Причини, характеристики та способи обмеження пускового струму комутації конденсатора

I. Причини пускового струму комутації конденсатора

Основною причиною пускового струму перемикання конденсатора є те, що конденсатор є компонентом накопичення енергії, і напруга на його клемах не може різко змінитися. У момент увімкнення це еквівалентно «ємнісному навантаженню, яке раптово підключається до ланцюга» з надзвичайно низьким опором петлі, що призводить до миттєвого сильного впливу струму. Конкретні умови детально описуються наступним чином:

 

1. Перше перемикання (незаряджений стан): У момент першого перемикання конденсатора його пластини знаходяться в незарядженому стані, а початкова напруга на клемах дорівнює 0. Після ввімкнення в цей час напруга системи миттєво прикладається до обох кінців конденсатора. Оскільки напруга на конденсаторі не може різко змінюватися, в ланцюзі створюється миттєвий зарядний струм. Цей струм обмежений лише загальним опором петлі (включаючи індуктивність лінії, індуктивність витоку трансформатора та власний еквівалентний послідовний опір конденсатора ESR). Оскільки еквівалентний опір контуру надзвичайно малий (близько до стану короткого -замикання) у момент увімкнення, генерується великий пусковий струм. Максимальний пусковий струм зазвичай виникає в момент увімкнення (пов'язаний з фазою напруги системи; коли напруга системи близько пікового значення під час увімкнення, амплітуда пускового струму відносно більша).

 

2. Повторне -перемикання без достатнього розряду (заряджене перемикання): якщо конденсатор повторно -вмикається без достатнього розряду після його відключення та виведення з експлуатації, амплітуда пускового струму перемикання може досягати удвічі більшої амплітуди першого перемикання (незаряджений стан). Основна причина полягає в тому, що після відключення конденсатора на пластинах залишаються залишкові заряди (якщо не розряджаються, залишкова напруга близька до номінальної фазної напруги системи). Під час повторного ввімкнення, якщо напруга системи та залишкова напруга конденсатора знаходяться в точно протилежному стані фази «однакової величини та протилежного напрямку», миттєва різниця потенціалів на затискачах конденсатора вдвічі перевищує номінальну фазну напругу, що призводить до різкого збільшення струму заряджання та, отже, більшого пускового струму перемикання. Тому, щоб уникнути пошкодження обладнання великим пусковим струмом, спричиненого зарядженим перемиканням, конденсатор має бути повністю розряджений (зазвичай розряджений до рівня нижче безпечної напруги через розрядний резистор) перед повторним -увімкненням після відключення та виведення з роботи.

 

II. Відповідні характеристики пускового струму комутації конденсатора

Кратна амплітуда пускового струму перемикання конденсатора в основному пов'язана з двома факторами: по-перше, ємністю підключеного конденсатора (чим більша ємність, тим більше амплітуда пускового струму зазвичай); по-друге, пропускна здатність короткого-замикання місця встановлення (чим більша потужність короткого{1}}замикання системи, тим менша еквівалентна індуктивність петлі, більша амплітуда пускового струму та вища частота коливань). Якщо конденсатор встановлено в ланцюзі з великою ємністю короткого-замикання, індуктивність петлі мала, а опір низький, тому пусковий струм має не лише велику амплітуду, але й значно вищу частоту коливань.

 

Дані вимірювань показують, що в звичайній системі живлення амплітуда пускового струму перемикання конденсатора зазвичай у 5-15 разів перевищує номінальний струм конденсатора (на конкретне значення впливають параметри петлі; наприклад, конфігурація послідовного реактора може значно зменшити амплітуду пускового струму); частота коливань пускового струму зазвичай становить 250~400 Гц (належить до високочастотного пускового струму); в той же час, миттєва перенапруга супроводжується під час процесу перемикання, і його амплітуда приблизно в 2-3 рази перевищує напругу фази системи (це перенапруга є перехідною перенапругою з надзвичайно короткою тривалістю, але вона все ще може впливати на ізоляцію конденсатора).

Додаткове професійне пояснення: у практичній інженерії для придушення пускового струму перемикання невеликий реактор (реактор придушення пускового струму) зазвичай підключають послідовно в конденсаторну петлю, що може обмежити амплітуду пускового струму до номінального струму в 2–5 разів і в той же час зменшити амплітуду перехідної перенапруги для захисту конденсатора та обладнання контуру.

 

III. Методи обмеження пускового струму комутації конденсатора

Робочий струм конденсатора не тільки пов’язаний з основною напругою джерела живлення, але також позитивно пов’язаний з частотою напруги (відповідно до формули ємнісного реактивного опору X_C= 1/2πfC): коли форма хвилі напруги джерела живлення спотворена та до конденсатора прикладається напруга високого{2}}порядку гармонік, оскільки частота гармонік значно вища за основну частоту, ємнісний реактивний опір конденсатора буде значно зменшено, що призведе до значного збільшення гармонічного струму, що проходить через конденсатор; в той же час струм конденсатора також позитивно пов'язаний з ємністю. Чим більша ємність, тим менший ємнісний реактивний опір і більший струм, що проходить (включно з основним струмом і струмом гармонік), що ще більше посилює спотворення форми сигналу напруги та утворює порочне коло.

 

1. Щоб ефективно обмежити пусковий струм перемикання конденсатора та придушити вплив гармонік високого -порядку в електромережі на конденсатор, послідовне з’єднання реактора в контурі конденсатора є найпоширенішим і ефективним методом у техніці. Його основний принцип:Реактори Jinneng Electric Iron-Core гармонікзбільшити загальний індуктивний опір ланцюга, утворити послідовний резонанс з ємнісним реактивним опором конденсатора (для конкретних гармонік), що може не тільки зменшити розрядний струм при включенні конденсатора, але й придушити вторгнення гармонічного струму. Якщо параметри послідовного реактора правильно підібрані, пусковий струм комутації можна стабільно обмежувати в межах допустимого діапазону обладнання.

Коли послідовний реактор використовується лише для обмеження пускового струму комутації, його ємність (коефіцієнт реактивного опору) слід вибирати як невелике значення, зазвичай 0,2%~1% від номінальної ємності конденсатора (коефіцієнт реактивного опору 0,2%~1%). Дані технічної експлуатації та випробувань показують, що при підключенні реактора з послідовним реактивним опором 0,2% пусковий струм перемикання конденсатора може бути значно зменшений, щоб відповідати вимогам експлуатації звичайного обладнання; якщо необхідно одночасно розглянути придушення гармонік (наприклад, придушення 3-ї та 5-ї гармонік), коефіцієнт реактивного опору можна відповідно збільшити (наприклад, 3%, 5%).

 

2. Окрім послідовного реактора, перемикач-вільного конденсатора пускового струму (наприклад,тиристорний перемикач) також є широко використовуваним пристроєм придушення пускового струму. Цей тип перемикача в основному складається з двонаправленого тиристора, тригерної схеми, схеми поглинання, схеми захисту та інтелектуального радіатора. Покладаючись на незалежно запатентовану технологію вмикання-нульової{2}}напруги-і вимкнення-нульового{4}}струму, він може реалізувати перемикання конденсаторів-без пускового струму та-без ударів із високою швидкістю відгуку та середнім часом відгуку менше 10 мс. Він може ефективно компенсувати потребу в реактивній потужності ударних навантажень і може добре замінити традиційний комутаційний пристрій контактора, уникаючи удару дуги та проблеми пускового струму під час комутації контактора.