Силовые конденсаторы

СИЛОВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Силовые конденсаторы применяются в силовых сетях высокого и низкого напряжения или в силовых устройствах повышенных частот. Они могут применяться как отдельными единицами, так и в виде комплектных конденсаторных установок или мощных батарей с параллельно-последова тельным соединением отдельных единиц. В отли чие от конденсаторов, применяемых в радио электронике, силовые конденсаторы, за исключе нием нескольких его типов, имеют значительную массу и объем, а также большие емкость, реактивную мощность и запасаемую энергию в конденса торной единице. Силовые конденсаторы обычно классифициру ются в соответствии с областями их применения, режимами работы и конструктивными особенно стями по следующим основным группам: а) конденсаторы для электроустановок переменно го тока частоты (косинусные и др.); б) конденсаторы для электроустановок переменного тока повышенной частоты от 500 до 1000 Гц (электротермические установки и др.); в) конденсаторы связи и отбора мощности; г) конденсаторы, работающие на постоянном токе с наложением переменной составляющей или без нее (фильтровые и др.); д)конденсаторы, работающие в режиме заряд-разряд (импульсные). КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ К данной группе конденсаторов относятся в первую очередь конденсаторы для повышения ко эффициента мощности электроустановок перемен ного тока частотой 50 Гц (косинусные), выпускаемые согласно ГОСТ 1282-88. В соответст вии с этим ГОСТ конденсаторы выпускаются для внутренних и наружных установок на длительную работу при температуре окружающего воздуха не более 50 0 С. На номинальные напряжения 1,05; 3,15; 6,3; 10,5 кВ конденсаторы изготавливаются в однофазном исполнении, на номинальные напря жения 0,22; 0,38; 0,5 и 0,66 кВ — как в однофаз ном, так и в трехфазном исполнении. Конден саторы однофазного исполнения изготавливаются как с двумя изолированными выводами, так и с выводами, один из которых соединен с корпусом. В трехфазных конденсаторах секции в пакете делят на три группы (фазы) и соединяют по схеме треугольника. В конденсаторах на номинальное напряжение 1,05 кВ и ниже все секции соединены параллельно и каждая снабжена встроенным внут ри плавким предохранителем, который отключает секцию при ее пробое. В конденсаторах на номи нальные напряжения 3,15; 6,3 и 10,5 кВ соедине ние секций в пакетах конденсаторов — смешанное.Конструктивное исполнение косинусных кон денсаторов обозначается цифрами: 1 — однофаз ное исполнение с одним изолированным выводом; 2 — однофазное исполнение с двумя изолирован ными выводами и 3 — трехфазное исполнение. В настоящее время широкое распространение получили конденсаторы серии КЭ и КЭК (рис.1) Конденсаторы изготавливаются в однофазном и трехфазном исполнении на напряжения ниже 1,05 кВ; Рис.1. Косинусный конденсатор типа КЭ. Н – высота конденсатора в зависимости от типа исполнения. в однофазном исполнении на напряжения 1,05 кВ и выше; конструктивного исполнения 1, 2, 3. Конденсаторы в трехфазном исполнении имеют соединения по схеме треугольника. Конденсаторы устанавливаются в конденсаторных установках и батареях или на специальном металлическом кар касе в вертикальном положении, выводами вверх, в один, два и три яруса при одно- и двухрядном расположении их в ярусе. Конденсаторы типа КЭП-6,3 и КЭП-10,5 име ют аналогичную конструкцию, как и конденсаторы типа КЭ и КЭК. Отличие — использование в качестве диэлектрика чистопленочной основы. Конденсаторы КСК1 и КСК2 состоят из одного или двух пакетов, каждый из которых собирается из параллельно соединенных секций. В качестве диэлектрика используется высококачественная тонкая полипропиленовая пленка и конденсатор ная бумага повышенной прочности, что и позволяет повысить удельные характеристики и снизить ак тивные потери в 1,5 раза по сравнению с конусны ми конденсаторами типа КС1 (КС2) с бумажным диэлектриком. Корпус конденсаторов типа КМПС выполнен из цельнотянутого алюминия. Выводы выполнены в виде лепестка, в котором имеются шпильки, служащие для подключения. Пакет собран из трех цилиндрических секций, соединенных по схеме треугольника. В верхней части корпуса имеется устройство, предназначенное совместно с прерыва телем для отключения конденсаторов от электриче ской цепи при повышении давления в конденсаторе, которое может возникнуть в конце срока службы за счет газов, выделяющихся при местных пробоях диэлектрика. Конденсаторы типа КЭКФ и КЭКШ предназ начены для силовых фильтров высших гармоник, в том числе работающих в составе статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности, а также шунтовых батарей линий электропередачи постоянного тока, для компенсации блоков конден саторов и конденсаторных установок с целью повышения коэффициента мощности. Конденсаторы однофазного исполнения тина КСКФ выполнены с комбинированным диэлектри ком, пропитанным синтетической жидкостью. На базе косинусных конденсаторов изготавливаются конденсаторные установки (КУ), которые предназначены для автоматической компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях общего назначения напряжением 0,38 кВ и частоты 50 Гц. КУ представляют собой ячейки, в которых размещены аппаратура управления, измерения и сигнализации и конденсаторы, соединенные по схеме треугольника. Автоматическое отключение конденсаторов при перегрузке по току за счет повышения напряжения и внешних гармоник в установках обеспечивает электротоковое реле. Защита от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохрани телями. Для включения и отключения ступеней в установках применены магнитные пускатели. Ус тановки оснащены регулятором и могут работать а режиме автоматического и ручного управления. Имеются индикаторы, указывающие состояние ус тановки в процессе ее эксплуатации. КОНДЕНСАТОРЫ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ К данной группе конденсаторов в первую очередь относятся конденсаторы для повышения электротермических установок на часто ты 0,5— 10 кГц с водяным охлаждением (по ГОСТ 18689-81Е). Основное место среди них занимают конденсаторы типа ЭСВ (рис.2), например ЭСВ-0,8-0,5-2УЗ — конденсатор для электротермических установок, с пропиткой синте тической жидкостью и с водяным охлаждением на напряжение 0,8 кВ, частоты 0,5 кГц, с двумя выводами, климатическое исполнение У, катего рии размещения 3. Пакет конденсатора собирается из отдельных секций, соединенных между собой параллельно. С одной стороны пакета к обкладкам припаивается охлаждающий змеевик из медной трубки диамет ром 10/7 мм ( числитель — наружный диаметр, знаменатель — внутренний ), по которому во вре мя работы конденсатора пропускается охлаждаю щая вода. Концы охлаждающего змеевика выступают над крышкой корпуса и припаиваются к общему выводу. Охлаждающий змеевик исполь зуется в качестве токоподвода. Другие обкладки секций с противоположной стороны пакета изолированы от корпуса и подсоединены Рис. 2. Конструкция конденсатора серии ЭСВ; 1 — корпус; 2 — изоляция пакета от корпуса; 3 — сек ция; 4 — охлаждающая трубка; 5 — проходной изолятор. к токоподводам. Параллельно соединенные секции образуют ступе ни с самостоятельными выводами через фарфороые изоляторы на крышку корпуса. Конденсаторы ЭСВ имеют две или четыре ступени емкости. Пакеты помещены в сварной корпус прямоугольной формы, выполненный из стали для конденсаторов, работающих при частоте до 1 кГц, и из латуни или немагнитной стали для конденсаторов, работающих при частоте выше 1 кГц. Конденсаторы типа ЭСВК (с пропиткой синте тической жидкостью) и ЭЭВК (с пропиткой эколо гически безопасной жидкостью) также предна значены для повышения коэффициента мощности электротермических установок. Конденсаторы типа ЭСВ, ЭСВП, ЭЭВ и ЭЭВП имеют одинаковое конструктивное исполнение. Конденсаторы типа КЭЭК предназначены для работы в батареях индукционных цепей (ТУ 6- S 7 ИБДМ.673313.019ТУ). КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ ЕМКОСТНОЙ СВЯЗИ, ОТБОРА МОЩНОСТИ И ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Конденсаторы в фарфоровых корпусах с диэ лектриком из конденсаторной бумаги, пропитанной минеральным маслом, классов напряжения от 36 до 500 кВ включительно согласно ГОСТ 15581-80Е предназначены для обеспечения емкостной связи по ЛЭП переменного тока частотой 50 Гц, для телеме ханики и защиты на частотах от 36 до 750 кГц. Конденсаторы класса напряжения 500 кВ предназ начены также для измерения напряжения и для отбора мощности с целью обеспечения электро энергией переключающих пунктов, расположен ных вдоль ЛЭП высокого напряжения. Основными конструктивными элементами кон денсаторов являются: фарфоровая покрышка; крышки (верхняя, нижняя), которые являются электрическими выводами; кольца уплотнительные, обеспечивающие герметичность конденсаторов; пакет, пропитанный конденсаторным маслом; расширители (рис. 3). Конденсаторы типов СМ, СМИЗ, CMS СМБВ, СМЗВ, СМБ устанавливаются в колонку на изолирующую подставку и соединяются последова тельно. Количество конденсаторов в колонке зави сит от номинального напряжения ЛЭП. Технические данные конденсаторов для емко стей связи приведены в табл. 23.15. Конденсаторы связи СММ-201 \/Т-35У 1 и СММ-201\/Т~-107У1 выполнены в металлическом корпусе и крепятся в обойме, установленной на изоляционной конструкции, соответствующей классу напряжения линии. Выпускаются также батареи конденсаторов свя зи типа БС, БСБ и БСО, которые выполняются в соответствии с ТУ 16-521.283-82 и применяются в цепях с напряжением от 150/\/3~до 500/\/3~ кВ. Номинальная емкость меняется в пределах от 1,47 до 7,00 нФ. Конденсатор связи типа СМБ-20-17.5ТВ1 предназначен для подключения высокочастотной аппаратуры связи и релейной защиты к грозозащит ным тросам высоковольтных линий 220— 500 кВ, Рис. 3. Конденсатор связи типа СМ 1 — фарфоровая покрышка; 2 — выемная часть; 3 — верхняя крышка; 4 — уплотняющее кольцо; 5 — расши ритель; 6 — грузов ой винт; 7 — контактный болт; 8 — нижняя крышка а к фазным приводам высоковольтных линий 6— 35 кВ. Пропитка конденсатора выполнена трансформаторным маслом. Конденсаторы связи типа СМК, СМКВ и ОМК на , и кВ выполнены с комбинированным диэлектриком и имеют изолирующие подставки типа ГТИ5 и ПИ6. Конденсаторы выполнены согласно ТУ 16-88 ИБДМ. Г,73400.001ТУ. Конденсаторы для делителей напряжения по конструкции аналогичны конденсаторам связи. К данной группе конденсаторов относятся конденсаторы серии ДМ, ДМРУ, ДМП, ДМК и ДМЭ. Они предназначены для комплектования измерительных трансформаторов напряжения емкостного типа. Конденсаторы типа ДМК предназначены для делителей напряжения, которые используются в различных аппаратах на ЛЭП высокого напряжения переменного тока, в том числе для воздушных выключателей. Конденсаторы типа ДМЭ предназначены для деления напряжения по разрывам дугогасительных камер высоковольтного выключателя комплектных распределительных устройств с злегазовой изоляцией для ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения. Корпус конденсатора выполнен из лавсаноэпо-ксидного цилиндра. Крышка изготовлена из алюминиевого сплава. Конденсаторы рассчитаны на напряжения 150 и 180 кВ, имеют емкость 0,28; 0,56; 0,75 или 0,90 мФ. Масса конденсатора— 14,6 кг. Изготовляется согласно ТУ 16-673.0,78-86. ФИЛЬТРОВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ Конденсатор ФЭТ-4-16У2 предназначен для работы в контурах высокочастотных фильтров тяговых подстанций под навесом или в помещении. Конденсатор работает при одновременном наложении постоянного и переменного напряжения частотой от 100 до 1600 Гц, при этом значения напряжения переменного тока не должны превышать соответственно 0,92 кВ. Конденсаторы типов ПСП-11-ЗУЗ и ФСК-6-14УЗ предназначены для работы в тиристорных импульсных преобразователях постоянного тока. Конденсатор ФК-200-15 используется для сглаживания пульсаций переменной составляющей то ка в высоковольтных выпрямительных устройствах и для работы в схемах удвоения напряжения в среде трансформаторного масла. Конденсатор типа ФЭК-5-25У2 предназначен для работы в контурах высокочастотных фильтров тяговых подстанций. ИМПУЛЬСНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ Импульсные конденсаторы широко используются в установках для высоковольтных импульсных подстанций, в электротехнологических установках (магнитная штамповка, дробление пород, сейсмическая разведка и др.). Емкостные накопители энергии на основе импульсных конденсаторов применяются в электрофизических установках: для получения и исследования высокотемпературной плазмы, для создания сверхсильных импульсных токов и т. д. Импульсные конденсаторы используются для получения мощных импульсных источни ков света, в медицине, в лазерной и локационной технике. Импульсные конденсаторы работают в режиме медленный заряд — быстрый разряд, что и опреде ляет электрические и конструктивные особенности данной группы конденсаторов. Импульсные конденсаторы серии ИМКН-5- 0У2 предназначены для работы в различных импульсных установках в режиме неполного разряда. Время разряда конденсатора (глубина разряда не более 0,75 кВ) составляет не менее 0,1. с. Частота следования циклов заряд-разряд не более 50 в мин. Конденсаторы типа ИК предназначены для получения больших импульсных токов. Апериоди ческий заряд до номинального напряжения происходит за время не более 2 мин. Частота следования циклов заряд-разряд составляет не более трех в минуту. Максимальная амплитуда разрядного тока составляет 200 кА. В схемах питания электрофизических устано вок применяются импульсные конденсаторы типа ИК-3-300УЗ и ИКМ-50-6УХЛ4. Последний отличается малой индуктивностью (не более 20 нГн). Конденсаторы типа ИК1 предназначены для получения больших импульсов тока и рассчитаны на повышенное номинальное напряжение 100 кВ. Конденсатор работает в режиме апериодического заряда до номинального напряжения и колебательного разряда с декрементом не менее 1,5. Максимальная частота следования циклов заряд-разряд не более 4 в мин. Конденсаторы типа ИК-50-1.35УХЛ4 работают в установках электрогидравлического эффекта, а также в других импульсных схемах. Конденсатор ИМ-4-13УЗ предназначен для работы в формирующих линиях импульсных устройств и других импульсных установках. Конденсатор работает в режиме апериодического заряда до номинального напряжения и однополярного разряда от номинального напряжения током синусоидальной формы за время не менее 10 мкс. Частота следования циклов заряд-разряд составляет не более 25 Гц при заряде до номинального напряжения. Кроме импульсных конденсаторов выпускаются генераторы импульсных напряжений (ГИН) и токов (ГИТ). Генератор импульсных токов ГИТ-50 предназ начен для электрогидравлических и других устано вок, использующих электрический разряд в технологических целях (ТУ 16-435.138-86). Генератор имеет исполнения на питающие напряжения 380, 400, 415, 440 В. Номинальное выходное напряжение 50 кВ, полная мощность 18 кВ, коэффициент мощности 0,73, коэффициент полез ного действия 80%. Генератор состоит из унифицированных блоков зарядного и высоковольтного. Зарядный блок включает в себя выпрямитель-трансформатор и шкаф с индуктивно-емкостным преобразователем. Высоковольтный блок представляет собой металлический шкаф, в кагором размещены высоко вольтные конденсаторы, защитное устройство, разрядник. Габаритные размеры ГИТ-50 1542 Ч 1736 Ч 1800 мм. Масса не превышает 2300 кг. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРОВ И КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК Как правило, силовые конденсаторы снабжены встроенной индивидуальной защитой, выполненной в виде плавких предохранителей. Конденсаторные установки (КУ) на 380 В в соответствии с «Правилами устройства электро установок» (ПУЭ) должны иметь защиту от токов КЗ с наименьшим временем отключения, которая обеспечивала бы требуемую селективность работы. Если конденсаторы, комплектующие КУ, имеют встроенные индивидуальные предохранители, то общая защита КУ может быть осуществлена с помощью предохранителей FU с Рис. 4. Схемы соединения КУ; а – с предохранителем и контактором, б – с автоматическим выключателем, в – с выключателем, разъединителем и со встроенными разрядными резисторами. рубильником или контактором КМ (см. рис. 4. а) или с помощью автоматического выключателя QF (см. рис. 4. б) или с помощью разъединителя QS и выключателя SA (см. рис. 4. в). В этом случае плавкая вставка предохранителя для общей защиты КУ выбирается по току , где n о6щ — общее число конденсаторов в КУ шт.; Q HOM — номинальная мощность одного конденсато ра, квар; U л — линейное напряжение сети, кВ. Автоматический выключатель должен иметь комбинированный расцепитель, обеспечивающий защиту от перегрузки и КЗ. Причем уставка тока максимальной защиты комбинированного расцепителя с учетом перегрузочной способности кон денсаторов не должна превышать 130 % номи нального тока КУ. В качестве выключателей может использоваться быстродействующий автомат или контактор для коммутации чисто емкостной нагрузки на номиналь ный ток 300 — 800 А, допускающий 20— 30 опера ций в сутки. Выключатели должны выдерживать ударный ток КЗ более 50 кА. В качестве таких аппаратов могут использоваться контакторы типа КТУ-4000 или КТ6043 с предохранителями или автоматические выключатели типа А400 с дистанци онным управлением и необходимыми видами защит. Конденсаторные установки на 3— 10 кВ в соответ ствии с ПУЭ должны иметь защиты: -от КЗ, общую для всей КУ, выполненную в виде максимальной токовой защиты с отсечкой; -от КЗ в самих конденсаторах, не снабженных встроенной индивидуальной защитой; -от перегрузки токами высших гармоник, если такая перегрузка возможна; -от повышения напряжения свыше 110% номи нального значения. Для надежного действия максимальной токовой защиты при КЗ необходимо, чтобы расчетный ток КЗ был больше тока срабатывания защиты, учитывая, что согласно техническим данным конденсаторы допускают длительную работу при действующем значении тока, равном 130% номинального. Во избежание ложного срабатывания общей защиты КУ от КЗ ток уставки максимальной защиты принимают примерно в два раза больше ее номинального тока. Возможно, использование индукционных токо вых реле с зависимой выдержкой времени, что позволяет их применять для защиты цепей от перегрузки. В качестве выключателей для КУ на 3— 10 кВ наиболее пригодны вакуумные и элегазовые вы ключатели. Не исключено использование масляных выключателей типов ВМГ-133, ВПМ-10 и др. с запасом по току не менее 50 % номинального тока КУ, снабженных дополнительными шунтиру ющими резисторами. Защита от КЗ в конденсаторах является одной из наиболее ответственных типов защит, что обус ловлено быстрым возрастанием энергии дуги, воз никающей внутри поврежденного конденсатора до значения, при котором корпус конденсатора может быть разрушен. Защита конденсаторов на 3— 10 кВ от токов КЗ осуществляется быстродействующими и токоограничивающими плавкими предохраните лями типа ПК. Предохранители выбираются согласно следую щим основным требованиям: номинальное напряжение предохранителя дол жно соответствовать напряжению сети, на котором расположены конденсаторы; предохранители должны выдерживать значи тельные колебания нагрузки; предохранители должны быть рассчитаны на пери одические переходные токи а процессе коммутации; при параллельном соединении конденсатор, предохранители должны выдерживать максималь ный разрядный ток, проходящий от неповреждён ных конденсаторов к поврежденному; предохранители должны обладать высоким быст родействием и возможностью селективной работы, разрывная мощность предохранителей должна быть не менее возникающей на выводах конденса тора мощности КЗ; при пробое отдельных секций конденсатора, соединенных последовательно, номинальный ток плавкой вставки предохранителя не должен превышать 160 % номинального тока защищаемого им конденсатора, т. е. где Q HOM -номинальная мощность однофазного конденсатора, квар; -номинальное напряжение сети, кВ С учетом описанных требований даются рекомендации по выбору плавких вставок предохранителей для индивидуальной защиты однофазных конденсаторов выше 1000 В Если конденсатор состоит из п последовательно включенных секций, из которых к секций повреж дено, то проходящий через предохранитель ток КЗ где I ном — номинальный ток конденсатора, А. При правильном выборе плавкой вставки предохранителя он должен срабатывать до пробоя последней секции конденсатора, и этим будет исключена возможность повреждения бака конденсатора. Для индивидуальной защиты конденсаторов применяются малогабаритные предохранители, которые крепятся одним концом жестко к главным шинам, а другим — гибким проводом к изолятору конденсатора. Все данные по силовым конденсаторам можно найти в специальных справочниках.