que um reator dessintonizado remove todos os harmónicos?

Não. Altera a impedância do ramo e ajuda a evitar a ressonância. O desempenho da filtragem de harmónicos requer um estudo definido e um objetivo de projeto.

Porque é que a tensão nominal do condensador deve ser revista?

O reator de série aumenta a tensão nos terminais do condensador e a corrente harmónica pode adicionar esforço, pelo que a tensão da barra isoladamente é insuficiente.

Nota final de engenharia: Trate as fórmulas e listas de verificação como ferramentas de verificação. A instalação, proteção, comissionamento e testes energizados devem ser realizados por pessoal qualificado, utilizando desenhos aprovados, manuais do produto, estudos e procedimentos de segurança no local.

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