Przyczyny, charakterystyka i metody ograniczania prądu rozruchowego przełączania kondensatorów

I. Przyczyny prądu rozruchowego przełączania kondensatorów

Główną przyczyną prądu rozruchowego przełączającego kondensator jest to, że kondensator jest elementem magazynującym energię, a napięcie na jego zaciskach nie może zmieniać się gwałtownie. W momencie włączenia jest to równoznaczne z „nagłym podłączeniem do obwodu obciążenia pojemnościowego” o wyjątkowo niskiej impedancji pętli, co skutkuje natychmiastowym uderzeniem dużego prądu. Szczegółowe warunki są szczegółowo opisane w następujący sposób:

 

1. Pierwsze przełączenie (stan nienaładowany): W momencie pierwszego przełączenia kondensatora jego okładki są w stanie nienaładowanym, a napięcie początkowe na zaciskach wynosi 0. Po włączeniu w tym momencie napięcie układu jest natychmiast przykładane na oba końce kondensatora. Ponieważ napięcie kondensatora nie może zmieniać się gwałtownie, w obwodzie generowany jest chwilowy prąd ładowania. Prąd ten jest ograniczony jedynie przez całkowitą impedancję pętli (w tym indukcyjność linii, indukcyjność rozproszenia transformatora i własną równoważną rezystancję szeregową ESR kondensatora). Ponieważ równoważna impedancja pętli jest bardzo mała (blisko-stanu zwarcia) w momencie włączenia, generowany jest duży prąd rozruchowy. Maksymalny prąd rozruchowy występuje zwykle w momencie załączenia (związany z fazą napięcia sieciowego; gdy napięcie sieciowe podczas załączania jest bliskie wartości szczytowej, amplituda prądu rozruchowego jest relatywnie większa).

 

2. Po-ponowne przełączenie bez wystarczającego rozładowania (przełączanie naładowane): jeśli kondensator zostanie-włączony ponownie bez wystarczającego rozładowania po jego odcięciu i wyłączeniu z pracy, amplituda przełączającego prądu rozruchowego może osiągnąć dwukrotnie większą wartość niż przy pierwszym przełączeniu (stan nienaładowany). Główną przyczyną jest to, że po odcięciu kondensatora na płytkach pozostają ładunki resztkowe (jeśli nie są rozładowane, napięcie resztkowe jest zbliżone do znamionowego napięcia fazowego systemu). Jeśli podczas ponownego-włączenia napięcie systemowe i napięcie resztkowe kondensatora znajdują się dokładnie w przeciwnym stanie fazowym o „równej wielkości i przeciwnym kierunku”, chwilowa różnica potencjałów na zaciskach kondensatora jest dwukrotnie większa od znamionowego napięcia fazowego, co prowadzi do gwałtownego wzrostu prądu ładowania, a tym samym do większego przełączającego prądu rozruchowego. Dlatego też, aby uniknąć uszkodzenia sprzętu spowodowanego dużym prądem rozruchowym, spowodowanym przełączaniem naładowanym, kondensator musi zostać całkowicie rozładowany (zwykle rozładowany poniżej bezpiecznego napięcia przez rezystor rozładowujący) przed ponownym{{7}włączeniem po jego odcięciu i wyłączeniu.

 

II. Powiązane cechy prądu rozruchowego przełączania kondensatora

Wielokrotność amplitudy prądu rozruchowego przełączającego kondensator jest związana głównie z dwoma czynnikami: po pierwsze, pojemnością podłączonego kondensatora (im większa pojemność, tym zwykle większa amplituda prądu rozruchowego); po drugie,-wytrzymałość zwarciowa miejsca instalacji (im większa-wytrzymałość zwarciowa systemu, tym mniejsza zastępcza indukcyjność pętli, tym większa amplituda prądu rozruchowego i wyższa częstotliwość oscylacji). Jeśli kondensator jest zainstalowany w obwodzie o dużej-wytrzymałości zwarciowej, indukcyjność pętli jest mała, a impedancja niska, więc prąd rozruchowy ma nie tylko dużą amplitudę, ale także znacznie wyższą częstotliwość oscylacji.

 

Zmierzone dane pokazują, że w konwencjonalnym systemie elektroenergetycznym amplituda prądu rozruchowego przełączającego kondensator jest zwykle 5 ~ 15 razy większa od prądu znamionowego kondensatora (na konkretną wartość wpływają parametry pętli; na przykład konfiguracja dławika szeregowego może znacznie zmniejszyć amplitudę prądu rozruchowego); częstotliwość oscylacji prądu rozruchowego wynosi zazwyczaj 250–400 Hz (należy do prądu rozruchowego o wysokiej-częstotliwości); jednocześnie podczas procesu przełączania towarzyszy chwilowe przepięcie, którego amplituda jest około 2-3 razy większa niż napięcie fazowe systemu (przepięcie to jest przepięciem przejściowym o wyjątkowo krótkim czasie trwania, ale może nadal wpływać na izolację kondensatora).

Dodatkowe wyjaśnienie fachowe: W praktyce inżynieryjnej, aby stłumić przełączający prąd rozruchowy, w pętli kondensatora zwykle łączy się szeregowo mały dławik (dławik tłumiący prąd rozruchowy), co może ograniczyć amplitudę prądu rozruchowego do 2–5-krotności prądu znamionowego, a jednocześnie zmniejszyć przejściową amplitudę przepięcia, aby chronić kondensator i sprzęt pętlowy.

 

III. Metody ograniczania prądu rozruchowego przełączania kondensatorów

Prąd pracy kondensatora jest nie tylko powiązany z napięciem podstawowym zasilacza, ale także dodatnio powiązany z częstotliwością napięcia (zgodnie ze wzorem reaktancji pojemnościowej X_C= 1/2πfC): gdy kształt fali napięcia zasilania jest zniekształcony i do kondensatora przyłożone jest napięcie harmoniczne- wyższego rzędu, ponieważ częstotliwość harmoniczna jest znacznie wyższa niż częstotliwość podstawowa, reaktancja pojemnościowa kondensatora zostanie znacznie zmniejszona, co prowadzi do znacznego wzrostu prądu harmonicznego przepływającego przez kondensator; jednocześnie prąd kondensatora jest również dodatnio powiązany z pojemnością. Im większa pojemność, tym mniejsza reaktancja pojemnościowa i większy przepływający prąd (w tym prąd podstawowy i prąd harmoniczny), co dodatkowo pogłębia zniekształcenie przebiegu napięcia i tworzy błędne koło.

 

1. Aby skutecznie ograniczyć prąd rozruchowy przełączania kondensatora i stłumić wpływ-harmonicznych wysokiego rzędu w sieci energetycznej na kondensator, najpowszechniej stosowaną i skuteczną metodą inżynieryjną jest szeregowe połączenie dławika w pętli kondensatora. Jego podstawową zasadą jest:Jinneng Electric Iron-Rdzeńowe reaktory z filtrem harmonicznychzwiększyć całkowitą reaktancję indukcyjną obwodu, tworząc rezonans szeregowy z reaktancją pojemnościową kondensatora (dla określonych harmonicznych), co może nie tylko zmniejszyć prąd rozładowania, gdy kondensator jest włączony, ale także stłumić wtargnięcie prądu harmonicznego. Jeśli parametry dławika szeregowego zostaną odpowiednio dobrane, można stabilnie ograniczyć przełączający prąd rozruchowy w dopuszczalnym zakresie urządzenia.

Gdy dławik szeregowy służy jedynie do ograniczenia przełączającego prądu rozruchowego, jego pojemność (współczynnik reaktancji) należy wybrać jako małą wartość, zwykle 0,2% ~ 1% znamionowej pojemności kondensatora (współczynnik reaktancji 0,2% ~ 1%). Operacje inżynieryjne i dane testowe pokazują, że po podłączeniu reaktora o współczynniku reaktancji szeregowej wynoszącej 0,2%, prąd rozruchowy przełączania kondensatora może zostać znacznie stłumiony, aby spełnić wymagania operacyjne konwencjonalnego sprzętu; jeśli należy uwzględnić tłumienie harmonicznych (np. tłumienie 3. i 5. harmonicznej) w tym samym czasie, można odpowiednio zwiększyć współczynnik reaktancji (np. 3%, 5%).

 

2. Oprócz dławika szeregowego, wyłącznik-wolnego kondensatora prądu rozruchowego (taki jakprzełącznik tyrystorowy) jest również powszechnie stosowanym urządzeniem tłumiącym prąd rozruchowy. Ten typ przełącznika składa się głównie z dwukierunkowego tyrystora, obwodu wyzwalającego, obwodu absorpcyjnego, obwodu zabezpieczającego i inteligentnego radiatora. Opierając się na niezależnie opatentowanej technologii włączania-zerowego napięcia i wyłączania-prądu zerowego, umożliwia on przełączanie kondensatorów bez-prądu rozruchowego i uderzeń-z dużą szybkością reakcji i średnim czasem reakcji mniejszym niż 10 ms. Może skutecznie kompensować zapotrzebowanie mocy biernej obciążeń udarowych i może z powodzeniem zastąpić tradycyjne urządzenie przełączające styczniki, unikając problemów związanych z uderzeniem łuku i prądem rozruchowym podczas przełączania stycznika.