Электромеханические контакторы для коммутации низковольтных конденсаторных батарей

Capacitor Contactors.
Especially designed for damping of inrush current in LV PFC systems

В процессе эксплуатации конденсаторные батареи (КБ) ступеней регулирования автоматизированных установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) подвержены частым переключениям. По сравнению с другим видом электрооборудования, коммутация КБ обусловлена большими бросками пускового тока - I'КБ, относительно номинального тока КБ - IН.КБ, особенно при разряде ранее подключенных батарей УКРМ на конденсаторы включаемой ступени [1]. Поэтому I'КБ нужно ограничивать до допустимой величины - IД.КБ, определяемой соразмерностью номинального тока аппарата коммутации мощности КБ - QКБ и условию гашения дуги емкостной нагрузки.

В полной мере данному требованию соответствуют специальные электромеханические контакторы для коммутации КБ (рис. 1), часто называемые "конденсаторными контакторами" или "конденсаторными пускателями". В отличие от контакторов (пускателей) обычных модификаций они снабжены вспомогательными контактами 1, 2, 3 установленными параллельно основным 4, 5, 6. К вспомогательным контактам с двух сторон последовательно подключены съемные токоограничивающие элементы Z1-Z3 - несколько витков провода или комплект резисторов. Якорь электромагнита А1-А2 одновременно приводит в действие обе группы контактов, но из-за меньшего раствора, лимитируемого механическим упором, вспомогательные контакты замыкаются на несколько миллисекунд раньше основных, пропускают пусковой ток через Z1-Z3 и, предварительно подзарядив КБ, ограничивают I'_КБ до уровня I_Д.КБ (перед срабатыванием основных контактов).

После включения основных контактов, вспомогательные контакты размыкаются. Соблюдение указанной последовательности действий реализуется благодаря установке на держателях основных и дополнительных контактов сцепной муфты, имеющей, по меньшей мере, две магнитно-соединяемые детали, разъединение которых происходит при механическом усилии, превышающем заранее определенное пороговое значение.

рис. 1а	рис. 1б
Рис. 1. Принципиальная схема соединений (а) и конструкционное выполнение (б) конденсаторного контактора (пускателя)

Комбинация большого сопротивления вспомогательных контактов в момент коммутации КБ и малого падения напряжения на основных контактах в рабочем режиме позволяет сгладить броски пускового тока до I_Д.КБ < 70 × I_Н.КБ [1]. Например [3], для КБ емкостью C_КБ = 3 × 83 мкФ (Q_КБ = 12,5 квар и I_Н.КБ = 18 А) максимальная амплитуда пускового тока уменьшится на 900 А с I'_КБ = 1200 А (рис. 2б) до I_Д.КБ = 280 А (рис. 2а).

Хотя наиболее часто токоограничивающие элементы конденсаторных контакторов (пускателей) выполнены в виде катушек (рис. 1б), условие быстродействия ограничения бросков пускового тока I'_КБ требует максимального снижения индуктивной составляющей. В связи с этим две последовательно включенные секции катушек (рис. 1) изготавливаются с разным направлением навивки. Таким образом, суммарную расчетную величину сопротивления можно считать чисто активной, практически безинерционно откликающуюся на изменение I'_КБ.

Так как при отключении КБ для разряда конденсаторов требуется гораздо больше времени, чем на перемещение электромеханического контактора в исходное положение, напряжение на соединенных с КБ зажимах контактора (пускателя) можно считать постоянным, а на зажимах, подключенных к сети, изменяющимся синусоидально. Следовательно, в один из моментов полупериода (t = 0...0,01 c), суммарное напряжение между контактами достигнет удвоенного амплитудного значения, что в начальной фазе размыкания контактов приведет к пробою воздушного промежутка и кратковременному повторному включению КБ с выбросом в сеть импульса I'_КБ [1]. Поэтому отключение конденсаторного контактора (пускателя) производится в обратной последовательности - первыми, под действием возвратной пружины размыкаются основные контакты, после того как сцепной муфтой держателей контактных групп предварительно будут замкнуты вспомогательные контакты. В этом случае сопротивление Z1-Z3 должно обеспечить условия, исключающие дугообразование на основных контактах, а также превышение номинального тока вспомогательных контактов (таблица).

Рис. 2. Осциллограмма пускового тока КБ при включении: а - конденсаторным контактором К3-18К фирмы "BENEDIKT & JÄGER"; б - обычным электромеханическим контактором

Контакторы (пускатели) аналогичного конструктивного исполнения, в том числе серия К3-...К и специальная версия B44066-...J230 - выпускаемая по заказу Epcos AG, фирмой Benedikt & Jäger (таблица технических характеристик), являются компонентом современных низковольтных УКРМ. Расширить диапазон РМ ступеней УКРМ можно за счет параллельного включения контакторов (пускателей) секций КБ встроенным дополнительным контактом 7, срабатывающим одновременно с основными 4, 5, 6 (рис. 1а). Кроме того, в конденсаторных контакторах(пускателях) К3-...К и B44066-...J230 предусмотрена возможность присоединения к боковым поверхностям корпуса (стрелки на рис. 1б) вспомогательных (auxiliary) контактных блоков 8, 9 (рис. 1а), типа HA01, HB11, HN10, HN01 [2, 3]. При монтаже контакторов(пускателей) между ними или другими деталями УКРМ должно быть обеспечено расстояние не менее 80 мм [3].

Для защиты от перенапряжений перед повторным включением КБ необходимо разрядить ниже 10-процентного уровня номинального напряжения конденсаторов [2]. Согласно стандарту IEC 831 1-2 время разряда конденсаторов не должно превышать 180 секунд. За счет подключения контактами 8, 9, параллельно установленному на КБ разрядному модулю, дополнительных резисторов R1-R2 (рис. 1б) можно сократить время ограничения остаточного потенциала на конденсаторах и соответственно снизить интервал переключения ступеней регулирования УКРМ. При этом ток разрядных сопротивлений R1-R2 не должен превышать номинальный рабочий ток используемых вспомогательных контактов. Комплектация УКРМ конденсаторными контакторами(пускателями) сохраняет стабильность характеристик низкоиндуктивных косинусных конденсаторов с малыми собственными потерями (стандарты IEC 70 и 831 1-2) в течение всего их срока службы (100 000...130 000 ч), соизмеримого с ресурсом срабатывания контактора (таблица технических характеристик), и предотвращает возникновение провалов напряжения и импульсных перенапряжений [1] в компенсируемой сети при переключении ступеней КБ.

Технические характеристики

Примечания

Об авторе

Автор статьи - С.А. Шишкин, кандидат технических наук, доцент кафедры "Электроснабжение и электрические машины" ФГОУ ВПО "МГАУ".
Вы можете написать ему электронное письмо по адресу shishkin@dialelectrolux.ru или задать вопросы по статье и получить консультации по компенсации реактивной мощности на форуме: Форум по компенсации реактивной мощности.

Контакторы фирмы Benedikt & J?ger

Литература

1. Damping of Inrush Current in Low-Voltage PFC Equipment. Product Profile. Epcos AG. Ordering No EPC: 26008-7600. Germany, 2001 - 12 р.
2. Power Factor Correction. Product Profile 2004. Published by Epcos AG. Ordering No EPC: 26012-7600. Germany, 2004 - 87 р.
3. Capacity Switching Contactors (www. benedict.at).

Чертежи конденсаторных контакторов (пускателей)

Об авторе

Автор статьи - С.А. Шишкин, кандидат технических наук, доцент кафедры "Электроснабжение и электрические машины" ФГОУ ВПО "МГАУ".
Вы можете написать ему электронное письмо по адресу shishkin@dialelectrolux.ru или задать вопросы по статье и получить консультации по компенсации реактивной мощности на форуме: Форум по компенсации реактивной мощности.