Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow Електроенергетичні системи та мережі. Енергозбереження

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

КОНДЕНСАТОРНІ БАТАРЕЇ

Конденсаторні батареї (КБ) є простим і надійним статичним пристроєм. КБ збирають з окремих конденсаторів, які випускаються на різні потужності і номінальну напругу.

Конденсатор - пристрій, який складається з двох провідників, розділених діелектриком. Конденсатор, якщо до нього прикладена напруга, здатний накопичувати електричний заряд (заряджатися) і віддавати його (розряджатися). У просторі між провідниками, які можуть мати будь-яку форму, при заряді конденсатора утворюється електричне поле. Заряд конденсатора тим більше, чим більше його ємність і прикладена до його провідникам напруга. Ємність конденсатора, в свою чергу, тим більше, чим більше внутрішня поверхня провідників, що утворюють конденсатор, і чим менше відстань між цими провідниками.

Простір між провідниками заповнене діелектриком, т. Е. Матеріалом, що володіє високими ізоляційними властивостями або, можна сказати, дуже низькою електропровідністю. До таких матеріалів відносяться, наприклад, повітря, конденсаторний папір, кераміка, синтетична плівка. Діелектрик, застосовуваний в конденсаторах,

повинен володіти високою електричною міцністю, т. e. зберігати свої ізолюючі властивості при високій напрузі і невеликій товщині (10-15 мкм). Якість діелектрика для конденсаторів тим вище, чим вище його діелектрична проникність, т. З. здатність акумулювати електричний заряд. Наприклад, відносна діелектрична проникність конденсаторного паперу, просоченого маслом, становить 3,54, а полістирольної плівки - 2,5-2,7.

Число і ємність конденсаторів визначають залежно від величини реактивної потужності, необхідної для компенсації. Потужність однофазного конденсатора визначають за формулою

де - кутова частота, Гц; f - частота струму, Гц; U - лінійна напруга, кВ; С - ємність, мкФ.

Реактивна потужність батареї конденсаторів:

1) при з'єднанні зіркою

де Сф - ємність однієї фази, мкФ;

2) при з'єднанні трикутником

Ємність однієї фази конденсаторної батареї:

1) при з'єднанні зіркою

2) при з'єднанні трикутником

З наведених виразів видно, що ємність конденсатора обернено пропорційна величині напруги, тому застосування їх на стороні високої напруги значно знижує їх число.

При з'єднанні батареї в трикутник потрібно в три рази менше конденсаторів, ніж при з'єднанні зіркою.

Після визначення сумарної ємності батареї вибирають тип конденсатора і визначають їх спосіб з'єднання в батарею, при цьому слід враховувати, що в батареї слід застосовувати конденсатори одного типу. Число конденсаторів визначають з виразів:

  • 1) для послідовного з'єднання
  • 2) для паралельного з'єднання

де С екв - сумарна ємність конденсаторів; С - ємність одного конденсатора; n - число конденсаторів.

Конденсатор, як і будь-який елемент електроенергетичної системи, характеризується втратами активної потужності, які призводять до його нагрівання. Ці втрати тим більше, чим вище прикладена напруга, його частота і ємність конденсатора. Втрати в конденсаторі залежать і від властивостей діелектрика, що визначаються тангенсом кута діелектричних втрат (tgϬ) і характеризують питомі втрати (Вт / кВАр) в конденсаторі. Залежно від типу і призначення конденсатора втрати в них можуть становити від 0,5 до 4 Вт / кВАр.

В електроенергетиці для компенсації реактивної потужності застосовують так звані косинусні конденсатори, призначені для роботи при частоті напруги 50 Гц. Їх потужність складає від 10 до 100 кВАр.

Конструктивно конденсатор являє собою металевий (сталевий або алюмінієвий) корпус, в якому розміщуються секції (пакети), намотані з декількох шарів алюмінієвої фольги, прокладені конденсаторним папером або синтетичною плівкою товщиною 10-15 мкм (0,010-0,015 мм). Сполучені між собою секції мають висновки, розташовані зовні корпусу, в його верхній частині. Трифазні конденсатори мають три порцелянових виведення, однофазні - один.

Шкала номінальних напруг конденсаторів - від 230 В до 10,5 кВ, що дозволяє збирати з них установки для мереж напругою від 380 В і вище. Конденсатори мають гарну перевантажувальну здатність по струму (до 30% від номінального) і по напрузі (до 10% від номінального). Групу конденсаторів, з'єднаних між собою паралельно або послідовно, або паралельно-послідовно, називають конденсаторної батареєю.

Конденсаторна батарея, обладнана комутаційної апаратурою, засобами захисту і управління, утворює конденсаторну установку (КУ).

Тому нерегульовані КБ володіють негативним регулюючим ефектом, що, на відміну від синхронних компенсаторів, є їх недоліком. Це означає, що потужність КБ знижується зі зниженням прикладеної напруги, тоді як за умовами режиму цю потужність необхідно збільшувати.

Статичні характеристики КУ

Мал. 6.5. Статичні характеристики КУ: а) складається з однієї секції; б) складається з трьох секцій

Регулюючий ефект КУ по реактивної потужності показаний на рис. 6.5, а , а КУ, що складається з декількох секцій, на рис. 6.5, б. Як видно з рис. 6.5, а , при зниженні напруги від U ном до U m i n реактивна потужність знижується пропорційно квадрату напруги від Qном до Qmіn •

Подолання цього недоліку знаходять у формуванні КБ з декількох секцій, кожна з яких, керована регулятором напруги і / або потужності, підключається до мережі через свій вимикач, нарощуючи таким чином ємність батареї в цілому. Це і дозволяє збільшувати сумарну потужність КБ при зниженні напруги. Так, потужність КУ при зниженні напруги зростає ступенями Q1 , Q1 + Q2, Q1 + Q2 + + Q3, як показано на рис. 6.5, б для КУ, що складається з трьох секцій КБ.

Ступеневу регулювання вимагає введення в регулятор напруги КУ зони нечутливості Δ U. У межах цієї зони при зниженні напруги підключення черговий секції неприпустимо. Невиконання цієї умови призвело б до нестійкої роботи КУ. Ширина зони нечутливості повинна бути більше, ніж збільшення напруги, викликане підключенням черговий секції КУ. В іншому випадку напруга на КУ досягне напруги уставки спрацьовування на відключення цієї секції відразу після се включення. Імовірність такого ефекту тим більше, чим більше потужність підключається секції і чим менше зона нечутливості регулятора КУ.

Конденсаторна установка складається, як правило, з декількох секцій, що мають загальну систему управління. Низьковольтні КУ напругою 380 В збираються з трифазних конденсаторів, включених паралельно. Для захисту таких КУ від коротких замикань і перевантаження застосовують запобіжники (рис. 6.6, б). Високовольтні конденсаторні установки збираються з однофазних конденсаторів, включених послідовно-паралельно (рис. 6.6, а).

Включення КУ супроводжується кидками струму, а відключення - перенапруженням, що негативно позначається на терміні служби конденсаторів і комутаційної апаратури. Тому КУ не рекомендується вмикати-вимикати більше 2-4-х разів за добу. Для обмеження кидків струму конденсатори перед включенням обов'язково повинні бути розряджені за допомогою розрядних опорів R або трансформаторів напруги TV (рис. 6.6).

Зазвичай ці пристрої постійно підключені до конденсаторів, а резистори можуть бути вбудовані всередині конденсатора.

Величина розрядного опору визначається виразом

де Uф - фазна напруга, кВ; Про до - потужність батареї конденсаторів, кВАр.

Принципова схема однієї трифазної секції КУ

Мал. 6.6. Принципова схема однієї трифазної секції КУ: а) для мережі 6-Ю кВ; б) для мережі 380-660 В

При безпосередньому з'єднанні батареї з трансформатором або двигуном спеціальні розрядні опору не потрібні.

Приклад 6.9. Повна потужність на шинах підстанції промислового підприємства 5000 кв А. Вибрати компенсує пристрій для підвищення коефіцієнта потужності від cos φ1 = 0,75 до cosφ2 = 0,92 при напрузі 6 кВ.

Визначаємо активну навантаження на шинах підстанції:

Необхідна реактивна потужність статичних конденсаторів

Визначаємо ємність фази при з'єднанні конденсаторів в трикутник:

Вибираємо конденсатори КМ-6,3-26. Число конденсаторів на фазу для паралельного способу з'єднання

де С до = 2,08 мкФ - ємність конденсатора. Всього конденсаторів в батареї т = 24-3 = 72.

Реактивна потужність батареї

де Q c = 26 кВАр - реактивна потужність конденсатора.

Величина розрядного опору

де

Конденсатори в силу їх параметричних властивостей дуже чутливі до спотворень синусоїдальної форми кривої напруги, т. Е. До вищих гармоникам струму. Опір конденсатора тим менше, чим вище частота nw гармоніки в несинусоїдної кривої прикладеної напруги. В результаті за рахунок вищих гармонік, що проникають в конденсатор, різко зростають і втрати потужності АР в конденсаторах, що призводить до їх додатковому нагріванню:

де U ( n ) - напруга гармоніки; n - порядок гармоніки; С - ємність

конденсатора; tgδ - характеристика діелектрика конденсатора.

Чутливість КБ до вищих гармоникам завжди повинна враховуватися при застосуванні конденсаторів в електричних мережах. Застосування КБ пов'язане з можливістю резонансних явищ завдяки освіті індуктивними і ємнісними елементами мережі послідовних і паралельних ланцюгів. Резонансні явища супроводжуються посиленням напруги (резонанс напруг) або струмів (резонанс струмів) на частотах вище номінальної (50 Гц), обумовлених наявністю в мережі джерел вищих гармонік струму. На резонансній частоті індуктивне ХL ( n ) і ємнісний Хс ( n ) опору рівні, т. Е. NwL = 1 / (пwС), де ХL ( n ) = nwL - вхідний опір мережі в точці підключення КБ, опір якої Хс ( n ) = 1 / (пwС). Тому завжди при виборі потужності КБ і, отже, се опору, а також місця підключення КБ необхідно переконатися в тому, що резонансні явища виключені. Ця вимога стосується і КБ, що входять до складу ФКУ.

СТАТИЧНІ ТИРИСТОРНІ КОМПЕНСАТОРИ НА БАЗІ КБ

Застосування КУ в задачах, де потрібно швидкодіючий регулювання реактивної потужності, часте перемикання секцій КБ практично неможливо через систематичні кидків струму і перенапруг, що виникають при комутаціях КБ звичайними вимикачами. Для обмеження цих явищ, практично їх усунення, в 60-х роках XX ст. в МЕІ були запропоновані способи, що дозволили знизити кидки струму при включенні КБ і перенапруги при їх відключенні. Це дозволило зняти обмеження щодо частоти комутацій КБ і надати пристроям такі властивості, при яких їх стало можливо застосовувати в задачах компенсації реактивної потужності з метою поліпшення статичної та динамічної стійкості електропередач, компенсації коливань напруги, викликаних роботою резкопеременной навантаження.

Зазначений ефект був досягнутий за рахунок застосування замість звичайних вимикачів тиристорних ключів, що забезпечують комутацію КБ в певний момент часу.

Тиристорний ключ складається з двох тиристорів, включених зустрічно-паралельно, як показано на рис. 6.7, а. Їх застосовують для регулювання конденсаторних батарей і реакторів. В силу специфіки комутаційних властивостей конденсаторів і реакторів управління їх потужністю за допомогою тиристорів принципово по-різному.

Так, для обмеження кидків струму тиристор слід відкривати в той момент часу, коли миттєве значення напруги мережі і на КБ рівні (ідеальний випадок) або близькі. А для обмеження перенапруг при відключенні КБ тиристор слід закривати при переході струму в ньому через нульове значення.

Дотримуючись цього принципу, можна практично виключити кидки струму і перенапруги, знявши, таким чином, обмеження на частоту перемикання КБ. Однофазна схема КБ, комутованою тиристорами, наведена на рис. 6.7, а. Як видно з рис. 6.7, б, робота пристрою в сталому режимі, який настає після відкриття тиристора через 0,01-0,02 с, не супроводжується ні кидками струму, ні перенапруженнями.

Тиристорний вимикач для комутації КБ

Мал. 6. 7. Тиристорний вимикач для комутації КБ: а) принципова схема однієї фази:

6) струм і напруга на КБ в сталому режимі

На рис. 6.8 показаний статичний тиристорний компенсатор (СТК) в однофазному виконанні, що складається з трьох секцій КБ, кожна з яких комутується своїм тиристорним ключем.

Принципова схема СТК , що складається з трьох секцій КБ, комутованих тиристорами

Мал. 6.8. Принципова схема СТК , що складається з трьох секцій КБ, комутованих тиристорами

Статичні характеристики таких пристроїв аналогічні наведеним на рис. 6.7. Зберігаються і вимоги, що пред'являються до регулятора щодо зони нечутливості. Однак число включень і відключень секцій КБ тут не обмежена і вони можуть здійснюватися по черзі через кожні 0,02 с, т. Е. Через один період промислової частоти.

 
<<   ЗМІСТ   >>