 | Тиристорные контакторы для коммутации конденсаторных батарей |
Thyristor Module TSM-AT, TSM-LC, TSM-HV50. Dynamic Power Factor Correction
|
|
Наиболее распространенным устройством компенсации реактивной мощности (РМ) в системах промышленного электроснабжения являются автоматизированные низковольтные конденсаторные установки (КУ) с коммутацией ступеней конденсаторных батарей (КБ) специальными электромеханическими контакторами (пускателями). Временной интервал задержки переключения ступеней (в среднем около 60 с), обусловленный требованиями стандарта IEC 60831 к уровню разряда КБ перед повторным включением и отстройкой от кратковременных колебаний РМ в компенсируемой сети, ограничивает применение данных КУ для больших групп технологического оборудования (cварочного, подъемно-транспортного, кузнечно-прессового и т.д.). Поэтому при резкопеременной индуктивной нагрузке применяется так называемая "динамическая компенсация РМ" - Dynamic Power Factor Correction [1, 2], т.е. компенсация РМ в режиме реального времени, существенно расширяющая функциональные возможности использования КУ, но требующая комплектации установки специальными типами полупроводниковых контакторов (пускателей) и регуляторов РМ.
|
В быстродействующих системах динамической компенсации РМ вместо электромеханических используются тиристорные контакторы (пускатели), управление которыми производится от внешнего источника постоянного тока напряжением 15...30 В через транзисторные выходы специальных модификаций регуляторов РМ, например BR6000-T или "Prophi"-Т [1, 2]. Так как включение встречно-параллельных тиристорных ключей в двух фазах контакторов TSM-LC происходит при равенстве мгновенных линейных напряжений (для имеющих три тиристорных ключа контакторов TSM-AT, TSM-HV50 - фазных напряжений) сети и соответствующих фаз КБ , а отключение - в момент близкий к переходу фазных токов КБ через нулевое значение, коммутационные броски тока в компенсируемой сети будут крайне незначительны [2]. Это позволяет с минимальным временем задержки регулятора [1-3] практически одновременно включать несколько ступеней КУ и быстро достичь баланса РМ, соответствующего заданному значению коэффициента мощности регулятора, так как переключение контакторов TSM происходит в течение нескольких миллисекунд (табл. 1). Режим перекомпенсации при резком сбросе РМ нагрузки исключается за счет одновременного отключения КБ. Комплектация контакторов TSM-LC25/TSM-LC50 специальным низкоомным разрядным резистором EW-22 [1] сокращает время допустимого разряда КБ и соразмерное ему время переключения ступеней КУ до ≤ 20 мс [2].
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 1. Осциллограмма тока включения КБ тиристорным контактором (пускателем)
Примечания к рис. 1. "Control signal" - сигнал на включение тиристорного контактора (пускателя) от автоматического регулятора; "Capacitor current" - ток через КБ.
В устройствах динамической компенсации РМ (рис. 1, 3, 6, 7) между выходами тиристорного контактора (пускателя) и КБ ступени регулирования устанавливается однофазные токоограничивающие дроссели (в системе "Epcos AG" серии BD с током термической перегрузки до 100 А) или, при значительном уровне сетевых гармонических искажений крайне неблагоприятного для теплового режима конденсаторов, специальный трехфазный фильтрующий дроссель [1, 2], но тогда, в зависимости от степени частотной расстройки контура "фильтрующий дроссель-КБ", номинальное напряжение конденсаторов ступеней должно быть увеличено на 10...20% [2].
Встроенная система самоконтроля тиристорных контакторов (пускателей) TSM верифицирует последовательность чередования фаз сети и температуру внутри контактора (для TSM-AT, TSM-HV, TSM-LC200), а схема измерения - значение тока (TSM-AT) и напряжения КБ [1, 2, 4-7]. В случае превышения допустимых пределов данных параметров тиристорный контактор (пускатель) блокируется, срабатывает его аварийное реле и выдает предупреждение о сбое в работе. Текущее состояние тиристорного контактора (пускателя) отображает светодиодная индикация, расположенная на передней стороне корпуса. Контакторы (пускатели) типа TSM-AT (рис. 2) имеют встроенный диплей на котором отображаются уставка параметров из меню, измеренные значения параметров и, сохраняемые в памяти, сообщения об ошибках в виде обычного текста с возможностью выбора языка. Кроме того, контакторы TSM-AT дополнительно осуществляют контроль тока вфазах конденсаторов и температуры радиаторов тиристоров (при достижении критических значений данных параметров ступени КУ могут быть отключены). Для ручного управления тиристорными контактороми (пускателеми) типа TSM-AT предусмотрена тестовая кнопка [1, 2, 6]. Учитывая высокую скорость переходных процессов, защита ступеней КУ систем динамической компенсации РМ от перегрузки и короткого замыкания осуществляется быстродействующими ("superfast") плавкими предохранителями ножевого типа (NH): диапазон отключения - g, категории использования - R или RL (рис. 2, 4, 6, 8, табл.1).
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 2. Схема включения ступени КБ автоматизированной КУ тиристорным контактором (пускателем) типа TSM-LC производства Epcos AG
Примечания к рис. 2. 1). Фаза L2(S) подключается непосредственно к дросселю КБ. При иной последовательности подключения фаз встроенная система контролируемых параметров (табл. 1) блокирует работу тиристорного контактора (пускателя). 2). Использовать стандартные разрядные резисторные модули не рекомендуется, а использование разрядных дросселей не допускается. 3). Конденсаторы батареи ступени регулирования соединены "треугольником".
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 3. Внешний вид тиристорного контактора типа TSM-AT производства Epcos AG
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 4. Схема включения ступени КБ автоматизированной КУ тиристорным контактором (пускателем) типа TSM-AT производства Epcos AG
Примечания к рис. 4. 1). При неправильной последовательности чередования фаз L1-L3 (подключены через отдельную группу предохранителей параллельно силовой цепи) встроенная система контролируемых параметров (таблица) блокирует работу тиристорного контактора (пускателя). 2). Использовать стандартные разрядные резисторные модули не рекомендуется, а использование разрядных дросселей не допускается. 3). Контрольные точки контактора (пускателя) типа TSM-AT: 1 и 2 - наличие сигнала управления от регулятора, =15...30 В; 3 и 4 - аварийный выход (нулевой потенциал), максимум 250 В, 6 А; точки 5 и 6 не задействованы. 4). Кондесаторы батареи ступени регулирования соединены "звездой" (используются однофазные конденсаторы). Внимание! Конденсаторы подключены к сети даже при отключенных полупроводниковых ключах тиристорного контактора (пускателя). 5). Тиристорный контактор (пускатель) работает только при наличии нейтрали в сети подключения. На схеме показано получение нулевой рабочей точки в трехфазной системе с изолированной нейтралью при помощи установки дополнительного реактора (neutral electromagnetic couper). Обмотки реактора соединены в "зигзаг".
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 5. Внешний вид тиристорного контактора (пускателя) TSM-HV50 производства Epcos AG.
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 6. Схема подключения тиристорного контактора (пускателя) типа TSM-HV50 производства Epcos AG
Примечания к рис. 6. 1). При неправильной последовательности чередования фаз L1-L3 или отсутствии одной (двух) фаз, встроенная система контролируемых параметров блокирует работу тиристорного контактора (пускателя). 2). Использовать стандартные разрядные резисторные модули не рекомендуется, а использование разрядных дросселей не допускается. 3). Кондесаторы батареи ступени регулирования соединены "звездой" (используются однофазные конденсаторы). Внимание! Конденсаторы подключены к сети даже при отключенных полупроводниковых ключах тиристорного контактора (пускателя). В схемах компенсации РМ без фильтрующих реакторов номинальное напряжение однофазных конденсаторов - 400 В, в расстроенных (detuned) цепях с коэффициентом расстройки 7% - 440 В, а с коэффициентом 14% - 480 В. 5). Тиристорный контактор (пускатель) работает только при наличии нейтрали (N) в сети подключения.
С июля 2006 г. компания "Epcos AG" расширила номенклатуру тиристорных контакторов (пускателей) серии TSM новыми типоразмерами [4, 5] - TSM-HV50 (рис. 4-5, табл. 1, 2) - для управления конденсаторных батарей, соединенных "звездой" [5] и TSM-LC200 (рис. 6-7, табл. 1, 2), предназначенным для управления конденсаторных батарей, соединенных "треугольником". Шины выводов контактора TSM-HV50 - C1, C2, C3 (рис. 4-5) рассчитаны на присоединение кабеля сечением до 25 мм2. Выведенная на переднюю панель светодиодная индикация показывает наличие на контакторе напряжения фаз L1, L2, L3 компенсируемой сети и сбой в работе контактора (пускателя). Схема контактора (пускателя) TSM-HV50 периодически проводит контроль температуры, напряжения и исправность подключенных конденсаторов. Масса тиристорного контактора (пускателя) TSM-HV50 - 5 кг [5]. В фильтрокомпенсационных цепях (с коэффициентом расстройки до 14%), для оптимизации переходных процессов при переключении, микропроцессор контактора (пускателя) TSM-HV50 контролирует сглаживание гармоник. Минимальное расстояние при монтаже от верха и низа не менее 100 мм.
Шины выводов контактора TSM-LC200 - C1, C3, L1, L3 (рис. 5, 7) рассчитаны на присоединение кабеля сечением до 135 мм2. Выведенная на переднюю панель светодиодная индикация аналогична индикации состояния тиристорных контакторов (пускателей) серии TSM-LC. Масса тиристорного контактора (пускателя) TSM-LC200 - 11,5 кг [4].
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 7. Внешний вид тиристорного контактора (пускателя) TSM-LC200 производства Epcos AG. Минимальное расстояние при монтаже от верха и низа не менее 150 мм.
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 8. Схема подключения тиристорного контактора (пускателя) типа TSM-LC200 производства Epcos AG
Примечания к рис. 8. 1). Фаза L2(S) подключается непосредственно к дросселю КБ. При иной последовательности подключения фаз встроенная система контролируемых параметров (табл.1) блокирует работу тиристорного контактора (пускателя). 2). Использовать стандартные разрядные резисторные модули не рекомендуется, а использование разрядных дросселей не допускается. 3). Максимальное напряжение при установке токоограничивающего реактора или фильтрующего (detuning) реактора с коэффициентом частотной расстройки 7% - 440 В, а в случае установки реактора (дросселя) с коэффициентом частотной расстройки 14% - 480 В [4].
С ноября 2006 года компания "Epcos AG" выпускает компактный (массой 1,75 кг) тиристорный контактор (пускатель) - TSM-LC10 (рис. 9) для коммутации соединенных "треугольником" КБ мощностью до 12,5 квар (табл. 1, 2). Как и все предыдущие тиристорные контакторы серии TSM, новый полупроводниковый модуль TSM-LC10 обеспечивает высокое быстродействие и оптимизацию режима переключения КБ. Схема включения контактора (пускателя) TSM-LC10 [7] соответствует схеме представленной на рис. 2.
(нажмите, чтобы увеличить)
Рис. 9. Внешний вид тиристорного контактора типа TSM-LC10 производства Epcos AG
Таблица 1. Технические данные тиристорных контакторов TSM-AT, TSM-LC, TSM-HV50
производства "Epcos AG" [1, 2, 4-7]
| Напряжение | 3×400 В; для TSM-HV50, TSM-AT - 3×660 В - 50/60 Гц |
| Максимальная мощность подключаемых КБ | Тип TSM-LC10; 12,5 квар. Тип TSM-LC-25; 25 квар. Тип TSM-LC-50; 50 квар, TSM-LC200; 200 квар. Тип TSM-HV50; 50 квар при напряжении сети 690 В, TSM-AT 690; 100 квар при напряжении сети 690 В, 75 квар при напряжении сети 440 В. Для увеличения выходной мощности возможно параллельное включение нескольких контакторов |
| Напряжение управления | От внешнего источника с постоянным напряжением 15...30 В |
| Время переключения | Примерно 5 мс |
| Контролируемые параметры | Напряжение (наличие и значение); последовательность подключения фаз; ток КБ. Для TSM-AT также температура контактора |
| Силовая цепь | Двухфазная, со специальным разрядным резистором EW-22 (2×22 кОм, 1200 В, 2×50 Вт) - для TSM-LC. Трехфазная - для TSM-HV50, TSM-AT |
| Мощность рассеивания | Для TSM-LC10 (при 400 В/12,5 квар) - 35 Вт; TSM-LC25 - 75 Вт; TSM-HV50 (при 690 В/50 квар) - 125 Вт; TSM-LC50- 150 Вт; TSM-LC200 - 580 Вт (при 400 В/200 квар) |
| Предохранители | Быстродействующие плавкие предохранители (NH00AC690V): для TSM-LC10 - номинал 35 А; TSM-LC25, TSM-HV50 (при подключении емкостной нагрузки 25 квар) - 63 А; TSM-LC50, TSM-HV50 (при подключении емкостной нагрузки 50 квар) - 125 А; TSM-C50 - 160 А; TSM-AT - 160 А; TSM-LC200 - предохранители NH2AC690V, защитная характеристика gRL, номинал при подключенной емкостной нагрузки РМ 125 квар - 315 А, 150 квар - 350 А, 200 квар - 450 А |
| Размеры | 162×150×75 мм (TSM-LC10);190× 157×200×180 мм (TSM-LC); 157×200×195 мм (TSM-HV50); 250×480×160 мм (TSM-LC200); 300×300×200 мм (TSM-AT) |
| Температура окружающей среды (при номинальной загрузке) | -10°C...+55°C |
| Монтажная позиция | Вертикальная; минимальное расстояние между контакторами, а также от верха и днища корпуса - 100...150 мм (в зависимости от типа) |
Таблица 2. Коды заказа тиристорных контакторов (пускателей) для систем динамической компенсации РМ производства "Epcos AG" [1, 2, 4-7]
Ознакомьтесь с информацией, приведенной на странице Преимущества тиристорных контакторов Epcos.
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-LC10 | B44066T0010E402 |
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-LC25 | B44066T0025E402 |
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-LC50 | B44066T0050E402 |
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-LC200 | B44066T0200E402 |
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-HV50 | B44066T0050E690 |
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-AT 690* | B44066T0100E690 |
| Тиристорный контактор (пускатель) | TSM-AT 525* | B44066T0100E525 |
| Токоограничивающий дроссель | BD-100 | B44066T0100E400 |
| Разрядный резистор | EW-22 | B44066T0022E400 |
Примечание: *соответственно на максимальное напряжение 690 и 525 В [2].
В таблицах 3 и 4 представлены рекомендации компании "Epcos AG" по подбору компонентов для комплектации ступеней конденсаторных установок динамической компенсации РМ.
Таблица 3. Компенсируемая сеть: Uном. = 400 В, fном. = 50 Гц
| 10,0 | ТSM-LC10 | B44066-T0010-E402 | 440 | 3×66 | 1×MKK440-D-12,5-01 | 1×B 25667-B4207-A375 | 6 | 3×35(NH00) |
| 12,5 | ТSM-LC10 | B44066-T0010-E402 | 440 | 3×83 | 1×MKK440-D-15-01 | 1×B 25667-B4247-A375 | 6 | 3×35(NH00) |
| 15,0 | ТSM-LC25 | B44066-T0025-E402 | 440 | 3×100 | 1×MKK440-D-18,8-01 | 1×B 25667-B4207-A375 | 10 | 3×35(NH00) |
| 20,0 | ТSM-LC25 | B44066-T0025-E402 | 440 | 3×133 | 1×MKK440-D-25-01 | 1×B 25667-B4417-A375 | 10 | 3×50(NH00) |
| 25,0 | ТSM-LC25 | B44066-T0025-E402 | 440 | 3×166 | 1×MKK440-D-30-01 | 1×B 25667-B4307-A375 | 16 | 3×63(NH00) |
| 30,0 | ТSM-LC50 | B44066-T0050-E402 | 440 | 3×199 | 2×MKK440-D-18,8-01 | 2×B 25667-B4307-A375 | 16 | 3×80(NH00) |
| 40,0 | ТSM-LC50 | B44066-T0050-E402 | 440 | 3×265 | 2×MKK440-D-25-01 | 2×B 25667-B4417-A375 | 25 | 3×100(NH00) |
| 50,0 | ТSM-LC50 | B44066-T0050-E402 | 440 | 3×332 | 2×MKK440-D-30-01 | 2×B 25667-B4497-A375 | 25 | 3×125(NH00) |
| 75,0 | ТSM-LC25+ТSM-LC50 | B44066-T0025-E402+ B44066-T0050-E402 | 440 | 3×498 | 3×MKK440-D-30-01 | 3×B 25667-B4497-A375 | 16+25 | 3×63+3×125(NH00) |
| 100,0 | 2×ТSM-LC50 | 2×B44066-T0050-E402 | 440 | 3×663 | 4×MKK440-D-30-01 | 4×B 25667-B4497-A375 | 2×25 | 6×125(NH00) |
| 125,0 | ТSM-LC200 | B44066-T00200-E402 | 440 | 3×829 | 5×MKK440-D-30-01 | 5×B 25667-B4497-A375 | 95 | 3×315(NH2) |
| 150,0 | ТSM-LC200 | B44066-T00200-E402 | 440 | 3×995 | 6×MKK440-D-30-01 | 6×B 25667-B4497-A375 | 120 | 3×350(NH2) |
| 175,0 | ТSM-LC200 | B44066-T00200-E402 | 440 | 3×1161 | 7×MKK440-D-30-01 | 7×B 25667-B4497-A375 | 150 | 3×450(NH2) |
| 200,0 | ТSM-LC200 | B44066-T00200-E402 | 440 | 3×1327 | 8×MKK440-D-30-01 | 8×B 25667-B4497-A375 | 185 | 3×450(NH2) |
Примечание: *соединение между выходом тиристорного контактора и КБ; **плавкие предохранители типа gR или gRL.
Таблица 4. Компенсируемая сеть: Uном. = 690 В, fном. = 50 Гц
| 17,5 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×117 | 3×MKK440-I-6,9-01 | 3×B 25667-B5117-A175 | 10 | 3×25(NH00) |
| 20,0 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×134 | 3×MKK440-I-8,3-01 | 3×B 25667-B5147-A175 | 10 | 3×35(NH00) |
| 25,0 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×167 | 3×MKK525-I-15-01 | 3×B 25667-B5177-A175 | 16 | 3×40(NH00) |
| 30,0 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×201 | 3×MKK400-I-10,4-01 | 3×B 25667-B3207-A175 | 16 | 3×50(NH00) |
| 40,0 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×268 | 3×2×MKK440-I-8,3-01 | 6×B 25667-B5147-A175 | 25 | 3×63(NH00) |
| 50,0 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×334 | 3×2×MKK525-I-15-01 | 6×B 25667-B5147-A175 | 25 | 3×80(NH00) |
| 60,0 | ТSM-HV50 | B44066-T0050-E690 | 400 | 3×401 | 3×2×MKK400-I-10,4-01 | 6×B 25667-B3207-A175 | 25 | 3×100(NH00) |
| 75,0 | ТSM-AT | B44066-T0100-E690 | 400 | 3×502 | 3×2×MKK400-I-12,5-01 | 6×B 25667-B3247-A175 | 35 | 3×125(NH00) |
| 100,0 | ТSM-AT | B44066-T0100-E690 | 400 | 3×669 | 3×(1×MKK400-I-12,5-01+ 2×MKK400-I-10,4-01) | 3×B 25667-B3247-A175+ 6×B25667-B3207-A175 | 50 | 3×160(NH00) |
Примечание: *соединение между выходом тиристорного контактора и КБ; **плавкие предохранители типа gR или gRL.
Заказ через Internet
Контакторы фирмы Epcos AG вы можете заказать на странице Цены на контакторы.
Литература
- Power Factor Correction. Product Profile 2005. Published by Epcos AG. Ordering No EPC: 26013-7600. Germany. 2005. - 103p.
- Power Factor Correction. Product Profile 2003/2004. Published by Epcos AG. Ordering No EPC: 26011-7600. Germany. 2003. - 87p.
- Reactive Power Controller Prophi. Operating instructions. Janitza electronics GmbH. Dok Nr 1.020.009.a Serie II. Germany. 2003. - 56p.
- Thyristor Module TSM-LC200. Published by Epcos AG. Germany. July 2006. - 6p. (http//www.epcos.com/pfc).
- Thyristor module TSM-HV50. Published by Epcos AG. Germany. July 2006. - 6p. (http//www.epcos.com/pfc).
- Thyristor module TSM-AT. Published by Epcos AG. Germany. August 2006. - 7p. (http//www.epcos.com/pfc).
- Thyristor module TSM-LC10. Version 1. Published by Epcos AG. Germany. November 2006. - 6p. (http//www.epcos.com/pfc).
Об автореАвтор 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. | |
