Причины выхода из строя силовых конденсаторов устройств компенсации реактивной мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.316.722.076.12

Омский государственный технический университет

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ СИЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Р.Н. Хамитов

А.А. Охотников

Е.И. Семеров

Передача реактивной мощности по линии электропередачи приводит к снижению напряжения, особенно заметному на воздушных линиях электропередачи, имеющих большое реактивное сопротивление. Кроме того, дополнительный ток, протекающий по линии, приводит к росту потерь электроэнергии. Если активную мощность нужно передавать именно такой величины, которая требуется потребителю, то реактивную можно сгенерировать на месте потребления. Для этого и служат конденсаторные батареи. Наибольшее потребление реактивной мощности имеют асинхронные двигатели. При выдаче технических условий потребителю, у которого в составе нагрузки имеется большое количество асинхронных двигателей, обычно предлагается довести cosц до величины 0.95. При этом снижаются потери активной мощности в сети и падение напряжения на линии электропередачи. В ряде случаев вопрос можно решить применением синхронных двигателей. Однако более простым и дешевым способом получения такого результата является применение БСК.

При минимальных нагрузках системы, может создаться положение, когда конденсаторная батарея создает избыток реактивной мощности. В этом случае излишняя реактивная мощность направляется обратно к источнику питания, при этом линия опять загружается дополнительным реактивным током, увеличивающем потери активной мощности. Напряжение на шинах растет и может оказаться опасным для оборудования. Поэтому очень важно иметь возможность регулирования мощности батареи конденсаторов [1, 2].

В простейшем случае в минимальных режимах нагрузки можно отключить БСК - регулирование скачком. Иногда этого недостаточно и батарею делают состоящей из нескольких БСК, каждую из которых можно включить или отключить отдельно - ступенчатое регулирование. Наконец существуют системы плавного регулирования, например: параллельно батарее включается реактор, ток в котором плавно регулируется тиристорной схемой. Во всех случаях для этого применяется специальная автоматика регулирования БСК [3].

Основные технико-экономические преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем:

· возможность применения, как на низком, так и на высоком напряжении;

· малые потери активной мощности;

· долгий срок службы;

· простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся частей);

· простота производства и монтажа (малая масса);

· возможность установки конденсаторов как в сухом неотапливаемом помещении, так и на улице.

Существует несколько видов неисправностей конденсаторов БСК:

§ перегрузка;

§ короткое замыкание;

§ каркасный отказ;

§ короткое замыкание компонентов конденсатора;

Перегрузка происходит из-за временного или постоянного сверхтока. Постоянный сверхток связан с подъемом напряжения на источнике питания, потоком гармонического тока, связанным с присутствием нелинейной нагрузки, такой как статические преобразователи (ректификаторы, двигатели с переменной скоростью), дуговые печи, и т.п. Временный сверхток связан с моментом подачи питания на конденсаторную батарею. Перегрузки приводят к перегреву, снижающему сопротивление диэлектрика, и в свою очередь, приводящему к преждевременному старению 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)

Короткое замыкание - это внутреннее или внешнее замыкание между компонентами конденсатора, находящимися под напряжением. Короткое замыкание может происходить между фазами, или между фазой и нейтралью, в зависимости от того, как соединены емкости, треугольником, или звездой, вследствие чего возникает избыточное давление, приводящее к тем же последствиям что и при перегрузке (Рис. 3).

Каркасный отказ - это внутреннее замыкание между компонентами конденсатора, находящими под напряжением, и каркасом, созданное металлическим корпусом. Как и в случае перегрузки и внутреннего короткого замыкания, происходит появление газа в герметичном корпусе конденсатора, которое может привести к разгерметизации корпуса и утечке диэлектрика. батарея статический конденсатор замыкание

Рис. 3. Разгерметизация корпуса БСК при коротком замыкании

Короткое замыкание компонентов конденсатора происходит из-за пробоев отдельных емкостей.

Основной вид повреждений конденсаторных установок - пробой конденсаторов - приводит к двухфазному короткому замыканию. В условиях эксплуатации возможны также ненормальные режимы, связанные с перегрузкой конденсаторов высшими гармоническими составляющими тока и повышением напряжения.

Широко применяемые схемы тиристорного регулирования нагрузки основаны на том, что тиристоры открываются схемой управления в определенный момент периода и чем меньшую часть периода они открыты, тем меньше действующее значение тока протекающего через нагрузку. При этом появляются высшие гармоники тока в составе тока нагрузки и соответствующие им гармоники напряжения на питающем источнике [4].

БСК способствуют снижению уровня гармоник в напряжении, так как их сопротивление с ростом частоты падает и следовательно растет величина потребляемого батареей тока. Это приводит к сглаживанию формы напряжения. При этом появляется опасность перегрузки конденсаторов токами высших гармоник и требуется специальная защита от перегрузки.

Библиографический список

[1] Гительсон С.М. Оптимальное распределение конденсаторовна промышленных предприятиях / С.М. Гительсон. - Москва: Энергия, 1967. - 152 с.

[2] Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях / Н.А. Мельников - Москва: Энергия, 1975. - 128 с.

[3] Кабышев А.В. Компенсация реактивной мощности в электрических установках промышленных предприятий / А.В. Кабышев - Томск: ТПУ, 2012. - 234 с.

[4] Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности / А.С. Тимофеев - Новокузнецк: СибГИУ, 2010. - 67 с.

Аннотация

Батареи статических конденсаторов (БСК) используются для следующих целей: компенсация реактивной мощности в сети, регулирование уровня напряжения на шинах, выравнивание формы кривой напряжения в схемах управления с тиристорным регулированием. Вопрос построения защит БСК в настоящее время не систематизирован. ГОСТ и ПУЭ дают общие требования без детальной конкретизации по проверке и защите конденсаторных установок от коротких замыканий, повреждений и режимов. В некоторых источниках рассмотрены лишь частные вопросы защиты БСК.

Ключевые слова - батареи статических конденсаторов, реактивная мощность, неисправности конденсаторов БСК.

Размещено на Allbest.ru