Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих при наличии высших гармоник в системах электроснабжения

Коваленко, Д. В. Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих при наличии высших гармоник в системах электроснабжения / Д. В. Коваленко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 19 (123). — С. 69-72. — URL: https://moluch.ru/archive/123/34022/ (дата обращения: 26.06.2022).

Электрический конденсатор — это электротехническое устройство, которое состоит из двух (либо нескольких) обкладок, разделенных между собой диэлектриком. Главное свойство конденсатора — емкость (способность накапливать и удерживать на обкладках электрический заряд). Емкость конденсатора, главным образом, зависит от двух основных параметров: от геометрических размеров конденсатора (площадь обкладок и расстояние между ними) и от рода диэлектрика, разделяющего обкладки (диэлектрическая проницаемость вещества). Единицей измерения емкости является фарад, но на практике используется более мелкая единица — микрофарад (10– 6 Ф). Конденсаторы большой емкости составляются из нескольких параллельно соединенных единичных конденсаторов, именуемых секциями. Конденсаторы высокого напряжения составляются из ряда последовательно (параллельно-последовательно) соединенных секций, которые называются банками [4].

Батареи статических конденсаторов (БСК) одно из средств компенсации реактивной мощности и повышения коэффициента мощности (cosϕ) в электрических сетях. Также применение БСК позволяет снизить потери в элементах системы электроснабжения и оптимизировать перетоки реактивной мощности.

К очевидным преимуществам БСК по сравнению с другими источниками реактивной мощности относятся:

– возможность применения на различных классах напряжения;

– малые потери активной мощности;

– достаточно долгий срок эксплуатации батарей;

– просты в эксплуатации (отсутствие механических вращающихся частей);

– небольшая собственная масса конденсаторных батарей, отсюда — простота изготовления, транспортировки и монтажа такого оборудования;

– возможность эксплуатации конденсаторных батарей на улице и в неотапливаемых помещениях.

Однако, в сетях с нелинейными нагрузками из-за повышенного содержания высших гармоник применение БСК, рассчитанных на синусоидальные токи и напряжения, вызывает технические трудности.

Конденсаторы в установках компенсации реактивной мощности в совокупности с индуктивными нагрузками способны образовывать колебательные контуры с параметрами, близкими к возникновению резонанса на одной из частот высших гармоник. Это приводит к значительному увеличению тока, протекающего через конденсаторы (этот ток превышает номинальный), что, в свою очередь, приводит к перегрузке конденсаторной батареи.

Перегрузки приводят к перегреву, снижающему сопротивление диэлектрика (уменьшению диэлектрической прочности изоляции между обкладками), и в свою очередь, приводящему к преждевременному старению и выходу из строя конденсатора. Так же при перегреве, вследствие нагрева диэлектрической жидкости (минеральное масло или синтетический диэлектрик), наблюдается газообразование (при выделении тепла). Появление газа в герметичном корпусе конденсатора создает избыточное давление, которое может привести к разгерметизации корпуса и утечке диэлектрика (рис. 1, 2).

Рис. 1. Разгерметизация корпуса БСК при перегрузке (верхняя часть бака)

Рис. 2. Разгерметизация корпуса БСК при перегрузке (нижняя часть бака)

Эти обстоятельства существенно сокращают срок службы БСК, а перенапряжения, возникающие при резонансе на элементах конденсаторной установки и нагрузки, могут привести к пробою изоляции.

Для устранения подобных проблем необходимо проводить анализ спектра тока потребляемой электроэнергии. При выявлении высших гармоник, сопоставимых с первой гармоникой, применяются фильтры, настроенные на частоту наиболее значительных гармоник.

Несмотря на то, что современные установки имеют защиту, способную отключить конденсаторы при превышении установленного порога гармоник, практика работы отечественных и зарубежных промышленных предприятий показывает, что батареи конденсаторов, подключенные к сетям с несинусоидальным напряжением при неправильном выборе, в ряде случаев быстро выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов.

При подключении батареи конденсаторов к шинам подстанции, питающих дуговые печи, при любом значении емкости батареи всегда найдутся гармоники с тем спектром частот, при которых образуются резонансные контуры тока (или близкие к нему) между емкостью батареи конденсаторов и индуктивностью сети. Кроме того, изменение нагрузок, схемы коммутации сети, мощности короткого замыкания питающей энергосистемы, которые не всегда можно учесть при проектировании, также могут привести к возникновению резонансных или близких к ним условий на частоте одной из гармоник. Поэтому работу батарей конденсаторов в сетях с возможностью возникновения несинусоидального напряжения необходимо рассматривать с позиций взаимного влияния высших гармоник питающей сети и батарей конденсаторов.

Так как с увеличением номера гармоники емкостное сопротивление батареи конденсаторов уменьшается, то это приводит к протеканию через БК значительных токов резонирующих гармоник. Эти токи соизмеримы, а иногда и значительно превосходят ток первой гармоники. По требованиям ГОСТ перегрузки по току на конденсаторы допускаются до 30 % от их номинальных значений [1], а на практике за счет появления резонансных явлений перегрузка по току могут достигать 400–500 % от тока первой гармоники. В связи с этим, при проектировании установки батарей конденсаторов в сетях с источниками высших гармоник необходимо проверить расчетом, чтобы при выбранной мощности батареи в каком-либо режиме работы подстанции или системы электроснабжения не возникало ее перегрузок по току. Известно, что для батареи режим резонанса тока при высших гармониках порядка ниже 13 (v

Похожие статьи

– ограничивается применение батарей косинусных конденсаторов вследствие возможных резонансных явлений на высоких частотах или перегрузки батарей по току

При возникновении на зажимах нагрузки несинусоидального напряжения индуктивность.

Реактивная мощность в конденсаторах, кабелях представлена выражением.

. Методы определения реактивной мощности при несинусоидальных режимах.

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях с учетом несинусоидальности напряжения.

Мощность батарей БК конденсаторов находится на условии баланса реактивной

Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах. Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях с учетом несинусоидальности напряжения.

При соединении конденсаторов звездой реактивная мощность батареи: (2).

При этом изменяется емкость БСК и мощность, выдаваемая в сеть. БСК очень чувствительны к высшим гармоникам, которые значительно снижают ее электрическую прочность.

Осциллограммы тока и напряжения для модели (рис.2) представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.

— 2014. — № 4. — с. 28–34. Коваленко, Д. В. Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих при наличии высших гармоник в системах.

QК — реактивная мощность БСК на n-й гармонике, вар

UФ — фазное напряжение сети, В, f — частота сети, Гц, n — номер гармоники. Рассмотрим для примера расчет фильтра для компенсации 5 гармоники тока в сети.

(6). где R и Х — сопротивления сети. Так как мощность отдельных конденсаторов

Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах.

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях с учетом несинусоидальности напряжения.

Соответственно Q и Q1- это реактивная мощность основной гармоники и при несинусоидальном режиме.

Он делит гармоники тока и напряжения на общие и необщие гармоники. Реактивная мощность выражена формулой.

– Нагрев конденсаторов, входящих в состав батарей (БСК); – Нагрев кабелей распределительной сети.

Величины сопротивлений также зависят от номеров гармоник. Для наглядного представления искажения синусоидальности кривой напряжения в программном.