Паралельне з’єднання конденсаторів необхідність і схема

Паралельне з'єднання конденсаторів - це батарея, в якій всі конденсатори знаходяться під одним і тим же напругою, а сумарний струм дорівнює повній сумі алгебри струмів цих елементів.

Основні тези

При паралельному включенні конденсаторів їх ємності складаються. Це дозволяє швидко обчислити результат. Робоча напруга для всіх конденсаторів однакова, а заряди з усіх складаються воєдино. Це випливає з формули, виведеної Вольтою ще в XVIII столітті:

C = q / U, тоді C1 + C2 + ... = q1 + q2 + ... / U.

Паралельне включення конденсаторів поводиться, як один конденсатор великої ємності.

Навіщо потрібно включати конденсатори паралельно

• У радіоприймачах підстроювання під частоту хвилі здійснюється комутацією блоків конденсаторів. Цим здійснюється введення резонансного контуру в резонанс.
• У фільтрах потужних блоків живлення за кожен робочий цикл потрібно запасати багато енергії. Будувати його на індуктивностях економічно недоцільно. Тому застосовують паралельний набір з великих електролітичних конденсаторів.
• Паралельне включення конденсаторів можна зустріти в вимірювальних схемах. Де еталони відгалужується на себе частину струму, і по цій величині оцінюється номінал. Тобто розмір ємності досліджуваного конденсатора.
• Паралельно час від часу можуть встановлюватися компенсатори реактивної потужності. Це пристрої, які блокують вихід зайвої енергії в живильну мережу. Що запобігає утворенню перешкод, перевантаження генераторів, трансформаторів і надлишковий нагрів проводки.

Реактивна потужність мережі

Коли працює асинхронний двигун, то відбувається розбіжність струму і напруги по фазі. Це спостерігається внаслідок наявності обмотки, яка має індуктивний опір. Як результат, частина потужності відбивається назад в ланцюг. Цей ефект можна усунути, якщо індуктивне опір компенсувати ємнісним. Є й інший спосіб - використання синхронних двигунів. Він ефективний при напружених від 6 до 10 кВ.

По можливості підприємства повинно споживати всю вироблену ним самим реактивну потужність. Але синхронні двигуни не завжди відповідають вимогам технологічних процесів. Тоді і ставлять конденсаторні установки. Їх реактивний опір має бути рівним індуктивності двигунів. Звичайно, в ідеалі, тому що на виробництві умови постійно змінюються. У цьому світлі стає зрозуміло, чому так складно відшукати золоту середину.

Але якщо використовувати паралельне з'єднання конденсаторів і комутувати їх за допомогою реле належним чином, то завдання досить просто вирішується. Сюди можна додати, що деякі підприємства за відображену реактивну потужність теж платять. І якщо її не використовувати, то це будуть чистої води економічні втрати. Постачальників енергії теж можна зрозуміти: реактивна потужність забивають лінію ЛЕП, навантажує трансформатори і тоді обладнання не може видавати повне навантаження. Якщо кожне підприємство стане завантажувати канал зайвим струмом, то економічне становище енергетиків негайно похитнеться.

У той же час реле реактивної потужності широко поширені і допоможуть визначити, яку частину конденсаторів включити в роботу. Приклад графіка розрахунку витрат наведено на малюнку. Є якась оптимальна точка, переступати яку економічно недоцільно. Але можна це зробити з будь-яких інших мотивів.

Схема з'єднання компенсуючих установок

У трифазних мережах компенсуючі конденсатори ставлять трійками за двома загальновідомими схемами:

Реактивна потужність в цих випадках обчислюється за формулами, представленим на малюнку. Через грецьку омегу позначена кругова частота мережі (2 х Пі х 50 Гц). Зі співвідношень виходить, що схема включення конденсаторів трикутником вигідніша: потужність зросла в 3 рази. Це відбувається від того, що зірка використовує фазна напруга, а воно в 1,73 рази менше лінійного. Компенсується реактивна потужність же залежить від квадрата цього параметра.

Читайте також: Котушка Тесла

З цих міркувань трифазні конденсатори зазвичай завжди виготовляються трикутником, а під зірку потрібно випросити індивідуальне замовлення (фактично три однофазних конденсатора). Є й інша сторона медалі: на вольтаж 1,05; 3,15; 6,3; 10,5 кВ все конденсатори однофазні. І можна з'єднувати їх так, як заманеться. У зірки, наприклад, менше робоча напруга, а значить, і кожен конденсатор окремо вийде дешевше. Ту і іншу схему не можна віднести до паралельним включенням, але такі трійки, в свою чергу, об'єднуються в:

І всередині об'єднань однофазні конденсатори можуть включатися послідовно і паралельно, а трифазні - тільки паралельно. При цьому рекомендується номінали всіх окремих елементів вибирати однакові. Це не тільки спрощує розрахунок, а й зрівнює навантаження по всіх частинах електричної схеми. Є і установки, де присутня змішане з'єднання по кожній фазі. Утворюються паралельні гілки послідовного включення конденсаторів.

Установки виконують однофазними або трифазними. У мережах з напругою 380 В практично завжди застосовується паралельне з'єднання конденсаторів. Винятком є ​​випадок використання обладнання з одного фазою як на 220 В (фазное), так і 380 В (лінійне). Тоді під прилад ставиться індивідуальна установка (або група), яка компенсує реактивну потужність. В освітлювальних мережах конденсатори здебільшого ставлять вже після вимикача з очевидних причин. В інших випадках - в залежності від особливостей функціонування об'єкта.

Для напружень 3, 6 і 10 кВ однофазні конденсатори можуть включатися звичайної або подвійною зіркою (див. Рис.). Один висновок тут може бути заземлені (глухозаземленою нейтраллю). З цієї причини і допускається використання однофазних конденсаторів, в тому числі і одним ізольованим виводом. В останньому випадку потрібно переконатися, що нульовий провідник виходить на корпус виробу.

Зазвичай головний вимикач ставиться в тій чи іншій секції обладнання, яке підлягає (територіально) і управляє ланцюгом компенсації в загальному. Тобто задіє або прибирає зовсім додаткове реактивний опір. Якщо в даному секторі технологічне устаткування простоює, то і головний вимикач розірве ланцюг компенсації. Конденсаторні установки зазвичай стоять в виділеному приміщенні разом, електрично з'єднані паралельно. Перед кожною з них стоїть вимикач ланцюга релейного регулювання для підвищення або зменшення загальної ємності компенсаторів.

Таким чином, в залежності від того, яке саме обладнання використовується підприємством, обсяг реактивної потужності обумовлює допомогу тих чи інших конденсаторних установок, гнучко підлаштовуватися під наявні потреби. В підсумку:

1. Секції обладнання включені паралельно. Це легко зрозуміти, якщо уявити побутові прилади, що живляться одним подовжувачем. Всі включені паралельно. Але знаходяться, наприклад, в різних цехах, секторах і ін. Зустрічаються і випадки, коли одна велика енергетична установка (наприклад, генератор ГЕС) ділиться на порівняно незалежні секції.
2. Конденсаторні установки також включені паралельно, але знаходяться, як правило, в одному місці. Це зроблено для того, щоб можна було автоматично або вручну легко регулювати загальну ємність за допомогою комутації вимикачів полегшеного типу. Один і той же конденсатор може працювати для компенсації реактивної потужності будь-якої із секцій або відразу обох.

Особливості конденсаторної захисту

Головні вимикачі, як правило, використовуються при аваріях і вирубують відразу цілу секцію обладнання. Конденсаторні установки також можуть набиратися в секції паралельним їх включенням. Тоді головний вимикач може відразу вирубувати одну таку «батарею». Тоді як інші секції конденсаторних установок залишаться в дії. Важливо зрозуміти, що захисне обладнання, як і захищається можна групувати самими різними методами. Залежно від того, як це зручно і економічно обгрунтовано.

Читайте також: Коронний розряд

Полегшені вимикачі застосовуються, як правило, в ланцюгах регуляції. Управляються через реле і підвищують або знижують загальну ємність конденсаторних установок. В якості головного вимикача зазвичай вибирається вакуумний або елегазовий.

Особливістю ланцюгів вище 10 кВ є використання однофазних конденсаторів, зібраних за схемою зірки або трикутника, в кожній гілці яких варто паралельно-послідовна група ємностей (див. Рис.). При наявності виробів з високою робочою напругою можна робити і навпаки. Тобто застосовувати послідовно-паралельно включення. Тоді робітники напруги конденсаторів вибираються так, щоб кількість груп, включених один за одним було мінімальним. Напруга на кожному з елементів при цьому, природно, збільшується. Для довідки: послідовне з'єднання конденсаторів.

Якщо зробити все так, як описано вище, то при виході з ладу будь-якого елемента ланцюга компенсації реактивної потужності інші будуть працювати у відносно щадному режимі. Зрозуміло, параметри ланцюга потрібно контролювати, а експлуатаційний персонал згідно з наявними методиками веде перевірку конденсаторних установок на справність. При проектуванні потрібно врахувати одну невелику особливість:

Чим більше в ланцюзі компенсації послідовних груп конденсаторів, тим складніше для кожної з них буде забезпечити рівномірний розподіл напруги. Зокрема, можливі часті перевантаження того чи іншого сегмента.

Додатково до всього складні електричні з'єднання непросто перевіряти обслуговуючому персоналу. Вітіювата схема погано піддається монтажу, часті помилки. Ідеальним є паралельне з'єднання конденсаторних блоків по кожній фазі. Тоді і монтувати легко, і методика перевірки спрощується максимально.

розряд конденсаторів

Включені паралельно конденсатори мають великий ємністю, внаслідок чого при припиненні роботи на них залишається заряд. Це можна відчути на собі, якщо торкнутися штекера тільки що виключеною старенькій дрилі. У нових моделях фільтр влаштований так, що ланцюг розряджається через резистор, і нічого подібного, описаного вище, не спостерігається.

Для зниження напруги можна також використовувати і індуктивності, включені паралельно конденсаторів. У цьому випадку опір заземлення змінним струмом дуже велике, а для постійного - не складно подолати цю ділянку. Тобто, в період роботи обладнання ток тут дуже малий, і втрати невеликі. Після зупинки технологічної лінії заряд потроху зливається через високоомний резистор або індуктивність. Зрозуміло, ніхто не забороняє поставити в колі заземлення реле, що замикає контакти тільки після виключення всіх пристроїв. Але це дорожче і вимагає автоматизації.

Процес розряду ланцюга важливий з точки зору забезпечення безпеки. Можна уявити це так: конденсатор, заряджених від розетки, ще довго зберігає різницю потенціалів і представляє певну небезпеку для оточуючих. В однофазних мережах з напругою 220 В розряд виконується через вхідні фільтри за умови, що корпус правильно заземлений. Опір в ланцюзі, включеної паралельно конденсаторів, визначається за формулою, представленої нижче.

Під Q мається на увазі реактивна потужність установки в варах (ВАР), а Uф - фазна напруга. Можна легко показати, що формула дана з розрахунку часу розряду. Справді: Q залежить лінійно від ємності, будучи перенесена в ліву частину формули, вона дасть постійну часу RC. За три таких періоду батарея розряджається приблизно на 97%. Виходячи, з цих умов можна знайти і параметри індуктивності. А ще краще - послідовно з нею включити резистор, як часто і робиться в реальних схемах.