Комплектные конденсаторные установки - Технические характеристики конденсаторов

1. Технические характеристики конденсаторов

В ККУ применяют конденсаторы с диэлектриком из бумаги, пропитанной минеральным маслом или синтетическим жидким диэлектриком (соволом, хлорированным дефинилом и др.), предназначенные для повышении коэффициента мощности электроустановок переменного тока частотою 50 гц.
Конденсаторы подразделяются:
по номинальному напряжению (220, 380, 660 1 050, 3 150, 6 300 и 10 500 в);
по числу фаз (однофазные и трехфазные);
по роду установки (внутренние и наружные);
по роду пропитки (минеральным маслом или синтетическим жидким диэлектриком).
В настоящее время предполагается дополнить шкалу напряжении конденсаторов напряжением 3 150 1,73; 6300:1,73 и 10500:1,73 для возможности выполнения трехфазных конденсаторных установок, напряжением 3— 10 кВ со схемой соединений в звезду.
Конденсаторы изготовляются следующих типов: КМ, КМ2, КМН, КМН2, КС, КС2, КСН, КСН2.
Обозначение типа конденсаторов: К — назначение конденсатора («косинусный»), М — с пропиткой минеральным маслом, С — с пропиткой синтетическим жидким диэлектриком (например, соволом), Н — конденсаторы, предназначенные для наружной установки, 2 — второй габарит. Последующее число обозначает величину номинального напряжения в киловольтах
Например:
КМ-0,38 — «косинусный», с пропиткой минеральным маслом, для внутренней установки, первого габарита, на напряжение 380 в;
КС2-6.3 — «косинусный», с пропиткой соволом, для внутренней установки, второго габарита, на напряжение 6 300 в; КМН2-10,5 — «косинусный», с пропиткой минеральным маслом, для наружной установки, второго габарита, на напряжение 10 500 в
Основные технические данные конденсаторов приведены в табл. 2 и 3.
Конденсаторы предназначаются для продолжительной работы на высоте 1 000 м над уровнем моря при температуре окружающего воздуха от —40 до +40° С при пропитке минеральным маслом, от —10 до +40° С — при пропитке соволом.
Общее количество масла в конденсаторе обычно принимается равным 0,70 кг на 1 КВар, а так как часть масла впитывается в изолирующие материалы, то так называемое свободное масло в конденсаторе составляет 0,4 кг на 1 КВар.
При выпуске конденсатора с завода отклонение емкости (мощности) конденсатора от номинального значения допускается в пределах ±10% при температуре окружающего воздуха 25 ±10° С.
Конденсаторы допускают работу (не более 4 ч в сутки) при повышении напряжения синусоидальной формы до 110% номинального. Использование конденсаторов в установках, постоянно работающих при напряжении более номинального, ведет к сокращению срока их службы.
Конденсаторы допускают также работу при длительном повышении действующего значения тока до 130% номинального как за счет повышения напряжения, так и за счет высших гармонических.

Технические данные трехфазных конденсаторов на напряжение до 1 000 в

* Некоторые конденсаторные заводы выпускают конденсаторы первого габарита без цифры I.
Примечание. tg δ не более 0,0045: потери активной мощности составляют 4,5 am на 1 КВар

Таблица 3
Технические данные однофазных конденсаторов на напряжение выше 1 000 в

Примечание, tg дельта не более 0,003; потери активной мощности составляют 3 вт на 1 КВар.
Конструктивные характеристики силовых конденсаторов зависят прежде всего от рода и свойств применяемых диэлектрических материалов.
Основные усилия направлены на изыскание и применение материалов с возможно большей диэлектрической проницаемостью, но обязательно допускающих и возможно большую величину рабочей напряженности электрического поля, порядка 13—15 кВ/мм.
Диэлектрические материалы должны быть технологичными, обладать высокой теплопроводностью, нагревостокостью и возможно меньшими диэлектрическими потерями.
Для пропитки диэлектрических материалов в СССР применяется преимущественно минеральное масло, существенным недостатком которого является небольшая величина диэлектрической проницаемости (око то 2). Вследствие этого получается неблагоприятное распределение электрического поля, которое влияет на сокращение срока службы конденсаторов.

Применение для пропиточного вещества синтетического жидкого диэлектрика (хлорированного дифениласовола и др.) значительно улучшает объемные характеристики конденсаторов и увеличивает их надежную работу.    
Диэлектрическая проницаемость совола 4,5 5,5, т. е. в 2 раза больше, чем у минерального масла. Практически при одинаковом объеме конденсатора можно получить в нем мощность на 30—50% больше, чем при пропитке маслом.
Недостатком конденсаторов, пропитанных соволом, является то, что они не могут работать при температуре ниже —10° С, и если они находились при более низкой температуре, то их можно включать только через 16 ч после их отогревания. Конденсаторы, пропитанные минеральным маслом, допускают работу при температуре —40° С.
В настоящее время разрабатываются новые виды синтетических диэлектриков, допускающих работу при температуре +40-5—40° С.
Уменьшение объема конденсатора и улучшение удельных характеристик ведет к увеличению рабочей напряженности, которая уменьшает запас электрической прочности на пробой.
Идти по пути беспредельного увеличения единичной мощности конденсатора невозможно, так как при уменьшении объема конденсатора суммарная площадь его поверхности, через которую происходит охлаждение, настолько уменьшается, что возникает опасность перегрева конденсатора сверх допустимой температуры, а следовательно, и снижение надежности по сравнению с конденсаторами небольшой мощности. Однако для создания более экономичных конденсаторных установок целесообразно применение конденсаторов возможно большей единичной мощности.
Укрупнение конденсаторов ведет к уменьшению размеров помещения, строительных конструкций, необходимых при сооружении конденсаторной установки, удешевлению и упрощению монтажа, уменьшению объема вспомогательного оборудования (например, предохранителей для индивидуальной защиты конденсаторов, изоляторов и т. и.) и т. д. Решение этой задачи зависит от потерь активной энергии в диэлектрике конденсатора, которые характеризуются тангенсом угла потерь, равным отношению мощности потерь в конденсаторе к его реактивной мощности.
Эти потери непостоянны и зависят от температуры диэлектрика и других факторов. При повышении температуры потери увеличиваются; особенно быстрый рост потерь начинается при 60° С и выше (рис. 7).
Потери в конденсаторах не должны превосходить при частоте 50 гц для номинальных напряжений, вт/КВар:
До 1 000 в—4,5
Выше 1 000 в—3
Конденсаторы по виду имеют два конструктивных исполнения (для внутренних и наружных установок), отличающихся применениями выводных изоляторов.

Рис. 7. Предельно допустимые значения тангенса угла потерь в зависимости от температуры конденсаторов типа КМ-2.
1 — низкого напряжения: 2 — высокого напряжения.
Для унификации выпускаемых в настоящее время конденсаторов нашей промышленностью осваивается новая единая серия косинусных конденсаторов с улучшенными удельными характеристиками. Эти конденсаторы будут изготовляться двух габаритов: для первого с высотой бака без изоляторов 325 мм; для второго—640 мм. Размеры оснований корпуса конденсатора 380X120 мм для всех напряжений. Мощность конденсаторов в единице: первого габарита при пропитке минеральным маслом 17 КВар, при пропитке синтетическим жидким диэлектриком 2Ь КВар, второго габарита— соответственно 34 и 50 КВар. На рис. 8 приведены размеры конденсаторов единой серии первого и второго габаритов для напряжений до и выше 1 000 в.
Выемная часть конденсаторов состоит из одного пакета в конденсаторах первого и двух пакетов в конденсаторах второго габаритов. Пакеты конденсаторов обоих габаритов аналогичны и соединяются параллельно, каждый пакет и схема соединений, которых зависит от напряжения и мощности конденсатора.
В конденсаторах на напряжение 1 050 в и ниже эти секции соединяются параллельно, в конденсаторах напряжением выше 1 050 е — параллельно-последовательно.

Рис. 8. Размеры конденсаторов единой серии.
а, 6 — первого и второго габаритов напряжением 380 вВ в, г — то же напряжением 3—10 кВ.
Последовательное соединение секций на полное рабочее напряжение осуществляется внутри каждого пакета. Отдельная секция представляет собой единичный конденсатор, намотанный из алюминиевой фольги, разделенной листами конденсаторной бумаги.
Фольга является обкладками конденсатора, бумага и пропитывающее ее изоляционное масло—диэлектриком.
Конденсаторы на напряжение 1 050 в и ниже имеют плавкие предохранители, которые встроены внутрь конденсатора и последовательно соединены с каждой секцией.
Конденсаторы на напряжение 3,15; 6,3 и 10,5 кВ не имеют встроенных плавких предохранителей и требуют отдельной их установки.
Корпус конденсатора сварной из листовой стали. Каждый бак (корпус) конденсатора снабжен снаружи болтом для присоединения заземления.
Выводы конденсатора состоят из фарфоровых армированных изоляторов и токопроводов.
Конденсаторы на напряжение 220, 380 и 660 в изготовляют обычно в трехфазном исполнении с соединением треугольником, но могут изготовляться и в однофазном исполнении Конденсаторы на напряжение 1 050, 3 300, 6 600 и 10 500 в изготовляются только в однофазном исполнении.
Для выполнения конденсаторных батарей напряжением выше 1 000 в с параллельно-последовательным соединением конденсаторов изготовляются однофазные конденсаторы- с двумя изолированными выводами и с одним изолированным от корпуса выводом и одной обкладкой, соединенной с корпусом (рис. 9,а). Конденсаторными заводами ведутся разработки по изготовлению конденсаторов для установки их на боковую стенку (рис. 9,6). Этим достигается выполнение солее компактной конденсаторной установки.

Рис. 9. Общий вид конденсаторов.
а — с одним изолированным от корпуса выводом; б — установленного (на ребро) на боковой стенке.
При комплектации батареи на напряжение 35 кВ и выше конденсаторы на напряжение С60 и 1 050 в по согласованию с конденсаторным заводом могут поставляться с повышенным классом изоляции, например на 3 кВ. Основным недостатком выпускаемых в настоящее время конденсаторов является отсутствие на них деталей крепления.
У свободностоящих или подвешенных конденсаторов в батарее при коротком замыкании (даже одного конденсатора) авария распространяется, как правило, на большое количество рядом свободностоящих исправных конденсаторов, которые тоже выходят из строя из-за повреждений, вызванных внезапным разносторонним перемещением аварийного конденсатора от действия динамических усилий.
Следовательно, в конденсаторах следует предусматривать детали для жесткого закрепления их при установке в батарее.
Выпускаемые за рубежом конденсаторы имеют элементы крепления с двух или четырех сторон бака конденсатора.