Силовые конденсаторы применяются в силовых сетях высокого и низкого напряжения или в силовых устройствах повышенных частот. Они могут применяться как отдельными единицами, так и в виде комплектных конденсаторных установок или мощных батарей с параллельно-последовательным соединением отдельных единиц. В отличие от конденсаторов, применяемых в радиоэлектронике, силовые конденсаторы, за исключением нескольких его типов, имеют значительную массу и объем, а также большие емкость, реактивную мощность и запасаемую энергию в конденсаторной единице.

Силовые конденсаторы обычно классифицируются в соответствии с областями их применения, режимами работы и конструктивными особенностями по следующим основным группам:

а) конденсаторы для электроустановок переменного тока промышленной частоты

(косинусные и др.);

б) конденсаторы для электроустановок переменного тока повышенной частоты от

500 до 1000 Гц (электротермические установки и др.);

в) конденсаторы связи и отбора мощности;

г) конденсаторы, работающие на постоянном токе с наложением переменной

составляющей или без нее (фильтровые и др.);

д)конденсаторы, работающие в режиме заряд-разряд (импульсные).

КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

К данной группе конденсаторов относятся в первую очередь конденсаторы для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частотой 50 Гц (косинусные), выпускаемые согласно ГОСТ 1282-88. В соответствии с этим ГОСТ конденсаторы выпускаются для внутренних и наружных установок на длительную работу при температуре окружающего воздуха не более 50 0С. На номинальные напряжения 1,05; 3,15; 6,3; 10,5 кВ конденсаторы изготавливаются в однофазном исполнении, на номинальные напряжения 0,22; 0,38; 0,5 и 0,66 кВ — как в однофазном, так и в трехфазном исполнении. Конденсаторы однофазного исполнения изготавливаются как с двумя изолированными выводами, так и с выводами, один из которых соединен с корпусом. В трехфазных конденсаторах секции в пакете делят на три группы (фазы) и соединяют по схеме треугольника. В конденсаторах на номинальное напряжение 1,05 кВ и ниже все секции соединены параллельно и каждая снабжена встроенным внутри плавким предохранителем, который отключает секцию при ее пробое. В конденсаторах на номинальные напряжения 3,15; 6,3 и 10,5 кВ соединение секций в пакетах конденсаторов — смешанное.Конструктивное исполнение косинусных конденсаторов обозначается цифрами: 1 — однофазное исполнение с одним изолированным выводом; 2 — однофазное исполнение с двумя изолированными выводами и 3 — трехфазное исполнение. В настоящее время широкое распространение получили конденсаторы серии КЭ и КЭК (рис.1) Конденсаторы изготавливаются в однофазном и трехфазном исполнении на напряжения ниже 1,05 кВ;

Рис.1. Косинусный конденсатор типа КЭ.

Н – высота конденсатора в зависимости от типа исполнения.

в однофазном исполнении на напряжения 1,05 кВ и выше; конструктивного исполнения 1, 2, 3. Конденсаторы в трехфазном исполнении имеют соединения по схеме треугольника. Конденсаторы устанавливаются в конденсаторных установках и батареях или на специальном металлическом каркасе в вертикальном положении, выводами вверх, в один, два и три яруса при одно- и двухрядном расположении их в ярусе.

Конденсаторы типа КЭП-6,3 и КЭП-10,5 имеют аналогичную конструкцию, как и конденсаторы типа КЭ и КЭК. Отличие — использование в качестве диэлектрика чистопленочной основы.

Конденсаторы КСК1 и КСК2 состоят из одного или двух пакетов, каждый из которых собирается из параллельно соединенных секций. В качестве диэлектрика используется высококачественная тонкая полипропиленовая пленка и конденсаторная бумага повышенной прочности, что и позволяет повысить удельные характеристики и снизить активные потери в 1,5 раза по сравнению с конусными конденсаторами типа КС1 (КС2) с бумажным диэлектриком.

Корпус конденсаторов типа КМПС выполнен из цельнотянутого алюминия. Выводы выполнены в виде лепестка, в котором имеются шпильки, служащие для подключения. Пакет собран из трех цилиндрических секций, соединенных по схеме треугольника. В верхней части корпуса имеется устройство, предназначенное совместно с прерывателем для отключения конденсаторов от электрической цепи при повышении давления в конденсаторе, которое может возникнуть в конце срока службы за счет газов, выделяющихся при местных пробоях диэлектрика.

Конденсаторы типа КЭКФ и КЭКШ предназначены для силовых фильтров высших гармоник, в том числе работающих в составе статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности, а также шунтовых батарей линий электропередачи постоянного тока, для компенсации блоков конденсаторов и конденсаторных установок с целью повышения коэффициента мощности.

Конденсаторы однофазного исполнения тина КСКФ выполнены с комбинированным диэлектриком, пропитанным синтетической жидкостью.

На базе косинусных конденсаторов изготавливаются конденсаторные установки (КУ), которые предназначены для автоматической компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях общего назначения напряжением 0,38 кВ и частоты 50 Гц.

КУ представляют собой ячейки, в которых размещены аппаратура управления, измерения и сигнализации и конденсаторы, соединенные по схеме треугольника.

Автоматическое отключение конденсаторов при перегрузке по току за счет повышения напряжения и внешних гармоник в установках обеспечивает электротоковое реле. Защита от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохранителями. Для включения и отключения ступеней в установках применены магнитные пускатели. Установки оснащены регулятором и могут работать а режиме автоматического и ручного управления. Имеются индикаторы, указывающие состояние установки в процессе ее эксплуатации.

КОНДЕНСАТОРЫ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

К данной группе конденсаторов в первую очередь относятся конденсаторы для повышения электротермических установок на частоты 0,5—10 кГц с водяным охлаждением (по ГОСТ 18689-81Е). Основное место среди них занимают конденсаторы типа ЭСВ (рис.2), например ЭСВ-0,8-0,5-2УЗ — конденсатор для электротермических установок, с пропиткой синтетической жидкостью и с водяным охлаждением на напряжение 0,8 кВ, частоты 0,5 кГц, с двумя выводами, климатическое исполнение У, категории размещения 3.

Пакет конденсатора собирается из отдельных секций, соединенных между собой параллельно. С одной стороны пакета к обкладкам припаивается охлаждающий змеевик из медной трубки диаметром 10/7 мм ( числитель — наружный диаметр, знаменатель — внутренний ), по которому во время работы конденсатора пропускается охлаждающая вода. Концы охлаждающего змеевика выступают над крышкой корпуса и припаиваются к общему выводу. Охлаждающий змеевик используется в качестве токоподвода. Другие обкладки секций с противоположной стороны пакета изолированы от корпуса и подсоединены

Рис. 2. Конструкция конденсатора серии ЭСВ; 1 — корпус; 2 — изоляция пакета от корпуса; 3 — секция; 4 — охлаждающая трубка; 5 — проходной изолятор.

к токоподводам. Параллельно соединенные секции образуют ступени с самостоятельными выводами через фарфороые изоляторы на крышку корпуса.

Конденсаторы ЭСВ имеют две или четыре ступени емкости. Пакеты помещены в сварной корпус прямоугольной формы, выполненный из стали для конденсаторов, работающих при частоте до 1 кГц, и из латуни или немагнитной стали для конденсаторов, работающих при частоте выше 1 кГц.

Конденсаторы типа ЭСВК (с пропиткой синтетической жидкостью) и ЭЭВК (с пропиткой экологически безопасной жидкостью) также предназначены для повышения коэффициента мощности электротермических установок.

Конденсаторы типа ЭСВ, ЭСВП, ЭЭВ и ЭЭВП имеют одинаковое конструктивное исполнение.

Конденсаторы типа КЭЭК предназначены для работы в батареях индукционных цепей (ТУ 6-S7 ИБДМ.673313.019ТУ).

КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ ЕМКОСТНОЙ СВЯЗИ, ОТБОРА МОЩНОСТИ И

ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Конденсаторы в фарфоровых корпусах с диэлектриком из конденсаторной бумаги, пропитанной минеральным маслом, классов напряжения от 36 до 500 кВ включительно согласно ГОСТ 15581-80Е предназначены для обеспечения емкостной связи по ЛЭП переменного тока частотой 50 Гц, для телемеханики и защиты на частотах от 36 до 750 кГц. Конденсаторы класса напряжения 500 кВ предназначены также для измерения напряжения и для отбора мощности с целью обеспечения электроэнергией переключающих пунктов, расположенных вдоль ЛЭП высокого напряжения.

Основными конструктивными элементами конденсаторов являются: фарфоровая покрышка; крышки (верхняя, нижняя), которые являются электрическими выводами; кольца уплотнительные, обеспечивающие герметичность конденсаторов; пакет, пропитанный конденсаторным маслом; расширители (рис. 3).

Конденсаторы типов СМ, СМИЗ, CMS СМБВ, СМЗВ, СМБ устанавливаются в колонку на изолирующую подставку и соединяются последовательно. Количество конденсаторов в колонке зависит от номинального напряжения ЛЭП.

Технические данные конденсаторов для емкостей связи приведены в табл. 23.15.

Конденсаторы связи СММ-201 \/Т-35У 1 и СММ-201\/Т~-107У1 выполнены в металлическом корпусе и крепятся в обойме, установленной на изоляционной конструкции, соответствующей классу напряжения линии.

Выпускаются также батареи конденсаторов связи типа БС, БСБ и БСО, которые выполняются в соответствии с ТУ 16-521.283-82 и применяются в цепях с напряжением от 150/\/3~до 500/\/3~ кВ. Номинальная емкость меняется в пределах от 1,47 до 7,00 нФ.

Конденсатор связи типа СМБ-20-17.5ТВ1 предназначен для подключения высокочастотной аппаратуры связи и релейной защиты к грозозащитным тросам высоковольтных линий 220—500 кВ,

Рис. 3. Конденсатор связи типа СМ 1 — фарфоровая покрышка; 2 — выемная часть; 3 — верхняя крышка; 4 — уплотняющее кольцо; 5 — расширитель; 6 — грузовой винт; 7 — контактный болт; 8 — нижняя крышка

а к фазным приводам высоковольтных линий 6—35 кВ. Пропитка конденсатора выполнена трансформаторным маслом.

Конденсаторы связи типа СМК, СМКВ и ОМК на , и кВ выполнены с комбинированным диэлектриком и имеют изолирующие подставки типа ГТИ5 и ПИ6. Конденсаторы выполнены согласно ТУ 16-88 ИБДМ. Г,73400.001ТУ.

Конденсаторы для делителей напряжения по конструкции аналогичны конденсаторам связи. К данной группе конденсаторов относятся конденсаторы серии ДМ, ДМРУ, ДМП, ДМК и ДМЭ. Они предназначены для комплектования измерительных трансформаторов напряжения емкостного типа.

Конденсаторы типа ДМК предназначены для делителей напряжения, которые используются в различных аппаратах на ЛЭП высокого напряжения переменного тока, в том числе для воздушных выключателей.

Конденсаторы типа ДМЭ предназначены для деления напряжения по разрывам дугогасительных камер высоковольтного выключателя комплектных распределительных устройств с злегазовой изоляцией для ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения. Корпус конденсатора выполнен из лавсаноэпо-ксидного цилиндра. Крышка изготовлена из алюминиевого сплава.

Конденсаторы рассчитаны на напряжения 150 и 180 кВ, имеют емкость 0,28; 0,56; 0,75 или 0,90 мФ. Масса конденсатора— 14,6 кг. Изготовляется согласно ТУ 16-673.0,78-86.

ФИЛЬТРОВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор ФЭТ-4-16У2 предназначен для работы в контурах высокочастотных фильтров тяговых подстанций под навесом или в помещении.

Конденсатор работает при одновременном наложении постоянного и переменного напряжения частотой от 100 до 1600 Гц, при этом значения напряжения переменного тока не должны превышать соответственно 0,92 кВ.

Конденсаторы типов ПСП-11-ЗУЗ и ФСК-6-14УЗ предназначены для работы в тиристорных импульсных преобразователях постоянного тока.

Конденсатор ФК-200-15 используется для сглаживания пульсаций переменной составляющей тока в высоковольтных выпрямительных устройствах и для работы в схемах удвоения напряжения в среде трансформаторного масла.

Конденсатор типа ФЭК-5-25У2 предназначен для работы в контурах высокочастотных фильтров тяговых подстанций.

ИМПУЛЬСНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Импульсные конденсаторы широко используются в установках для высоковольтных импульсных подстанций, в электротехнологических установках (магнитная штамповка, дробление пород, сейсмическая разведка и др.). Емкостные накопители энергии на основе импульсных конденсаторов применяются в электрофизических установках: для получения и исследования высокотемпературной плазмы, для создания сверхсильных импульсных токов и т. д. Импульсные конденсаторы используются для получения мощных импульсных источников света, в медицине, в лазерной и локационной технике.

Импульсные конденсаторы работают в режиме медленный заряд — быстрый разряд, что и определяет электрические и конструктивные особенности данной группы конденсаторов.

Импульсные конденсаторы серии ИМКН-5-0У2 предназначены для работы в различных импульсных установках в режиме неполного разряда. Время разряда конденсатора (глубина разряда не более 0,75 кВ) составляет не менее 0,1. с. Частота следования циклов заряд-разряд не более 50 в мин.

Конденсаторы типа ИК предназначены для получения больших импульсных токов. Апериодический заряд до номинального напряжения происходит за время не более 2 мин. Частота следования циклов заряд-разряд составляет не более трех в минуту. Максимальная амплитуда разрядного тока составляет 200 кА.

В схемах питания электрофизических установок применяются импульсные конденсаторы типа ИК-3-300УЗ и ИКМ-50-6УХЛ4. Последний отличается малой индуктивностью (не более 20 нГн).

Конденсаторы типа ИК1 предназначены для получения больших импульсов тока и рассчитаны на повышенное номинальное напряжение 100 кВ. Конденсатор работает в режиме апериодического заряда до номинального напряжения и колебательного разряда с декрементом не менее 1,5. Максимальная частота следования циклов заряд-разряд не более 4 в мин.

Конденсаторы типа ИК-50-1.35УХЛ4 работают в установках электрогидравлического эффекта, а также в других импульсных схемах.

Конденсатор ИМ-4-13УЗ предназначен для работы в формирующих линиях импульсных устройств и других импульсных установках. Конденсатор работает в режиме апериодического заряда до номинального напряжения и однополярного разряда от номинального напряжения током синусоидальной формы за время не менее 10 мкс. Частота следования циклов заряд-разряд составляет не более 25 Гц при заряде до номинального напряжения.

Кроме импульсных конденсаторов выпускаются генераторы импульсных напряжений (ГИН) и токов (ГИТ).

Генератор импульсных токов ГИТ-50 предназначен для электрогидравлических и других установок, использующих электрический разряд в технологических целях (ТУ 16-435.138-86). Генератор имеет исполнения на питающие напряжения 380, 400, 415, 440 В. Номинальное выходное напряжение 50 кВ, полная мощность 18 кВ, коэффициент мощности 0,73, коэффициент полезного действия 80%. Генератор состоит из унифицированных блоков зарядного и высоковольтного. Зарядный блок включает в себя выпрямитель-трансформатор и шкаф с индуктивно-емкостным преобразователем. Высоковольтный блок представляет собой металлический шкаф, в кагором размещены высоковольтные конденсаторы, защитное устройство, разрядник. Габаритные размеры ГИТ-50 1542×1736×1800 мм. Масса не превышает 2300 кг.

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРОВ И КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК

Как правило, силовые конденсаторы снабжены встроенной индивидуальной защитой, выполненной в виде плавких предохранителей. Конденсаторные установки (КУ) на 380 В в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) должны иметь защиту от токов КЗ с наименьшим временем отключения, которая обеспечивала бы требуемую селективность работы. Если конденсаторы, комплектующие КУ, имеют встроенные индивидуальные предохранители, то общая защита КУ может быть осуществлена с помощью предохранителей FU с

Рис. 4. Схемы соединения КУ; а – с предохранителем и контактором, б – с автоматическим выключателем, в – с выключателем, разъединителем и со встроенными разрядными резисторами.

рубильником или контактором КМ (см. рис. 4. а) или с помощью автоматического выключателя QF (см. рис. 4. б) или с помощью разъединителя QS и выключателя SA (см. рис. 4. в).

В этом случае плавкая вставка предохранителя для общей защиты КУ выбирается по току

где nо6щ — общее число конденсаторов в КУ шт.; QHOM — номинальная мощность одного конденсатора, квар; Uл — линейное напряжение сети, кВ.

Автоматический выключатель должен иметь комбинированный расцепитель, обеспечивающий защиту от перегрузки и КЗ. Причем уставка тока максимальной защиты комбинированного расцепителя с учетом перегрузочной способности конденсаторов не должна превышать 130 % номинального тока КУ.

В качестве выключателей может использоваться быстродействующий автомат или контактор для коммутации чисто емкостной нагрузки на номинальный ток 300 — 800 А, допускающий 20—30 операций в сутки. Выключатели должны выдерживать ударный ток КЗ более 50 кА. В качестве таких аппаратов могут использоваться контакторы типа КТУ-4000 или КТ6043 с предохранителями или автоматические выключатели типа А400 с дистанционным управлением и необходимыми видами защит.

Конденсаторные установки на 3—10 кВ в соответствии с ПУЭ должны иметь защиты:

-от КЗ, общую для всей КУ, выполненную в виде максимальной токовой защиты с отсечкой;

-от КЗ в самих конденсаторах, не снабженных встроенной индивидуальной защитой;

-от перегрузки токами высших гармоник, если такая перегрузка возможна;

-от повышения напряжения свыше 110% номинального значения.

Для надежного действия максимальной токовой защиты при КЗ необходимо, чтобы расчетный ток КЗ был больше тока срабатывания защиты, учитывая, что согласно техническим данным конденсаторы допускают длительную работу при действующем значении тока, равном 130% номинального.

Во избежание ложного срабатывания общей защиты КУ от КЗ ток уставки максимальной защиты принимают примерно в два раза больше ее номинального тока.

Возможно, использование индукционных токовых реле с зависимой выдержкой времени, что позволяет их применять для защиты цепей от перегрузки.

В качестве выключателей для КУ на 3—10 кВ наиболее пригодны вакуумные и элегазовые выключатели. Не исключено использование масляных выключателей типов ВМГ-133, ВПМ-10 и др. с запасом по току не менее 50 % номинального тока КУ, снабженных дополнительными шунтирующими резисторами.

Защита от КЗ в конденсаторах является одной из наиболее ответственных типов защит, что обусловлено быстрым возрастанием энергии дуги, возникающей внутри поврежденного конденсатора до значения, при котором корпус конденсатора может быть разрушен. Защита конденсаторов на 3—10 кВ от токов КЗ осуществляется быстродействующими и токоограничивающими плавкими предохранителями типа ПК.

Предохранители выбираются согласно следующим основным требованиям:

номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать напряжению сети, на котором расположены конденсаторы;

предохранители должны выдерживать значительные колебания нагрузки;

предохранители должны быть рассчитаны на периодические переходные токи а процессе коммутации;

при параллельном соединении конденсатор, предохранители должны выдерживать максимальный разрядный ток, проходящий от неповреждённых конденсаторов к поврежденному;

предохранители должны обладать высоким быстродействием и возможностью селективной работы,

разрывная мощность предохранителей должна быть не менее возникающей на выводах конденсатора мощности КЗ;

при пробое отдельных секций конденсатора, соединенных последовательно, номинальный ток плавкой вставки предохранителя не должен превышать 160 % номинального тока защищаемого им конденсатора, т. е.

где QHOM-номинальная мощность однофазного конденсатора, квар;

-номинальное напряжение сети, кВ

С учетом описанных требований даются рекомендации по выбору плавких вставок предохранителей для индивидуальной защиты однофазных конденсаторов выше 1000 В

Если конденсатор состоит из п последовательно включенных секций, из которых к секций повреждено, то проходящий через предохранитель ток КЗ

где Iном — номинальный ток конденсатора, А.

При правильном выборе плавкой вставки предохранителя он должен срабатывать до пробоя последней секции конденсатора, и этим будет исключена возможность повреждения бака конденсатора.

Для индивидуальной защиты конденсаторов применяются малогабаритные предохранители, которые крепятся одним концом жестко к главным шинам, а другим — гибким проводом к изолятору конденсатора.

Все данные по силовым конденсаторам можно найти в специальных справочниках.