Pourquoi les banques de condensateurs ont-elles besoin de partenaires ? Comprendre la mission des réacteurs en série

Les batteries de condensateurs sont des « spécialistes de la compensation de puissance réactive » dans le réseau électrique, spécifiquement chargés d'augmenter le facteur de puissance et de réduire les pertes en ligne. L'expert a cependant un talon d'Achille :-il est presque entièrement résistant aux harmoniques. En conséquence, une série de réacteurs ont été développés en tant que « partenaires intimes » indispensables pour les batteries de condensateurs.
Commençons par le fait effrayant que lorsqu'une batterie de condensateurs est allumée, le courant d'appel peut atteindre 5 à 15 fois le courant nominal, voire plus de 20 fois lorsque plusieurs batteries de condensateurs sont en parallèle. Ce courant de surtension est suffisant pour faire exploser les fusibles et déclencher les disjoncteurs, que les opérateurs peuvent facilement confondre avec des courts-circuits.
Les harmoniques sont encore plus dangereuses. Des charges non linéaires dans les convertisseurs de fréquence, les redresseurs, les arcs électriques, etc. sont injectées en continu dans le système, telles que les harmoniques de cinquième, septième et onzième ordre. L'impédance du condensateur aux harmoniques haute fréquence est extrêmement faible et le courant harmonique est considérablement amplifié, provoquant une surchauffe du condensateur, une rupture de l'isolation et finalement un grillage. Les condensateurs grillés-injectent des harmoniques dans le réseau électrique, créant un « effet d'amplification harmonique » qui dégrade considérablement la qualité de l'électricité dans toute la région.
Pour cette raison, la norme nationale GB50227-2008 exige explicitement que le courant d'appel d'excitation soit contrôlé à moins de 20 fois le courant nominal du condensateur. Ceci est réalisé avec des réacteurs en série.
Que fait exactement ce « partenaire » ? Trois éléments clés :
Premièrement, cela éteint le jaillissement. Le réacteur en série est essentiellement un grand réacteur qui utilise l'inductance du réacteur pour supprimer le courant de pointe lorsqu'il est allumé. Lorsque la réactance est comprise entre 0,1 % et 1 %, le courant d'appel peut être contrôlé à moins de 10 fois le courant nominal. Il est de petite taille, présente de faibles pertes et peut être intégré directement dans les batteries de condensateurs.
Deuxièmement, il capture les harmoniques. C’est la mission principale du réacteur. La réactance inductive augmente avec la fréquence, tandis que la réactance capacitive diminue avec la fréquence. Lorsque les deux sont en série, la fréquence de résonance du circuit est supprimée en dessous de la fréquence harmonique la plus basse du système. Par exemple, avec un taux de réactance de 12 %, le point de résonance est d'environ 204 Hz, ce qui forme une barrière d'impédance élevée -aux harmoniques de niveau 5 et supérieur, bloquant efficacement les courants harmoniques. Dans le cas d'une troisième harmonique sévère, un circuit de filtrage avec un taux de réactance de 14 %.
Troisièmement, il supprime les surtensions. Lorsqu'un condensateur est éteint, le réallumage de l'arc produit une surtension de 4 à 5 fois la tension nominale et, à la mise sous tension, une tension de fonctionnement de 2 à 3 fois les surtensions de fonctionnement. ces surtensions transitoires sont considérablement atténuées par un amortissement, évitant ainsi la rupture de l'isolant ou un vieillissement accéléré.
Quelles sont les options de taux de réactance ? Choisir la mauvaise vitesse est pire que de ne pas l’installer du tout.
Le taux de réactance est le paramètre central du réacteur en série. Choisir le mauvais taux rend non seulement le réacteur inutile, mais il peut également résonner. N'oubliez pas : 0,1 % à 1 % limitent les appels, 6 % suppriment les cinquièmes harmoniques, 12 % traitent toutes les cinquièmes harmoniques et plus, et 14 % traitent spécifiquement les 3èmes harmoniques. Lorsqu'un jeu de barres de sous-station contient également des batteries de condensateurs de grande et de petite taille, une séquence de commutation incorrecte entraînera une amplification des courants harmoniques et une distorsion de la tension du jeu de barres, qui nécessitent une prise en compte approfondie.
Sèche ou imbibée d'huile ? Chacun a ses propres avantages.
Le réacteur à noyau sec est silencieux, linéaire, à haute résistance mécanique, adapté à une installation en armoire. Les réacteurs à immersion dans l'huile ont des pertes plus faibles et nécessitent moins d'espace, mais sont plus bruyants et ont une linéarité moins bonne. Ces dernières années, les réacteurs à demi--cœur et les-réacteurs à cœur à air sont apparus successivement, et leur linéarité quasi-linéaire et leur bruit sont inférieurs à 50 dB, ce qui en fait les nouveaux favoris de la compensation de puissance réactive.
Alors arrêtez de vous demander pourquoi les batteries de condensateurs ont besoin de partenaires -une batterie de condensateurs sans réacteur en série, c'est comme une voiture de sport sans freins ; plus ça va vite, plus il y a de chances qu'il se retourne. Ce « partenaire » silencieux est le véritable héros méconnu derrière le fonctionnement sûr du réseau électrique.