Príčiny, charakteristiky a obmedzujúce metódy spínacieho prúdu kondenzátora

I. Príčiny spínacieho spínacieho prúdu kondenzátora

Hlavnou príčinou spúšťacieho prúdu spínania kondenzátora je to, že kondenzátor je komponentom na uchovávanie energie a napätie na jeho svorkách sa nemôže náhle zmeniť. V momente zapnutia je to ekvivalent "kapacitnej záťaže náhle pripojenej k obvodu" s extrémne nízkou impedanciou slučky, čo má za následok okamžitý veľký prúdový náraz. Konkrétne podmienky sú uvedené takto:

 

1. Prvé spínanie (nenabitý stav): V momente prvej spínacej operácie kondenzátora sú jeho dosky v nenabitom stave a počiatočné napätie na svorkách je 0. Po zapnutí v tomto čase sa napätie systému okamžite privedie na oba konce kondenzátora. Keďže napätie kondenzátora sa nemôže náhle zmeniť, v obvode sa generuje okamžitý nabíjací prúd. Tento prúd je obmedzený iba celkovou impedanciou slučky (vrátane indukčnosti vedenia, zvodovej indukčnosti transformátora a vlastného ekvivalentného sériového odporu ESR kondenzátora). Pretože ekvivalentná impedancia slučky je v momente zapnutia extrémne malá (blízko stavu skratu{5}}), generuje sa veľký nárazový prúd. Maximálny nábehový prúd zvyčajne nastáva v momente zapnutia (vzťahuje sa na fázu systémového napätia; keď je systémové napätie pri zapnutí blízko špičkovej hodnoty, amplitúda nábehového prúdu je relatívne väčšia).

 

2. Opätovné{1}}zapnutie bez dostatočného vybitia (prepínanie nabitia): Ak sa kondenzátor po odpojení a vyradení z prevádzky znova-zapne bez dostatočného vybitia, amplitúda spínacieho nárazového prúdu môže dosiahnuť dvojnásobok amplitúdy prvého spínania (nenabitý stav). Hlavným dôvodom je, že po odpojení kondenzátora zostávajú na doskách zvyškové náboje (ak nie sú vybité, zvyškové napätie je blízke menovitému fázovému napätiu systému). Ak sú po opätovnom zapnutí systémové napätie a zvyškové napätie kondenzátora presne v opačnom fázovom stave „rovnakej veľkosti a opačného smeru“, okamžitý potenciálny rozdiel na svorkách kondenzátora je dvojnásobkom menovitého fázového napätia, čo vedie k prudkému zvýšeniu nabíjacieho prúdu, a teda k väčšiemu spínaciemu nárazovému prúdu. Preto, aby sa predišlo poškodeniu zariadenia veľkým nárazovým prúdom spôsobenému spínaním s nabitím, kondenzátor musí byť úplne vybitý (zvyčajne vybitý pod bezpečné napätie cez vybíjací odpor) predtým, ako sa znova-zapne po odpojení a vyradení z prevádzky.

 

II. Súvisiace charakteristiky zapínacieho prúdu spínaného kondenzátora

Násobok amplitúdy spínacieho zapínacieho prúdu kondenzátora súvisí hlavne s dvoma faktormi: po prvé, kapacita pripojeného kondenzátora (čím väčšia kapacita, tým väčšia je zvyčajne amplitúda zapínacieho prúdu); po druhé, skratová{0}}kapacita miesta inštalácie (čím väčšia je skratová{1}}kapacita systému, tým menšia je ekvivalentná indukčnosť slučky, tým väčšia je amplitúda zapínacieho prúdu a tým vyššia je frekvencia oscilácií). Ak je kondenzátor inštalovaný v obvode s veľkou skratovou-kapacitou, indukčnosť slučky je malá a impedancia nízka, takže zapínací prúd má nielen veľkú amplitúdu, ale aj výrazne vyššiu frekvenciu kmitov.

 

Namerané údaje ukazujú, že v bežnom energetickom systéme je amplitúda spínacieho prúdu spínacieho kondenzátora zvyčajne 5~15-násobok menovitého prúdu kondenzátora (konkrétna hodnota je ovplyvnená parametrami slučky; napríklad konfigurácia sériovej tlmivky môže výrazne znížiť amplitúdu nábehového prúdu); oscilačná frekvencia nábehového prúdu je vo všeobecnosti 250~400Hz (patrí k vysokofrekvenčnému nábehovému prúdu); súčasne je počas procesu spínania sprevádzané okamžité prepätie a jeho amplitúda je približne 2 až 3-násobok napätia fázy systému (toto prepätie je prechodné prepätie s extrémne krátkym trvaním, ale stále môže ovplyvniť izoláciu kondenzátora).

Doplnkové odborné vysvetlenie: V praktickom strojárstve je na potlačenie spínaného zapínacieho prúdu zvyčajne v kondenzátorovej slučke zapojená malá tlmivka (tlmivka na potlačenie nábehového prúdu), ktorá môže obmedziť amplitúdu nábehového prúdu na 2 až 5-násobok menovitého prúdu a súčasne znížiť amplitúdu prechodného prepätia na ochranu kondenzátora a zariadenia slučky.

 

III. Metódy na obmedzenie zapínacieho prúdu spínania kondenzátora

Prevádzkový prúd kondenzátora nesúvisí len so základným napätím napájacieho zdroja, ale pozitívne súvisí aj s frekvenciou napätia (podľa vzorca X pre kapacitnú reaktanciu_C= 1/2πfC): keď je tvar vlny napájacieho napätia skreslený a na kondenzátor sa aplikuje harmonické napätie vysokého{2}}radu, keďže harmonická frekvencia je oveľa vyššia ako základná frekvencia, kapacitná reaktancia kondenzátora sa výrazne zníži, čo povedie k podstatnému zvýšeniu harmonického prúdu prechádzajúceho cez kondenzátor; súčasne s kapacitou pozitívne súvisí aj prúd kondenzátora. Čím väčšia je kapacita, tým menšia je kapacitná reaktancia a tým väčší prechádzajúci prúd (vrátane základného prúdu a harmonického prúdu), čo ďalej zhoršuje skreslenie tvaru vlny napätia a vytvára začarovaný kruh.

 

1.Na účinné obmedzenie spínacieho prúdu kondenzátora a potlačenie vplyvu vyšších- harmonických v elektrickej sieti na kondenzátor je zapojenie reaktora do série v kondenzátorovej slučke najbežnejšie používanou a najefektívnejšou metódou v inžinierstve. Jeho základný princíp je:Harmonické filtračné reaktory Jinneng electric Iron{0}}zvýšiť celkovú indukčnú reaktanciu obvodu, vytvoriť sériovú rezonanciu s kapacitnou reaktanciou kondenzátora (pre špecifické harmonické), čo môže nielen znížiť vybíjací prúd pri zapnutí kondenzátora, ale aj potlačiť vniknutie harmonického prúdu. Ak sú parametre sériového reaktora správne zvolené, spínací nábehový prúd môže byť stabilne obmedzený v rámci prípustného rozsahu zariadenia.

Keď sa sériová tlmivka používa iba na obmedzenie spínacieho zapínacieho prúdu, jej kapacita (reakčná rýchlosť) by mala byť zvolená ako malá hodnota, zvyčajne 0,2%~1% menovitej kapacity kondenzátora (miera reaktivity 0,2%~1%). Technická prevádzka a údaje zo skúšok ukazujú, že keď je pripojený reaktor so sériovou reaktanciou 0,2 %, spínací prúd kondenzátora sa môže výrazne potlačiť, aby sa splnili prevádzkové požiadavky konvenčného zariadenia; ak je potrebné súčasne uvažovať o potlačení harmonických (ako je potlačenie 3. a 5. harmonickej), je možné primerane zvýšiť mieru reaktancie (napríklad 3 %, 5 %).

 

2. Okrem sériovej tlmivky je k dispozícii aj prepínač spínania voľného kondenzátora-zapínacieho prúdu (ako napr.tyristorový spínač) je tiež bežne používané zariadenie na potlačenie nábehového prúdu. Tento typ spínača sa skladá hlavne z obojsmerného tyristora, spúšťacieho obvodu, absorpčného obvodu, ochranného obvodu a inteligentného chladiča. Spoliehajúc sa na nezávisle patentovanú technológiu nulového-zapínania{3}}zapínania a nulového{4}}prúdu{5}}vypínania, dokáže realizovať spínanie kondenzátorov -bez nárazu a nárazu- s vysokou rýchlosťou odozvy a priemernou dobou odozvy menej ako 10 ms. Dokáže účinne kompenzovať dopyt po jalovom výkone nárazových záťaží a môže dobre nahradiť tradičné spínacie zariadenie stýkačov, čím sa zabráni nárazu oblúka a problémom s nárazovým prúdom počas spínania stýkača.