Силовая электроника №2'2005

Тиристорные контакторы для коммутации низковольтной емкостной нагрузки

Сергей Шишкин


Статья продолжает тему конструкционного построения коммутационных аппаратов автоматических конденсаторных установок компенсации реактивной мощности, начатую в первом номере журнала «Силовая Электроника» за 2005 год [1].


Для защиты силовых конденсаторов установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) от перенапряжений, которые могли бы возникнуть за счет наложения их остаточного потенциала и напряжения сети, переключение конденсаторных батарей (КБ) должно проводиться с временной задержкой. Интервал включения ступеней УКРМ обусловлен требованиями стандарта IEC 831 к времени t (не более 180 с) и уровню разряда силовых конденсаторов U перед повторным включением КБ (не более 10% от номинального напряжения батареи Uном.КБ), а также необходимостью отстройки от кратковременных колебаний реактивной мощности (РМ) в компенсируемой сети. При этом значение t, в зависимости от сопротивления разрядного модуля R и емкости С одной фазы КБ, определяется по выражению [2]:

(1)

В среднем стандартные резисторные модули осуществляют разряд (1) металлопленочных косинусных силовых конденсаторов типа PhaseCap и PhiCap [3, 4] за 60 с [5]. Возможное подключение некоторыми сериями электромеханических конденсаторных контакторов параллельно резисторным модулям КБ дополнительных разрядных сопротивлений [1] снижает значение t(1) и, соответственно, интервал включения ступеней УКРМ до единиц секунд [6]. Однако даже такая скорость переключения не позволяет реализовать функцию компенсации РМ в режиме реального времени, ограничивая применение УКРМ для больших групп технологического оборудования с квазистационарным режимом работы. Поэтому при резком изменении РМ нагрузки в течение небольшого периода применяется быстродействующая безынерционно регулируемая так называемая «динамическая компенсация» — Dynamic Power Factor Correction [3].

В подобных системах компенсации РМ вместо электромеханических используются тиристорные контакторы (ТК), управление которыми производится от внешнего источника постоянного тока напряжением 10-24 В через транзисторные выходы специальной модификации регулятора РМ (рис. 1), например, серии BR6000-T или Prophi-Т [3, 4, 7]. Поскольку низковольтные КБ соединяются в «треугольник», тиристорный контактор  содержит только два встречно-параллельных симисторных ключа [2-4], включение которых, благодаря встроенной микропроцессорной схеме «нулевого потенциала», происходит при равенстве мгновенных линейных напряжений сети и соответствующих фаз КБ (рис. 2), а отключение — в момент, близкий к переходу фазных токов батареи через нулевое значение. Вследствие этого коммутационные броски тока в компенсируемой сети будут крайне незначительны (рис. 3) — на порядок меньше, чем при включении КБ электромеханическими конденсаторными контакторами [1]. Это позволит с минимальным временем выдержки регулятора РМ [2-4, 7] поочередно подключать ступени УКРМ и быстро достичь баланса РМ, соответствующего заданному на регуляторе значению коэффициента мощности — cos ф, так как тиристорный контактор переключается в течение нескольких миллисекунд (табл. 1, 2). Комплектация контакторов TSM (табл. 1) специальным высоковольтным разрядным резистором EW-22 [3] сокращает время разряда КБ (1) и соразмерное ему время переключения ступеней УКРМ до ≤ 20 мс. Стандартные резисторные модули [5] или разрядные дроссели (discharge reactors) [2-4] использовать в КБ, управляемых тиристорным контактором, нельзя. Режим перекомпенсации при резком сбросе РМ нагрузки исключается за счет возможного форсированного отключения КБ ступеней — снятием управляющего сигнала (подачей логического «0» — рис. 2) одновременно на вход всех ранее активированных ключей тиристорных контакторов ступеней УКРМ.

Рис. 1. Блок-схема транзисторны); выходов регулятора РМ серии В R6000
Рис. 1. Блок-схема транзисторны); выходов регулятора РМ серии В R6000
Рис. 2. Временная диаграмма включения ТК
Рис. 2. Временная диаграмма включения тиристорного контактора
Рис. 3. Осциллограмма пускового тока КБ при коммутации ТК
Рис. 3. Осциллограмма пускового тока КБ при коммутации тиристорного контактора
Таблица 2. Технические данные тиристорных контакторов Condensotronic СТ 2000 производства «ELECTRONICON Kondensatoren GmbH» [2]
Таблица 2. Технические данные тиристорных контакторов Condensotronic СТ 2000 производства «ELECTRONICON Kondensatoren GmbH» [2]

Фаза L2 (S) компенсируемой сети присоединяется непосредственно к зажиму КБ, минуя тиристорный контактор (рис. 4). Отметим, что аналогичный вариант 2-фазной схемы коммутации применяется в компактных электромеханических конденсаторных контакторах типа BF… 4A [6]. Система самоконтроля контакторов TSM-C, TSM-AT верифицирует последовательность чередования фаз сети подключения (R, S, T — рис. 4) и температурный режим тиристорного контактора, а интегрированная схема измерения — значение тока и напряжения КБ (табл. 1). В случае превышения допустимых пределов данных параметров тиристорный контактор блокируется, срабатывает его аварийное реле и выдается предупреждение о сбое в работе контактора. Таким образом, в равной степени обеспечивается защита не только ключей тиристорного контактора, но и КБ.

Текущее состояние тиристорного контактора отображает светодиодная индикация, расположенная на передней стороне корпуса (рис. 4). Контактор TSM-AT имеет встроенный дисплей, воспроизводящий меню уставок контролируемых параметров, их фактическое значение и текстовые сообщения о возможных ошибках, в дальнейшем сохраняемые в памяти [4]. Для ручного управления во всех модификациях тиристорного контактора предусмотрена тестовая кнопка «Activation» [2-4].

В устройствах динамической компенсации РМ между выходами тиристорного контактора и коммутируемой КБ ступени устанавливается трехфазный токоог-раничивающий дроссель (в системе EPCOS AG серии BD с током термической перегрузки до 100 А) или, при значительном уровне сетевых гармонических искажений, крайне неблагоприятном для теплового режима силововых конденсаторов, специальный фильтрующий дроссель [2-4], но тогда, в зависимости от принятой степени частотной расстройки контура «фильтрующий дроссель — КБ», номинальное напряжение силовых конденсаторов ступеней должно быть увеличено на 10-20% [8].

Кроме того, наличие токовых перегрузок КБ, связанных с большой частотой переключений, повышает требования к надежности конструкции активной части косинусных силовых конденсаторов [9].

Учитывая высокую скорость переходных процессов, защита ступеней УКРМ динамических систем от короткого замыкания осуществляется электронными быстродействующими предохранителями (табл. 1). Установка широко распространенных в ступенях КБ управляемых электромеханическими контакторами плавких предохранителей категории HRS с защитной (ампер-секундной) характеристикой gL/gG не допускается [3, 4].

Положительные эксплуатационные качества тиристорного контактора — плавный режим коммутации, высокое быстродействие, повышенный срок службы — обосновывают целесообразность их использования в УКРМ сетей промышленного электроснабжения вместо релейно-контакторной электромеханической аппаратуры.

Литература

  1. Шишкин С. А. Электромеханические контакторы для коммутации низковольтных конденсаторных батарей // Силовая электроника. 2005. № 1.
  2. Конденсаторы, дроссели, автоматические регуляторы для компенсации реактивной мощности. ELECTRONICON Kondensatoren GmbH Gera. Germany. 2003.
  3. Power Factor Correction. Product Profile 2004. Published by EPCOS AG. Ordering No EPC: 26012-7600. Germany. 2004.
  4. Power Factor Correction. Product Profile 2003/2004. Published by EPCOS AG. Ordering No EPC: 26011-7600. Germany. 2003.
  5. Easy-to-mount discharge resistor module // EPCOS Components. 2005. № 1.
  6. Lovato electric. Компоненты для автоматизации в промышленности. Общий каталог 2003-2004. Italy. 2004.
  7. Reactive Power Controller Prophi®. Operating instructions. Janitza electronics GmbH. Dok Nr 1.020.009.a Serie II. Germany. 2003.
  8. Шишкин С А. Фильтрующие антирезонансные дроссели конденсаторных установок // Электрика. 2004. № 7.
  9. Шишкин С. А. Использование косинусных конденсаторов в схемах низковольтных фильтрокомпенсирующих устройств // Компоненты и технологии. 2004. № 8.

Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2005_02_25.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо