Конденсаторные батареи

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание

Емкостные элементы

Технология

Конденсаторы являются сухими элементами (т.е. не пропитаны жидким диэлектриком), представляющими собой катушку двухслойной ленты из металлизированной самовостанавливающейся полипропиленовой пленки. Они защищены высокоэффективной системой короткозамыкателя, срабатывающей при повышении давления, используемой с плавким предохранителем с высокой отключающей способностью, которая отключает конденсатор при внутреннем повреждении.

Схема защиты работает следующим образом:

  • короткое замыкание через диэлектрик приводит к перегоранию плавкого предохранителя;
  • иногда возникают уровни тока выше нормального, но недостаточные для перегорания предохранителя, например, из-за микроскопических пробоев в диэлектрической пленке. Такие «повреждения» часто ликвидируются из-за местного нагрева, вызванного током утечки («самовосстанавливающиеся» элементы).
  • если ток утечки сохраняется, повреждение может развиться в короткое замыкание и плавкий предохранитель перегорит;
  • газ, образующийся при испарении слоя металла в месте повреждения, постепенно повышает давление в пластиковом контейнере, что приводит к срабатыванию чувствительного к давлению устройства, которое закорачивает элемент и является причиной к перегоранию предохранителя.

Корпус конденсатора изготавливается из изоляционного материала, что обеспечивает его двойной изоляцией и устраняет необходимость заземления (см. рис. L33).


a)


Рис L27.jpg


b)

Электрические характеристики
Стандарты Стандарты МЭК 60439-1, NFC 54-104, VDE 0560 CSA, испытания UL
Рабочий диапазон Номинальное напряжение 400 B
Номинальная частота 50 Гц
Допустимое отклонение емкости - 5%,+ 10%
Диапазон температуры
(до 65 квар)
Максимальная температура 55 °C
Средняя температура за 24 ч 45 °C
Среднегодовая температура 35 °C
Минимальная температура - 25 °C
Уровень изоляции Выдерживаемое напряжение, 50 Гц, 1 мин: 6 кВ
Выдерживаемое импульс. напряжение 1,2/50: 25 кВ
Допустимая перегрузка по току Стандартный диапазон Диапазон Н
30% 50%
Допустимая перегрузка по напряжению 10% 20%


Рис. L33 : Емкостный элемент, (a) поперечное сечение, (b) электрические характеристики


Выбор устройств защиты и управления и соединительных кабелей

Выбор соединительных кабелей и устройств защиты зависит от токовой нагрузки.

Для конденсаторов ток зависит от следующих параметров:

  • приложенное напряжение и его гармоники;
  • величина емкости.

Номинальный ток батареи конденсаторов мощности Q (квар) и номинальным напряжением Un (кВ) определяется по формуле:

In=\frac{Q}{Un\sqrt3}

Допустимый диапазон приложенного напряжения основной частоты плюс гармонические составляющие вместе с производственными допусками на фактическую емкость (относительно номинального значения) могут приводить к повышению тока до 50% выше его расчетного значения. Приблизительно 30% такого повышения вызваны возможным повышением напряжения, а 15% - производственными допусками, так что:

1,3 x 1,15 = 1,5 In

Все компоненты конденсатора, проводящие ток, должны быть рассчитаны на «наихудший режим» работы при температуре окружающей среды не выше 50 °C. При более высоких температурах в корпусах и т.д. необходимо учесть уменьшение номинальных характеристик этих компонентов.

Защита

Выключатель выбирается так, чтобы обеспечить защиту от перегрузок при уставках по току равных:

  • 1,36 x In для типа Classic [1]
  • 1,50 x In для типа Comfort [1]
  • 1,12 x In для типа Harmony [1] (настройка на 2,7 f) [2]
  • 1,19 x In для типа Harmony [1] (настройка на 3,8 f) [2]
  • 1,31 x In для типа Harmony [1] (настройка на 4,3 f) [2]

Уставка защиты от КЗ должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In для типов Classic, Comfort и Harmony.


Пример 1:

50 квар – 400 В – 50 Гц – тип Classic

In=\frac{50,000}{\left (400 \times 1,732 \right)} = 72A

Уставка защиты от перегрузок: 1,36 х 72 = 98 А

Уставка защиты от КЗ: 10 x In = 720 А


Пример 2:

50 квар – 400 В – 50 Гц – тип Harmony (настройка на 4,3 f)

In = 72 A

Уставка защиты от перегрузок: 1,31 х 72 = 94 А

Уставка защиты от КЗ: 10 х In = 720 А

Соединительные кабели

На рис. L34 приводятся минимальные значения площади поперечного сечения соединительного кабеля для конденсаторов Rectiphase.

Кабели управления

Минимальная площадь поперечного сечения таких кабелей – 1,5 мм2 для 230 В.

Для стороны вторичной обмотки трансформатора, рекомендуемая площадь поперечного сечения ≥ 2,5 мм2.


Мощность блока (квар) Сечение медного кабеля (мм2) Сечение алюминиевого кабеля (мм2)
230 B 400 B
5 10 2,5 16
10 20 4 16
15 30 6 16
20 40 10 16
25 50 16 25
30 60 25 35
40 80 35 50
50 100 50 70
60 120 70 95
70 140 95 120
90-100 180 120 185
200 150 240
120 240 185 2 x 95
150 250 240 2 x 120
300 2 x 95 2 x 150
180-210 360 2 x 120 2 x 185
245 420 2 x 150 2 x 240
280 480 2 x 185 2 x 300
315 540 2 x 240 3 x 185
350 600 2 x 300 3 x 240
385 660 3 x 150 3 x 240
420 720 3 x 185 3 x 300


Рис. L34 : Сечение кабелей, соединяющих блоки конденсаторов средней и большой мощности [3]

Переходные напряжения

Переходные напряжения высокой частоты сопровождают переходные токи высокой частоты. Максимальный пик переходного напряжения никогда (при отсутствии гармоник установившегося режима) не превышает удвоенное максимальное значение номинального напряжения при включении незаряженного конденсатора в работу.

Однако, если конденсатор уже заряжен в момент включения выключателя, переходное напряжение может достигать максимального значения, приблизительно в 3 раза превышающего номинальное амплитудное значение.

Этот максимальный режим возникает при следующих условиях:

  • существующее напряжение на конденсаторе равно амплитудному значению номинального напряжения;
  • контакты переключателя замыкаются в момент амплитудного питающего напряжения;
  • полярность питающего напряжения противоположна полярности заряженного конденсатора.

В такой ситуации переходный ток принимает свое максимальное возможное значение, а именно, вдвое больше своего максимума при включении предварительно незаряженного конденсатора, как указывается выше.

Для любых других значений напряжения и полярности на предварительно заряженном конденсаторе, переходные пики напряжения и тока будут меньше, чем указанные выше. В случае пикового номинального напряжения на конденсаторе, имеющего ту же полярность, что и питающее напряжение, и включения переключателя в момент пика питающего напряжения, не будет переходного напряжения или тока.

В случае автоматического переключения секций КБ, необходимо обеспечить, чтобы включаемая секция конденсаторов была полностью разряжена.

Время разрядки может уменьшаться, при необходимости, с помощью разрядных резисторов с пониженным значением сопротивления.


Примечания

[1] Classic, Comfort, Harmony - обозначения КБ Schneider Electric.

[2] КБ Harmony укомплектованы токоограничивающими реакторами.

[3] Минимальное поперечное сечение, недопустимое для любых факторов коррекции (режима установки, температуры и т.д.).
Расчет сделан для однофазных кабелей, проложенных открыто при температуре окружающей среды 30 °C.