Абдильбаев А.Б.

ТарГУ им. М.Х.Дулати, Казахстан

ОГРАНИЧЕНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ТОКОВ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ

В процессе эксплуатации конденсаторных батарей ступени регулирования автоматических установок КРМ подвержены частым переключениям. Коммутационные импульсы (броски пускового тока), до 200...300 раз превышающие номинальный ток батареи I_НКБ, оказывают многократные электродинамические воздействия на конденсаторы, сокращающие срок службы этого основного и
наиболее дорогостоящего элемента оборудования установок КРМ. Кроме того, ускоряется износ контактов аппаратов коммутации КБ, а в компенсируемой сети могут появиться импульсы 1 и провалы 2, напряжения.

На рисунке 1 приведена общая схема коммутации ступеней КБ установок
КРМ. Управление каждой из n-секций КБ С₁, ...С_n поочередно производится
соответствующим контактором К₁, ...К_n (рис. 1). Из курса теоретических основ электротехники известно, что
при определении начальной величины параметров переходного процесса допустимо пренебречь активным сопротивлением. Тогда, учитывая только характеристическое сопротивление Z_c, тоесть эквивалентные индуктивность
L_c и емкость С_с цепи коммутации, максимальное амплитудное или
действующее значение пускового тока в трехфазной сети промышленной
частоты, соответствующее начальному моменту (t = 0...0,005 с) включеня полностью разряженной КБ на наибольшее фазное напряжение сети U_c,
можно представить как:

(1)

Рис. 1. Схема коммутации ступеней установки КРМ

В ряде публикаций приводится определение I_КБ классическим
способом решения операторным методом системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными для конкретной схемы коммутации коэффициентами. В результате, для начальной величины I_КБ, авторами получено
следующее выражение:

, (2)

близкое к (1), учитывая, что при отсутствии в цепи коммутации токоограничивающих сопротивлений, I_кз»I_НКБ.

Подобные расчеты, даже для схем простой конфигурации, трудоемки и
требуют использования вычислительной техники. Поэтому все аналитические выражения I_КБ том числе и (1)-(2), получены за счет некоторых
допущений, упрощающих получение числовых значений выражений, с приемлемыми для практических расчетов погрешностями.

Наиболее распространенный случай коммутации КБ - одновременное
параллельное подключение ступени регулирования УКРМ к сети и общим
шинам ранее включенных КБ установки. Степень влияния каждого из этих
факторов на Iкб зависит от соотношения в схеме коммутации величины Z_c,
емкости предварительно заряженных КБ – С_кв и индуктивности участков
ошиновки между КБ = L_ш. Если Q_кб ступеней УКРМ одинакова, эквивалентная емкость (1) схемы коммутации увеличится пропорционально числу N
включенных батарей, а индуктивность уменьшится в результате параллельного сложения L_c и L_ш. Согласно, для данного случая коммутации
КБ пусковой ток можно записать в виде:

(3)

Как правило, токоограничивающие элементы (L₁,н= 0, рис. 1) в УКРМ, (за исключением дросселей фильтрокомпенсационных установок),
отсутствуют, L_ш« L_c, в итоге, в несколько раз превысит I_КБ непосредственно подключаемых к сети, и именно на значение должны
рассчитываться защитные и коммутационные аппараты ступеней КБ.

Во многом аналогичные процессы происходят при отключении КБ, так
как на разряд конденсаторов требуется гораздо больше времени, чем
для перемещения электромеханического контактора в фиксированное начальное положение. Напряжение на соединенных с КБ зажимах контактора в течение всего времени отключения можно считать постоянным, а на
зажимах, подключенных к сети, изменяющимся синусоидально. Следовательно, в один из моментов полупериода (t=0.01 с), суммарное напряжение
заряда КБ - U₃ и U_c между контактами достигнет удвоенного амплитудного
значения, что при малом воздушном промежутке приведет к его пробою,
кратковременному повторному включению КБ на сеть с выбросом. , который рассчитывается согласно, но с учетом величины и знака заряда батареи:

Соединение контакторов ступеней с КБ рекомендуется выполнять
сдвоенными проводниками или намоткой ряда последовательных витков по
длине провода. Это увеличивает эквивалентную индуктивность L
цепи коммутации. Кроме этого, в современных установках КРМ применяют и другие устройства и способы сглаживания компенсационных бросков
тока КБ, основные из которых рассмотрим более подробно.

Литература:

1. Шишкин С.А. Специальные контакторы для коммутации конденсатор-
ных батарей // Электрика. 2003.

2. Геворкян М.В. Современные компоненты компенсации реактивной
мощности (для низковольтных сетей) М.: Издательский дом «Додэка-
XXI», 2003.

3. Кудрин Б.И. О потерях электрической энергии и мощности в электрических сетях // Электрика. 2003. №31.