AKKN Electronics RussiaКонденсаторные установки компенсации реактивной мощности (УКМ) подключаются к сети 0,4 кВ параллельно нагрузке и работают в условиях, заметно отличающихся от условий конденсаторов в преобразовательной технике. Здесь определяющую роль играют не пульсации тока, а перенапряжения, гармоники и переходные токи при коммутации ступеней. Ремонт или модернизация такой установки по принципу «та же ёмкость» без контроля напряжения и гармонического состава обычно заканчивается повторным выходом батареи из строя в течение одного сезона.
Условия работы и характер разрушения
В сетях промышленных площадок конденсатор находится под воздействием нескольких дополнительных факторов:
- длительное повышение напряжения до 1,1 номинального в режиме малой нагрузки; кратковременные повышения при отключении крупных двигателей;
- гармонические токи от частотных приводов, сварочных источников, источников бесперебойного питания; суммарный ток через конденсатор возрастает до 1,3 расчётного и более;
- броски тока при включении каждой ступени контактором достигают 100 расчётных амплитудных значений с частотой процесса 1–10 кГц;
- нагрев от соседних ступеней в закрытых шкафах и вибрация от коммутационной аппаратуры приводят к перегреву плёнки.
В конденсаторе с металлизированным полипропиленовым диэлектриком повреждение локализуется за счёт самовосстановления, но повторные броски и перегрев увеличивают потери в диэлектрике, снижают ёмкость и приводят к пробою на краях обкладок. На практике отказ проявляется как выплавление корпуса или срабатывание автоматического выключателя ступени.
Выбор номиналов конденсатора
Ёмкость ступени рассчитывается по требуемой реактивной мощности. При треугольном соединении в трёхфазной сети ёмкость одной фазы:
C = Q / (3 · ω · U²), где Q — мощность ступени, вар; ω = 2πf; U — линейное напряжение, В.
Для ступени 50 квар в сети 400 В требуемая ёмкость на фазу составляет примерно 330 мкФ. Ступени такой мощности обычно набирают из нескольких корпусов параллельно, поэтому при замене проверяют суммарную ёмкость, а не только маркировку на корпусе.
Номинальное напряжение выбирают с запасом:
- для сети с малым содержанием гармоник допустим конденсатор 440 В;
- рекомендуемый ряд для сетей с частотными приводами и сварочными нагрузками — 480 В;
- при применении расстроенных реакторов 7 % конденсатор рассчитывают на напряжение от 525 В.
Если на объекте действуют нелинейные нагрузки, батарею комплектуют расстроенными реакторами. Настройка 5,67 % даёт резонанс на частоте 210 Гц, настройка 7 % — 189 Гц; это исключает резонанс на пятой гармонике 250 Гц. Без реакторов конденсаторная батарея в сети с искажённым напряжением сама становится источником аварийных токов.
Параметры приёмки и контроля
| Параметр | Норма | Примечание |
|---|---|---|
| Допуск по ёмкости при поставке | −5 … +10 % от номинала | по IEC 60831-1 |
| Разброс ёмкости между фазами одной ступени | не более ±5 % от среднего | превышение ведёт к набросу тока на фазу |
| Максимальное длительное напряжение | 1,1 · Uн | превышение 1,3 · Uн не допускается |
| Максимальный полный ток | 1,3 · Iн с учётом гармоник | при превышении усилить охлаждение |
| Остаточное напряжение через 3 минуты после отключения | не более 75 В | требование к встроенным разрядным резисторам |
| Потери в диэлектрике, tg δ | не более 0,001 | без учёта разрядных резисторов; рост — признак старения плёнки |
| Сопротивление изоляции клемм относительно корпуса | не менее 100 МОм при 1000 В | замер после полного разряда |
Монтаж и ввод в эксплуатацию
Перед монтажом каждую ступень отключают, разряжают через штатные резисторы и проверяют ёмкость по фазам. Корпус осматривают на вздутия, подтёки, следы дуги на клеммнике. Мегомметром измеряют сопротивление изоляции; перед повторным замером конденсатор закорачивают.
При коммутации контакторами используют ограничивающие контакты или дроссельные узлы: бросок тока не должен превышать 20–30 расчётных значений. В установках с тиристорными ключами включение производят вблизи нуля напряжения, что сводит броски к минимуму.
После включения новой ступени контролируют токи по фазам и температуру корпуса. Устойчивый перегрев корпуса относительно воздуха в шкафу более чем на 15 К в течение часа указывает либо на присутствие гармоник, либо на потери в дефектном элементе. Не допускается повторное включение ступени раньше, чем через 3 минуты после отключения, если остаточное напряжение не снизилось до 10 % номинального.
При подборе аналога взамен снятых с поставки европейских блоков сравнивают не только ёмкость и напряжение, но и ток ступени, присоединительные размеры, тип клемм и допустимую температуру окружающего воздуха. Конденсаторы из одной партии предпочтительно ставить во все фазы ступени: это обеспечивает равномерную токовую нагрузку и предсказуемый срок службы.
