Несправності батарей статичних конденсаторів, що виникають за наявності вищих гармонік у системах
Рубрика: Технічні науки
Бібліографічний опис:
Електричний конденсатор - це електротехнічний пристрій, який складається з двох (або декількох) обкладок, розділених між собою діелектриком. Головна властивість конденсатора - ємність (здатність накопичувати та утримувати на обкладках електричний заряд). Місткість конденсатора, головним чином, залежить від двох основних параметрів: від геометричних розмірів конденсатора (площа обкладок та відстань між ними) та від роду діелектрика, що розділяє обкладки (діелектрична проникність речовини). Одиницею вимірювання ємності є фарад, але практично використовується дрібніша одиниця — микрофарад (10– 6 Ф). Конденсатори великої ємності складаються з кількох паралельно з'єднаних одиничних конденсаторів, іменованих секціями. Конденсатори високої напруги складаються із ряду послідовно (паралельно-послідовно) з'єднаних секцій, які називаються банками [4].
Батареї статичних конденсаторів (БСК) один із засобів компенсації реактивної потужності та підвищення коефіцієнта потужності (cosϕ) в електричних мережах. Також застосування БСК дозволяє знизити втрати в елементах системи електропостачання та оптимізувати перетікання реактивної потужності.
До очевидних переваг БСК у порівнянні з іншими джерелами реактивної потужності належать:
- Можливість застосування на різних класах напруги;
– малі втрати активної потужності;
- Досить тривалий термін експлуатації батарей;
- Прості в експлуатації (відсутність механічних частин, що обертаються);
– невелика власнамаса конденсаторних батарей, звідси – простота виготовлення, транспортування та монтажу такого обладнання;
- Можливість експлуатації конденсаторних батарей на вулиці та в неопалюваних приміщеннях.
Однак, у мережах з нелінійними навантаженнями через підвищений вміст вищих гармонік застосування БСК, розрахованих на синусоїдальні струми та напруги, викликає технічні труднощі.
Конденсатори в установках компенсації реактивної потужності в сукупності з індуктивними навантаженнями здатні утворювати коливальні контури з параметрами, близькими до резонансу на одній з частот вищих гармонік. Це призводить до значного збільшення струму, що протікає через конденсатори (цей струм перевищує номінальний), що, у свою чергу, призводить до навантаження конденсаторної батареї.
Перевантаження призводять до перегріву, що знижує опір діелектрика (зменшення діелектричної міцності ізоляції між обкладками), і, у свою чергу, що призводить до передчасного старіння і виходу з ладу конденсатора. Також при перегріві, внаслідок нагрівання діелектричної рідини (мінеральне масло або синтетичний діелектрик), спостерігається газоутворення (при виділенні тепла). Поява газу в герметичному корпусі конденсатора створює надлишковий тиск, який може призвести до розгерметизації корпусу та витоку діелектрика (рис. 1, 2).
Мал. 1. Розгерметизація корпусу БСК під час перевантаження (верхня частина бака)
Мал. 2. Розгерметизація корпусу БСК під час перевантаження (нижня частина бака)
Ці обставини суттєво скорочують термін служби БСК, а перенапруги, що виникають під час резонансу на елементах конденсаторної установки та навантаження, можуть призвести до пробою ізоляції.
Для усунення подібних проблемнеобхідно проводити аналіз спектра струму споживаної електроенергії. При виявленні вищих гармонік, які можна порівняти з першою гармонікою, застосовуються фільтри, налаштовані на частоту найбільш значних гармонік.
Незважаючи на те, що сучасні установки мають захист, здатний відключити конденсатори при перевищенні встановленого порога гармонік, практика роботи вітчизняних та зарубіжних промислових підприємств показує, що батареї конденсаторів, підключені до мереж з несинусоїдною напругою при неправильному виборі, у ряді випадків швидко виходять з ладу результаті спучувань та вибухів.
При підключенні батареї конденсаторів до шин підстанції, що живлять дугові печі, при будь-якому значенні ємності батареї завжди знайдуться гармоніки з спектром частот, при яких утворюються резонансні контури струму (або близькі до нього) між ємністю батареї конденсаторів і індуктивністю мережі. Крім того, зміна навантажень, схеми комутації мережі, потужності короткого замикання живильної енергосистеми, які не завжди можна врахувати при проектуванні, можуть призвести до виникнення резонансних або близьких до них умов на частоті однієї з гармонік. Тому роботу батарей конденсаторів у мережах з можливістю виникнення несинусоїдальної напруги необхідно розглядати з позицій взаємного впливу вищих гармонік мережі живлення та батарей конденсаторів.
Оскільки зі збільшенням номера гармоніки ємнісний опір батареї конденсаторів зменшується, це призводить до протікання через БК значних струмів резонуючих гармонік. Ці струми можна порівняти, а іноді й значно перевершують струм першої гармоніки. За вимогами ГОСТ перевантаження струмом на конденсатори допускаються до 30 % їх номінальних значень [1], але в практиці з допомогою появиРезонансні явища перевантаження по струму можуть досягати 400-500% від струму першої гармоніки. У зв'язку з цим, при проектуванні установки батарей конденсаторів у мережах з джерелами вищих гармонік необхідно перевірити розрахунком, щоб при вибраній потужності батареї в будь-якому режимі роботи підстанції або системи електропостачання не виникало перевантаження її по струму. Відомо, що для батареї режим резонансу струму при вищих гармоніках нижче 13 (v
Схожі статті
Спеціальні фільтрокомпенсуючі пристрої як метод.
- обмежується застосуваннябатарей косинуснихконденсаторів внаслідок можливих резонансних явищ на високих частотах абоперевантаженнябатарей потоку
При виникненні на затискачах навантаженнянесинусоидальногонапруги індуктивність.
Методики розрахунку складовихпотужності при синусоїдальних.
Реактивнапотужність уконденсаторах, кабелях представлена виразом.
. Методи визначенняреактивноїпотужності принесинусоідальних режимах.
Алгоритм для розрахунку втратпотужності в електричнихмережах з урахуваннямнесинусоідальностінапруги.
Компенсаціяреактивноїпотужності в електричнихмережах 0,4кВ
Потужністьбатарей БКконденсаторів знаходиться на умові балансуреактивної
Особливості розрахунківреактивноїпотужності унесинусоідальних режимах. Алгоритм для розрахунку втратпотужності в електричнихмережах з урахуваннямнесинусоідальностінапруги.
Порівняння основних типів компенсуючих пристроїв
При з'єднанніконденсаторів зіркоюреактивнапотужністьбатареї : (2).
При цьому змінюється ємність БСК тапотужність, що видається вмережу. БСК дуже чутливі до вищих гармоніків, які значно знижують її електричну міцність.
Перехідні процеси при комутаціїбатареї статичних.
Осцилограмиструму інапруги для моделі (рис.2) представлені на малюнках 3 і 4 відповідно.
- 2014. - № 4. - с. 28–34. Коваленко, Д. В. Несправностібатарей статичнихконденсаторів, що виникають за наявності вищихгармонік у системах.
Застосування пасивних фільтрів компенсації вищих.
QК -реактивнапотужність БСК на n-йгармоніці, вар
UФ - фазненапругамережі, В, f - частотамережі, Гц, n - номергармоніки. Розглянемо для прикладу розрахунок фільтра для компенсації 5гармонікиструму вмережі.
Компенсаціяреактивноїпотужності у районнихмережах
(6). де R і Х - опорумережі. Оскількипотужність окремихконденсаторів
Особливості розрахунківреактивноїпотужності унесинусоідальних режимах.
Алгоритм для розрахунку втратпотужності в електричнихмережах з урахуваннямнесинусоідальностінапруги.
Особливості розрахунківреактивноїпотужності.
Відповідно Q і Q1- цереактивнапотужність основнийгармоніки і принесинусоидальном режимі.
Він ділитьгармонікиструму інапруги на загальні та загальнігармоніки.Реактивнапотужність виражена формулою.
Негативний впливструм вищихгармонік на елементи.
- Нагрівконденсаторів, що входять до складубатарей (БСК); – Нагрів кабелів розподільної мережі.
Величини опорів також залежить від номерівгармоник. Для наочного подання спотвореннясинусоїдності кривоїнапруги у програмному.