اختيار معدل التفاعل للمفاعلات المتسلسلة في بنوك المكثفات

مقدمة

المفاعلات المتسلسلة (المعروفة أيضًا باسمالمفاعلات المفجرة) المستخدمة مع بنوك مكثفات الطاقة تم إثباتها على نطاق واسع في أنظمة الطاقة في جميع أنحاء العالم لتحسين تعويض الطاقة التفاعلية، وتقليل فقد الخط، والحد من تيارات تدفق تبديل المكثف، وقمع التشوه التوافقي.

 

يعد اختيار معدل تفاعل المفاعل المناسب أمرًا بالغ الأهمية لأن التيارات التوافقية تتأثر بعوامل متعددة، بما في ذلك المصادر التوافقية للشبكة، ومقاومة النظام، ومعلمات بنك المكثف. قد يؤدي معدل التفاعل غير المناسب إلى الرنين، أو التحميل الزائد للمكثف، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو فشل المعدات مبكرًا.

 

تشرح هذه المقالة المبادئ الكامنة وراء اختيار معدل التفاعل وتوفر إرشادات عملية لتطبيقات بنك المكثف.

 

1. الحد من تبديل المكثف الحالي

يعد تبديل تيار تدفق المكثف أحد الأسباب الأكثر شيوعًا للضغط على تبديل الأجهزة والبنوك مكثف. قد يؤدي تيار التدفق الزائد إلى إتلاف الموصلات وقواطع الدائرة والمكثفات ومكونات نظام الطاقة الأخرى.

 

عادة ما يحدث نوعان من تيار التدفق أثناء تنشيط بنك المكثف:

النوع 1: تبديل بنك مكثف واحد

عندما يتم تنشيط بنك مكثف مستقل، فإن تيار التدفق الناتج عادة ما يكون ضمن قدرة التحمل المسموح بها لمعدات التبديل القياسية. في معظم الحالات، لا تكون هناك حاجة إلى تدابير تقييدية -حالية إضافية.

 

النوع 2: الرجوع إلى -إلى-التبديل الخلفي لبنك المكثف

عندما يتم تشغيل بنك مكثف إضافي بينما يكون واحد أو أكثر من البنوك المكثفة متصلة بالفعل بالنظام، يمكن أن يحدث تيار تدفق أعلى بكثير.

 

وتظهر التجربة الميدانية أن هذا التيار العابر قد يصل20 إلى 250 مرة التصنيف الحاليمن البنك مكثف.

يمكن التعبير عن تيار التدفق على النحو التالي:

 

أين:

(Q_C)=القدرة التفاعلية للمكثف

(X_L)=المفاعلة الحثية للدائرة

 

توضح المعادلة أن زيادة المفاعلة الحثية للدائرة تقلل من تدفق التيار. ولذلك، فإن تركيب مفاعل متسلسل محدد بشكل صحيح يحد بشكل فعال من طفرات التبديل ويحمي كلاً من المكثفات ومعدات التبديل.

 

2. القمع التوافقي واختيار معدل التفاعل

تحتوي أنظمة القوى الحديثة على عدد كبير من الأحمال غير الخطية مثل:

• محركات التردد المتغير (VFDs)
• مقومات
• أنظمة UPS
• أفران القوس
• محولات الطاقة المتجددة

 

تولد هذه الأجهزة تيارات توافقية تشوه شكل موجة الجهد وتؤثر سلبًا على بنوك المكثفات.

 

لتحسين جودة الطاقة وحماية المكثفات، يتم عادةً تركيب المفاعلات المتسلسلة كمفاعلات قمع توافقية.

 

تأثير التوافقيات على بنوك المكثفات

يتكون شكل الموجة غير الجيبية- من مكون تردد أساسي بالإضافة إلى ترددات توافقية تمثل مضاعفات صحيحة للتردد الأساسي.

 

في أنظمة الطاقة العملية، فإن الأوامر التوافقية الأكثر أهمية هي:

• التوافقي الثالث
• التوافقي الخامس
• التوافقي السابع
• التوافقي الحادي عشر
• التوافقي الثالث عشر

 

ومن بين هؤلاء،التوافقي الخامسعادة ما يكون العنصر المهيمن.

 

فكر في نظام يحتوي فقط على الجهد الأساسي ومكون الجهد التوافقي الخامس. إذا وصل الجهد التوافقي الخامس إلى 26.45% من الجهد المقنن:

• يصل الجهد الزائد للمكثف إلى حوالي 3.4٪
• يصل التيار الزائد للمكثف إلى حوالي 65.6%
• يصل الحمل الزائد للطاقة التفاعلية إلى حوالي 35%

 

توضح هذه القيم بوضوح التأثير الشديد للتوافقيات على تشغيل بنك المكثف.

 

3. تحليل الرنين

يمكن حساب التيار التوافقي على النحو التالي:

أين:

• (E_n)=الجهد التوافقي
• (X_B)=مقاومة النظام
• (X_L)=مفاعلة المفاعل
• (X_C)=مفاعلة المكثف
• (ن)=ترتيب توافقي

 

يحدث الرنين عندما:

 

شروط الرنين المقابلة:

لتجنب الرنين وقمع التيارات التوافقية بشكل فعال، يجب استيفاء الشرط التالي:

 

وهذا يضمن أن فرع المكثف يظهر خصائص حثية عند التردد التوافقي المستهدف، وبالتالي منع التضخيم التوافقي.

 

4. تحديد معدل مفاعلة المفاعل

في الممارسة الهندسية، يتم تطبيق عامل أمان قدره 1.5 بشكل شائع:

 

للقمع التوافقي الخامس:

يتم تعريف معدل التفاعل (K) على النحو التالي:

أين:

(K)=معدل تفاعل المفاعل

(X_L)=مفاعلة التردد الأساسية-

(X_C)=التردد الأساسي-مفاعلة المكثف

 

ولذلك، أمعدل التفاعل 6%يقوم بفصل بنك المكثف بشكل فعال تحت التردد التوافقي الخامس، ويمنع الترتيب الخامس -والتوافقيات الأعلى، ويحد من تحويل تيار التدفق إلى ما يقرب من خمسة أضعاف التيار المقدر.

 

5. دليل اختيار معدل التفاعل القياسي

0.1% – 1% معدل التفاعل

طلب:

• الحد الحالي من التدفق فقط
• لا يوجد شرط للقمع التوافقي

 

الاستخدام النموذجي:

• أنظمة الطاقة النظيفة ذات المحتوى التوافقي المنخفض للغاية
• حدود تيار الدائرة القصيرة-

 

4.5% – 6% معدل التفاعل

طلب:

• قمع الترتيب الخامس-والتوافقيات الأعلى

 

الاستخدام النموذجي:

• المنشآت الصناعية
• المباني التجارية
• أنظمة تعويض الطاقة التفاعلية العامة

 

معدل التفاعل الأكثر شيوعاً

12% – 13% معدل التفاعل

طلب:

• قمع الترتيب الثالث-والتوافقيات الأعلى

 

الاستخدام النموذجي:

• الأنظمة ذات المحتوى التوافقي الثالث المهم
• مشاريع التخفيف التوافقي الخاصة

 

تردد النظام المطبق

• أنظمة الطاقة 50 هرتز
• أنظمة الطاقة 60 هرتز

 

خاتمة

تعد المفاعلات المتسلسلة عنصرًا أساسيًا في بنوك المكثفات الحديثة، حيث توفر حماية فعالة ضد تبديل تيارات التدفق، والتشوه التوافقي، ومشاكل الرنين مع تحسين جودة الطاقة الإجمالية وكفاءة الطاقة.

 

يجب دائمًا تحديد معدل التفاعل وفقًا لظروف الموقع الفعلية والقياسات التوافقية:

• معدل التفاعل 6%يوصى به عمومًا للقمع التوافقي وحماية بنك المكثف.
• 0.2%–1% مفاعلات الهواء-القلبيةتكون مناسبة عندما يكون الهدف الأساسي هو الحد من تبديل تيار التدفق، وبدرجة أقل، تقليل تيار الدائرة القصيرة.
• معدلات التفاعل 12%-13%يوصى بها للتطبيقات التي تتطلب منع التوافقيات المهمة من الدرجة الثالثة-.

 

يضمن الاختيار الصحيح للمفاعل التشغيل الموثوق، وإطالة عمر خدمة المكثف، وتحسين أداء تصحيح معامل الطاقة، وتحسين جودة الطاقة في جميع أنحاء النظام الكهربائي.