コンデンサバンクの直列リアクトルのリアクタンス率の選択

導入

直列リアクトル (別名:離調した原子炉) 電力コンデンサバンクとともに使用されるこのコンデンサは、無効電力補償を改善し、ライン損失を低減し、コンデンサスイッチング突入電流を制限し、高調波歪みを抑制することが世界中の電力システムで広く証明されています。

 

高調波電流は系統高調波源、システム インピーダンス、コンデンサ バンク パラメータなどの複数の要因の影響を受けるため、適切なリアクトル リアクタンス率を選択することが重要です。リアクタンス率が不適切であると、共振、コンデンサの過負荷、過熱、または機器の早期故障が発生する可能性があります。

 

この記事では、リアクタンス率の選択の背後にある原理を説明し、コンデンサ バンクのアプリケーションに関する実践的なガイダンスを提供します。

 

1. コンデンサスイッチング突入電流の制限

コンデンサのスイッチング突入電流は、スイッチング デバイスやスイッチング デバイスにストレスを与える最も一般的な原因の 1 つです。コンデンサバンク。過度の突入電流は、コンタクタ、回路ブレーカー、コンデンサ、およびその他の電力システムコンポーネントを損傷する可能性があります。

 

通常、コンデンサバンクの通電中に次の 2 種類の突入電流が発生します。

タイプ 1: 単一コンデンサ バンク スイッチング

スタンドアロンのコンデンサ バンクが通電されると、その結果として生じる突入電流は、通常、標準的なスイッチング機器の許容耐力の範囲内に収まります。ほとんどの場合、追加の電流制限措置は必要ありません。-

 

タイプ 2: バック-ツー-コンデンサバンク切り替え

1 つ以上のコンデンサ バンクがすでにシステムに接続されているときに追加のコンデンサ バンクのスイッチがオンになると、はるかに大きな突入電流が発生する可能性があります。

 

現場での経験によると、この過渡電流は到達する可能性があります。定格電流の20～250倍コンデンサバンクの。

突入電流は次のように表すことができます。

 

どこ：

(Q_C)=コンデンサ無効電力

(X_L)=回路誘導リアクタンス

 

この式は、回路の誘導性リアクタンスを増加させると突入電流が減少することを示しています。したがって、適切に選択された直列リアクトルを取り付けると、スイッチング サージが効果的に制限され、コンデンサとスイッチング機器の両方が保護されます。

 

2. 高調波抑制とリアクタンス率の選択

最新の電力システムには、次のような多数の非線形負荷が含まれています。

• 可変周波数ドライブ (VFD)
• 整流器
• UPSシステム
• アーク炉
• 再生可能エネルギーコンバータ

 

これらのデバイスは、電圧波形を歪め、コンデンサバンクに悪影響を与える高調波電流を生成します。

 

電力品質を向上させ、コンデンサを保護するために、高調波抑制リアクトルとして直列リアクトルが一般に設置されます。

 

コンデンサバンクに対する高調波の影響

非正弦波波形は、基本周波数成分と基本周波数の整数倍の高調波周波数で構成されます。-

 

実際の電力システムでは、最も重要な高調波次数は次のとおりです。

• 3次高調波
• 5次高調波
• 7次高調波
• 11次高調波
• 13次高調波

 

このうち、5次高調波通常、主要なコンポーネントです。

 

基本波電圧と 5 次高調波電圧成分のみを含むシステムを考えてみましょう。 5 次高調波電圧が定格電圧の 26.45% に達した場合:

• コンデンサの過電圧は約 3.4% に達します
• コンデンサの過電流は約65.6%に達します
• 無効電力の過負荷が約 35% に達する

 

これらの値は、コンデンサ バンクの動作に対する高調波の重大な影響を明らかに示しています。

 

3. 共鳴解析

高調波電流は次のように計算できます。

どこ：

• (E_n)=高調波電圧
• (X_B)=システムインピーダンス
• (X_L)=リアクトルのリアクタンス
• (X_C)=コンデンサのリアクタンス
• (n)=高調波次数

 

共振は次の場合に発生します。

 

対応する共振条件:

共振を回避し、高調波電流を効果的に抑制するには、次の条件が満たされる必要があります。

 

これにより、コンデンサブランチがターゲット高調波周波数で誘導特性を示すことが保証され、高調波の増幅が防止されます。

 

4. リアクトルのリアクタンス率の決定

エンジニアリングの実践では、一般に 1.5 の安全係数が適用されます。

 

5 次高調波抑制の場合:

リアクタンス率 (K) は次のように定義されます。

どこ：

(K)=リアクターのリアクタンス率

(X_L)=基本周波数-のリアクタンス

(X_C)=基本周波数-のコンデンサ リアクタンス

 

したがって、リアクタンス率6%5 次高調波周波数以下でコンデンサバンクを効果的に離調し、5 次以降の高調波を抑制し、スイッチング突入電流を定格電流の約 5 倍に制限します。

 

5. 標準リアクタンス率選択ガイド

0.1% – 1% リアクタンス率

応用：

• 突入電流制限のみ
• 高調波抑制要件なし

 

一般的な用途:

• 高調波成分が非常に少ないクリーンな電源システム
• 短絡電流制限-

 

4.5% – 6% リアクタンス率

応用：

• 5次およびそれ以上の高調波の抑制-

 

一般的な用途:

• 産業施設
• 商業ビル
• 一般的な無効電力補償システム

 

最も一般的に選択されるリアクタンス率

12% – 13% リアクタンス率

応用：

• 3 次およびそれ以上の高調波の抑制-

 

一般的な用途:

• 重要な 3 次高調波成分を含むシステム
• 特殊高調波緩和プロジェクト

 

適用システム周波数

• 50Hz電源システム
• 60Hz電源システム

 

結論

直列リアクトルは現代のコンデンサバンクの重要なコンポーネントであり、全体的な電力品質とエネルギー効率を向上させながら、スイッチング突入電流、高調波歪み、共振問題に対する効果的な保護を提供します。

 

リアクタンス率は、常に実際の現場条件と高調波測定に従って選択する必要があります。

• リアクタンス率6%一般に、高調波抑制とコンデンサバンク保護のために推奨されます。
• 0.2%～1% の空芯炉-主な目的がスイッチング突入電流を制限し、程度は低いものの短絡電流を減らすことである場合に適しています。{0}}
• 12% ～ 13% のリアクタンス率重要な 3 次高調波の抑制が必要なアプリケーションに推奨されます。-

 

リアクトルを適切に選択すると、信頼性の高い動作、コンデンサの耐用年数の延長、力率改善性能の向上、電気システム全体の電力品質の向上が保証されます。