"Новости Электротехники": "Энергетика и Электротехника

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №6(18) 2002 -
1(19) 2003

Устройства КРМ для низковольтных сетей: современные компоненты

Михаил Геворкян, ответственный редактор Издательского Дома «ДОДЭКА»

Российский рынок сбыта устройств компенсации реактивной мощности (КРМ) расширяется. Из-за ограниченной пропускной способности и повышенных потерь мощности в распределительной сети применение систем КРМ становится для многих предприятий необходимостью.
Современным средством КРМ в сетях напряжением 0,4 кВ являются автоматические конденсаторные установки (АКУ). К ним и, соответственно, к их компонентам предъявляются определенные требования. Это: автоопределение уровня реактивной мощности (РМ) сети; правильный подбор РМ АКУ (с заданным шагом); автоматический контроль изменения РМ и других параметров сети; надежность; малые активные потери мощности в самой АКУ; невысокая стоимость; простота монтажа и замены комплектующих.
Затраты на сборку АКУ невысоки, поэтому многие российские производители осваивают ее, стараясь применять современные компоненты. В статье упорядочены основные сведения по компонентам современной системы КРМ.

Основные компоненты конденсаторных установок КРМ и требования к ним
Регуляторы реактивной мощности микропроцессорные (РРМ)
Основная функция регулятора (контроллера) РМ – дискретный автоматический подбор РМ АКУ (РМАКУ), необходимой для КРМ нагрузки подключением/отключением необходимого количества фазных конденсаторов. Управление контакторами должно быть оптимизировано так, чтобы заданный коэффициент мощности достигался минимальным числом команд на переключение.
Современный РРМ должен иметь многострочный жидкокристаллический индикатор для отображения основных параметров режима (I, U, f, Q, P, S, cos j), в том числе высших нечетных гармоник тока и напряжения. Часто в сети присутствуют 5, 7, 11 и 13 гармоники, связанные с работой полупроводниковых выпрямителей и преобразователей. Однако лучше использовать РРМ, контролирующий гармоники порядка 15, 17 и выше, которые также встречаются на практике.
Существенные функции РРМ:

автоматическое определение числа установленных конденсаторных батарей и номиналов РМ каждой батареи;
автоматическое определение угла между фазными напряжениями и током;
отключение конденсаторов при превышении гармониками предельного уровня, задаваемого пользователем из стандартного ряда значений;
защита паролем;
регулировка контрастности жидкокристаллического индикатора;
возможность использования фиксированных (неотключаемых) батарей;
учет времени разряда конденсаторных батарей;
автоопределение t0С внутри РРМ и выбор ее порогов для управления внешним вентилятором;
cохранение текущих настроек, средних и пиковых значений измеренных параметров в энергонезависимой памяти при отключении питания РРМ;
управление конденсаторными батареями, защищенными антирезонансными дросселями (РРМ должен учитывать коэффициент расстройки каждого дросселя).

Многоступенчатые РРМ выпускаются в модификациях, поддерживающих промышленный интерфейс RS-485. Он позволяет подключить РРМ к компьютеру для обработки данных, полученных в результате работы регулятора, обеспечивая этим удаленное управление работой всей АКУ с центрального пульта оператора.Фазные (косинусные) конденсаторы (ФК)
Современные конденсаторы, применяемые для КРМ, называются фазными (косинусными) и имеют следующие особенности:

«сухая» пленочная технология диэлектрика: наполнителем является инертный газ, а не применявшийся ранее жидкостный наполнитель (масло и т.п.). В результате нет опасности утечки/выброса масла и соответствующего повреждения, воспламенения или загрязнения АКУ и окружающего оборудования, отсутствуют требования по обслуживанию и утилизации. Герметичность корпуса каждого ФК должна быть испытана на заводе производителем;
свойство самовосстановления. Эксплуатационные параметры ФК (номинал, потери диэлектрика и т.п.) приобретают исходные значения после окончания перегрузки. Перегрузка ФК обычно проявляется в виде временного превышения номинального тока или напряжения, поэтому они должны выдерживать большие импульсные (пусковые) токи (превышающие в 200-300 раз номинальный) без ухудшения параметров;
предохранитель избыточного давления (встроенный) отключает ФК от сети, предотвращая взрыв или разрушение корпуса конденсатора по истечении срока годности и при возникновении нештатной ситуации;

трехфазное исполнение (по схеме «треугольник») и монтажный болт (приваренный обычно к нижней части корпуса) обеспечивают простоту монтажа ФК. Монтаж конденсатора допустим в любом положении (в т.ч. в горизонтальном и «вверх ногами»). Это позволяет максимально использовать рабочее пространство;
алюминиевый цилиндрической корпус обеспечивает малый вес устройства (вес конденсатора номинала 10 квар – около 1,5 кг), его небольшие габариты, удобство и простоту монтажа и транспортировки;
клеммная колодка ФК позволяет производить быстрый монтаж с использованием кабельных наконечников, т.к. разъем ФК должен обеспечивать присоединение кабеля различного сечения;
разрядные резисторы (по одному на каждую фазу), входящие в комплект поставки конденсатора, фиксируются в клеммной колодке. Для надежного подключения ФК каждый зажим колодки должен быть рассчитан на 2 проводника. Разрядные резисторы защищают ФК от сверхтоков и перенапряжений, которые могут возникать при включении батареи с остаточным зарядом;
малые потери в диэлектрике (около 0,25 Вт/квар) исключают перегрев ФК при протекании рабочего тока, а также обеспечивают малые потери активной мощности в АКУ.

Контакторы (релейные)
Электромеханические контакторы снабжаются специальными вспомогательными контактами предварительного замыкания. Эти контакты, имеющие высокое резистивное сопротивление, ограничивают пусковой ток в ветви «контактор—конденсатор» до номинального тока конденсатора.
Вспомогательные контакты замыкаются раньше основных. Последние обладают малым сопротивлением и замыкаются после снижения тока через конденсаторную батарею до уровня, близкого к номинальному.
Рассмотренные контакторы, в отличие от обычных, обеспечивают замыкание контактов с пониженным пусковым током для безопасного включения/отключения конденсаторов. Комбинация большого сопротивления контактов в момент пуска и малого падения напряжения на них в основном режиме работы гарантирует длительный срок эксплуатации.

Современные контакторы для управления конденсаторными батареями имеют малый вес (от 1 кг), небольшие габариты и при этом рассчитаны на РМ = 10…70 квар (при напряжении сети 380 В). Обычно их же можно использовать при напряжении до 690 В. Посредством встроенного дополнительного (auxiliary) контакта приборы можно подключать «в параллель», что позволяет использовать РРМ, рассчитанный на меньшее число ступеней (конденсаторных батарей).

Рис. 1 а,б
Осциллограммы тока включения конденсаторной батареи 12,5 квар

а) контактором со вспомогательными контактами и резисторами;

б) обычным контактором.

Дополнительные компоненты систем КРМ

Тиристорные контакторы
Используются вместо обычных электромеханических. Они обеспечивают большую скорость подключения конденсаторов, примерно на порядок меньший пусковой ток и постоянный контроль уровня тока, протекающего через конденсаторную батарею (функция защитного отключения). Рекомендуются они в случае резкопеременной индуктивной нагрузки потребителя. Для механической коммутации вспомогательных, а потом основных контактов обычного контактора требуется не менее 1 мин. Поэтому для резкопеременной нагрузки рационально использовать тиристорные контакторы, время коммутации которых измеряется в мс.

Антирезонансные дроссели
Применяются для защиты конденсаторных батарей от токов высших гармоник. Компактные, со стандартной величиной частотной расстройки 14% и 7%, 5,6%, они рассчитаны на защиту фазных конденсаторов (ФК) от гармоник 5, 7 и 11 соответственно. Дроссели необходимы при наличии в сети предприятия высших гармоник. Токи гармоник опасны для ФК: их внутреннее сопротивление на высоких частотах мало, что может приводить к перегреву ФК и выходу их из строя. Дроссель смещает резонансную частоту так, что контур «дроссель – конденсатор» имеет чисто индуктивный характер по отношению к остальной сети на частоте гармоники. Специальное крепление на корпусе дросселей позволяет их компактно монтировать, а встроенный датчик температуры помогает предотвратить их перегрев.

Разрядные дроссели
Иногда используются вместо разрядных резисторов, определенным недостатком которых является разогрев при протекании разрядного тока фазных конденсаторов.
Разогрев повышает окружающую температуру и вреден для конденсаторов.
Современные компоненты КРМ можно и нужно использовать не только для комплектации новых АКУ КРМ, но и для модернизации старых. Необходимость такой модернизации очевидна, так как:

у регуляторов РМ старого типа нет индикатора, поэтому следить за их работой (в том числе за исправностью самих регуляторов) сложно;
конденсаторы старого типа (в квадратных корпусах, с жидким наполнителем/маслом и т.п.) громоздки, занимают большой объем, осложняют монтаж и/или для них выше риск выхода из строя;
контакторы без вспомогательных контактов с резисторами являются причиной больших импульсов тока, возникающих при коммутации, что сокращает срок службы конденсаторов и другого оборудования;
установка правильно выбранного антирезонансного дросселя продлит срок службы конденсаторов;
при резкопеременной нагрузке тиристорные контакторы помогут увеличить период бесперебойной работы конденсаторов за счет меньших токов переключения. Кроме того, они дают возможность реализовать КРМ в реальном режиме времени.