Sv1ca-4.ru

Строй журнал
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Конденсаторы шунтирующие разрывы высоковольтных выключателей

При работе линий электропередачи по ним передается как активная, так и реактивная мощность. Для регулирования потоков реактивной мощности используются электрические шунтирующие реакторы (ШР). Они включаются между фазами линий и землей и компенсируют емкость линии. Необходимая мощность подключаемых реакторов зависит от длины линии и нагрузки. Реакторы являются одним из средств, позволяющих снизить коммутационные перенапряжения и повысить рабочие напряжения. Они уменьшают амплитуду вынужденной составляющей и частоту собственных колебаний при переходных режимах, снижают вероятность повторных зажиганий в выключателях при отключениях холостых линий, облегчают условия гашения дуги при КЗ на линии.

Технологические нарушения в схемах, содержащих шунтирующие реакторы, нередки. Обычно они возникают из-за повреждений изоляции реакторов или их вводов. В свою очередь, повреждения изоляции могут быть следствием воздействия на нее коммутационных перенапряжений. Например, отключение реактора может сопровождаться срезом тока в выключателе и приводить к высоким кратностям перенапряжений на изоляции ШР. При этом из-за неравномерного распределения перенапряжений по обмотке ШР могут возникнуть повышенные значения напряжений на продольной изоляции ШР и ее повреждение.

В докладе рассматривается возможность возникновения опасных коммутационных перенапряжений при включении или отключении ШР элегазовым выключателем. Работа выполнена на основе расследования аварийного отключения одной из фаз шунтирующего реактора типа РОМБС(М) 60000/500. При осмотре поврежденной фазы в верхней части обмотки было обнаружено витковое замыкание. Для выяснения возможной причины аварии были проведены компьютерные и экспериментальные исследования перенапряжений, воздействующих на изоляцию ШР при его коммутациях.

Природа феррорезонансных явлений

Режим феррорезонанса возникает в контуре, содержащем источник ЭДС с емкостным внутренним сопротивлением и нелинейную индуктивность. Этот режим является квазистационарным (может продолжаться длительное время), причем резонансные колебания возникают как на основной частоте, так и на субгармониках 1/3 или 1/5 и могут даже носить хаотический характер. В режиме феррорезонанса ток в обмотке ВН ТН существенно возрастает, что приводит к ее перегреву и повреждению трансформатора.

Явление феррорезонанса достаточно хорошо изучено, и защита от него предусмотрена в виде различных организационных и технических мероприятий.

Большинство технических мер по борьбе с феррорезонансом предусматривает постоянное или временное увеличение активных потерь в резонансном контуре. Если эти потери превышают предельную мощность, которую может обеспечить источник ЭДС при определенном напряжении и емкостном сопротивлении, условия существования феррорезонанса нарушаются.

Одной из наиболее эффективных мер по предотвращению феррорезонанса является изменение конструкции самих ТН с целью придания им антирезонансных свойств. Антирезонансные ТН на класс напряжения 500 кВ типа НАМИ-500 выпускаются ОАО РТЗ «Энергия». В основу конструкции этих трансформаторов положен принцип увеличения активных потерь в резонансном контуре. Магнитопровод ТН частично выполняется из толстолистовой конструкционной стали.

Это обеспечивает значительное увеличение активных потерь (за счет вихревых токов) при больших индукциях в магнитопроводе, то есть при насыщении ТН.

Ниже представлены результаты исследований антирезонансных свойств ТН типа НАМИ-500, включая результаты компьютерного моделирования процессов в ТН при отключении холостых ошиновок и результаты испытаний серийных образцов ТН типов НКФ-500 и НАМИ-500, которые были выполнены в ИЦ ОАО «НИИВА» в синтетической схеме, моделирующей работу ТН на условиях феррорезонанса. Даны сравнительная характеристика антирезонансных свойств ТН указанных типов и проведено сопоставление результатов испытаний с результатами компьютерного моделирования.

ECR и ECL на пленку и керамику обычно явно не нормируются.

Сейчас взял DF из даташита на Виму MKP4 (0,025 на 100 кГц), получил ECR 0.4 Ом. Признаться, был удивлен — ожидал величину меньше раз в 10.

Резонансный пик существенно уменьшился, но полностью не сгладился.

Низковольтные конденсаторы
для силовой электроники

Низковольтные (относительно, конечно — «всего» 230…1000 В) применения конденсаторов включают в себя, прежде всего, компенсацию перепадов напряжения и фильтрацию гармоник в системах, использующих токи промышленной частоты (50…60 Гц). Предназначены для работы с напряжениями диапазона 230…1000 В с уровнями энергий порядка 2,5…56,2 кВар для алюминиевых корпусов и до 500 кВар в стальном корпусе. Выпускаются в сериях для применения внутри помещений — PhMKD и для условий внешней среды — PhMKDg (рис. 3).

Рис. 3. Низковольтные конденсаторы для силовой электроники

В качестве преимуществ можно указать низкий коэффициент потерь, компактные размеры, хорошее рассеяние излишнего тепла, длительное время наработки на отказ (свыше 150000 часов), соответствие стандартам EN 60831/1 и 2, EIC 60831/1 и 2.

Как выбирать конденсаторы для замены

Что же делать? Чем заменить неисправный?

1. Нужно брать качественные изделия с малым ESR и индуктивностью. Они дороже, но греются меньше и взрываются значительно реже. К тому же, есть понятие «реактивная мощность конденсатора» — мощность, которую конденсатор способен выдержать, пропустив через себя, и которая зависит тангенса потерь диэлектрика и размеров конденсатора. Т.е., чем больше размер конденсатора, тем больше рассеивание и выше реактивная мощность.

Читать еще:  Выключатель проходной одноклавишный вк4

2. Можно параллельно электролитическим конденсаторам поставить керамические небольшой емкости.

3. Если выбросы напряжения заходят в отрицательную область, то поможет обратный диод, который не даст обратному току «спалить» полярный конденсатор при приложении обратного напряжения.

Срок жизни электролитических конденсаторов ограничен из-за химических изменений в диэлектрике и зависит от того, как близко выбрано рабочее напряжение к максимальному. Другими словами, чем выше мы выберем максимальное напряжение конденсатора, тем дольше он будет служить.

Перепайка конденсаторов на материнской плате в нашем компьютерном центре обычно стоит 1000 руб вместе с работой по разборке и сборке компьютера.

Разрядное устройство своими руками

Перед тем как измерить емкость, проверить кондёры на пробой или утечку, или если нужна замена несправного элемента необходимо его разрядить. Особенно актуально сделать правильный разряд у высоковольтных радиодеталей большой емкости. Накопленная энергия может сохраняться длительное время и неправильный демонтаж или хранение может нести угрозу для жизни.

Для безопасной разрядки высоковольтных конденсаторов можно собрать недорогое, простое в реализации электронное устройство. Оно разряжает вполне эффективно и безопасно.

Посмотрим на его принципиальную схему:

Напряжение с высоковольтного конденсатора поступает на гасящий резистор R1 и далее уходит на диодный ограничитель напряжения двустороннего типа.

Сам диодный ограничитель из двух параллельных цепочек диодов D1-D3 и D4-D6. Это сделано для того чтобы от любого диода в цепи снять напряжение порядка 2 вольт для работы светодиодных индикаторов D7, D8. Поступающий ток на светодиоды ограничивается резистором R2.

Светодиод запускает процесс разряда высоковольтного конденсатора до безопасного напряжения порядка двух вольт.

На процесс разряда может потребоваться некоторое время от 10 сек. и больше. Время разряда зависит от емкости подключенного кондёра и, какое остаточное напряжение в нем оставалось.

Как только светодиод потухнет можно провести окончательный разряд, с помощью отвертки закоротив выводы радиодетали.

Схема вполне работоспособна.

Всю плату можно собрать самостоятельно и поместить в пластиковый корпус.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

  • Фильтрует высокочастотные помехи;
  • Уменьшает и сглаживает пульсации;
  • Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
  • Накапливает энергию;
  • Может использоваться как источник опорного напряжения;
  • Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Проблемы электромагнитной совместимости и помехоустойчивости импульсных источников питания

Импульсные источники питания генерируют электромагнитные помехи, поэтому в случае их использования вопросам электромагнитной совместимости уделяется особое внимание.

Читать еще:  Подключение вентилятора через двухклавишный выключатель

На коллекторах (стоках) силовых ключей контролеров импульсных источников питания присутствует напряжение, близкое по форме к прямоугольному, кроме того, в источниках питания существуют замкнутые цепи, по которым циркулируют импульсные токи с достаточно крутыми фронтами и спадами (0,1..1 мкс).

Импульсные источники питания служат источником интенсивных помех, спектр которых простирается от 16. 20 кГц до десятков мегагерц.

Также, импульсные источники питания сами подвержены воздействию электромагнитных помех различного вида. Помехи могут воздействовать из сети электропитания или наводиться внешними высокочастотными магнитными полями. Таким образом ИИП должны быть помехоустойчивыми.

Виды и источники электромагнитных помех

Электромагнитные помехи делятся на непрерывные (длительные) помехи и помехи от переходного процесса. Непрерывные помехи появляются при излучении источником помех непрерывного сигнала, содержащего основную частоту источника и связанные гармоники.

Непрерывные помехи можно разделить по полосе частот. Частоты от нескольких десятков Гц до 20 кГц являются звуковыми частотами. Источниками таких помех являются источники питания и связанные с ними провода, линии передач и подстанции, устройства обработки звука, а также демодуляция несущей высокой частоты.

Высокочастотные помехи возникают в частотном диапазоне свыше 20 кГц. Источниками высокочастотных помех являются радиотрансляция, телевизионные и радиоприемники, промышленное, научное и медицинское оборудование, а также высокочастотные схемы (микропроцессоры, микроконтроллеры и другие высокоскоростные цифровые устройства).

Электромагнитные помехи от переходного процесса возникают при излучении источником коротких импульсов. Источниками помех от переходного процесса являются импульсные электрические схемы (индуктивные нагрузки, реле, электромагниты и электромоторы). Также источниками помех могут быть электростатический разряд, системы освещения, скачки напряжения в сети и т.д.

Каналы проникновения электромагнитных помех в импульсные источники питания

В зависимости от среды распространения электромагнитные помехи могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называют помехи, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах.

Кондуктивные помехи представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле, и измеряются в диапазоне частот до 30 МГц.

Кондуктивные помехи принято делить на синфазные (токи частотой выше 5 МГц) и дифференциальные (токи частотой ниже 5 МГц).

Дифференциальные помехи возникают из-за дифференциальных токов в паре проводов: ток покидает источник по одной линии и возвращается по обратной линии дифференциальной пары.

Дифференциальные токи протекают между импульсным источником питания и его источником или нагрузкой через выводы питания. На земляной шине дифференциальные токи отсутствуют.

Синфазные помехи вызываются синфазными токами. В этом случае шумовой ток течет вдоль обеих линий в одном и том же направлении и попадает через паразитные цепи на системную земляную шину.

Во многих случаях источниками синфазных помех являются паразитные емкости в схеме. Синфазный ток течет в одном направлении от импульсного источника питания через ввод питания и возвращается обратно к источнику по земле. Кроме того, синфазные токи могут передаваться через емкость между корпусом и землей.

Рис. 1. Дифференциальные и синфазные токи в системе

Индуктивные помехи появляются там, где источник и приемник находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Индуктивная связь может быть вызвана электрической или магнитной индукцией.

Электрическая индукция является следствием емкостной связи, а магнитная индукция обусловлена индуктивной связью. Емкостная связь возникает, когда имеется переменное электрическое поле между двумя соседними проводниками, что вызывает изменение напряжения на соседнем проводнике.

Магнитная связь возникает, когда появляется переменное магнитное поле между двумя параллельными проводниками, что вызывает изменение напряжения вдоль принимающего излучаемое поле проводника.

Индуктивная связь встречается реже, чем кондуктивная. Требования к электромагнитным помехам, как излучаемым, так и кондуктивным, применимы ко всей электронной системе.

Способы уменьшения кондуктивных помех

Для эффективного ослабления негативного воздействие кондуктивных помех, необходимо отдельно рассматривать синфазный и дифференциальный шумы, поскольку методы решения проблем для каждого вида шума различаются.

Реализованные решения для дифференциального шума не исключают синфазный шум в схеме и наоборот.

Дифференциальные помехи обычно подавляют включением шунтирующего конденсатора непосредственно между силовой и обратной линиями импульсного источника питания.

Силовые линии, которые требуют фильтрации, могут быть расположены на входе или выходе импульсного источника питания. Для наилучшей эффективности шунтирующие конденсаторы на этих линиях необходимо располагать вблизи выводов источника генерации помех.

Для эффективного ослабления дифференциальных токов на высоких частотах очень важным является расположение шунтирующего конденсатора.

Ослабление дифференциальных токов на более низких частотах вблизи основной частоты переключения источника генерации помех может потребовать применения шунтирующего конденсатора намного большей емкости, что не позволяет использование керамического конденсатора.

Керамические конденсаторы емкостью до 22 мкФ могут подойти для фильтрации дифференциальных помех на низковольтных выходах импульсных источников питания, но их может быть недостаточно для применения на входах импульсных источников питания, где могут наблюдаться 100-В выбросы напряжения.

Читать еще:  Выключатель для рольставней внутренний легранд

В таких случаях используются электролитические конденсаторы ввиду их высокой емкости и рабочего напряжения.

Дифференциальный входной фильтр обычно состоит из комбинации электролитического и керамического конденсатора, что позволяет эффективно ослаблять дифференциальный ток как на более низкой основной частоте переключения, так и на частотах более высоких гармоник.

Дополнительного подавления дифференциальных токов можно достичь с помощью, включенной последовательно с сетевым входом катушки индуктивности, образуя совместно с шунтирующим конденсатором однокаскадный дифференциальный LC-фильтр нижних частот.

Синфазные кондуктивные помехи эффективно подавляются путем включения шунтирующего конденсатора между каждой силовой линией импульсного источника питания и землей.

Эти силовые линии могут быть на входе и/или выходе импульсного источника питания. Дополнительного подавления синфазных токов можно достичь с помощью пары связанных дросселей, включенных последовательно с каждым сетевым входом.

Высокий импеданс связанных дросселей к синфазным токам обеспечивает передачу этих токов через шунтирующий конденсатор.

Методы уменьшения излучаемых помех

Излучаемые помехи можно подавить путем уменьшения высокочастотного импеданса и сокращения площади антенной петли, что обеспечивается путем минимизации площади замкнутой антенной петли, которая образуется силовой линией и ее обратным каналом (см. рис. 2).

Делая ширину печатной платы как можно больше и прокладывая ее параллельно обратному каналу можно значительно снизить значение импеданса проводника данной платы.

Уменьшение площади между силовой линией и ее обратным каналом обеспечивает снижение ее импеданса. В пределах печатной платы эта область может быть сокращена путем размещения силовой и обратной линий — одной под другой — на соседних слоях платы.

Расположение земляного слоя, расположенного на открытых поверхностях печатной платы (особенно если плата расположена прямо под источником генерации помех) значительно уменьшает излучаемые электромагнитные помехи.

Рис. 2. Снижение излучаемых помех за счет уменьшение площади петлевой антенны

Также, использование металлических экраны (канализируя излучение), способствует дополнительному уменьшению излучаемых помех. Это достигается путем размещения источника генерации помех внутри заземленного проводящего корпуса.

Интерфейс с внешней средой осуществляется через проходные фильтры. Более того, необходимо разместить синфазные шунтирующие конденсаторы между проводящим корпусом и земляной шиной.

Дополнительные меры уменьшения помех для импульсных источников питания

Необходимо обеспечить надежное соединение проводов с импульсным источником питания. Следует использовать как можно более короткие провода, а также необходимо минимизировать количество петель.

Рекомендуется избегать прокладки входных или выходных проводов вблизи силовых устройств. Все соединения с землей должны быть выполнены надежно.

Заземляющие провода должны быть также как можно короче. Если при работе схемы или системы наводятся переходные токовые процессы, очень важно размещать развязывающие конденсаторы таким образом, чтобы импульсы тока не могли передаваться к источнику питания.

В качестве таких конденсаторов следует использовать высокочастотные керамические конденсаторы и накопительные конденсаторы большой емкости.

Если допускается режимом эксплуатации, то следует уменьшить частоту или увеличить длительность фронта/спада тактового сигнала. Для уменьшения переходных процессы в цепи питания, схемы с более высокой тактовой частотой и более быстрым временем переключения следует располагать вблизи входа силовой линии.

Рекомендуется физически изолировать аналоговые и цифровые схемы друг относительно друга, и по источнику питания, и по сигнальным линиям.

Следует избегать появления заземляющих контуров в системе, особенно когда система является сложной, что обеспечивается использованием одной точкой подсоединения к земляной шине. На рисунке 3 показан пример подсоединения системы к земляной шине.

Рис. 3. Пример исключения петель в шинах питания

Если в системе имеется множество схемных узлов, то их следует отделить между собой с помощью прокладки отдельных линий питания и/или путем включения катушек индуктивности в линиях питания, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Разделение линий питания для отдельных узлов системы

Для развязки системы и источника питания по переменному току, можно разместить на линиях DC-питания ферритовые шайбы. Это может быть эффективно при имеющейся угрозе нарушения работы системы из-за появления гармоник при переключении питания или для предотвращения попадание помех из системы в источник питания. В случае необходимости можно установить дополнительный фильтр перед источником питания.

Хотя многие из способов уменьшения помех, приведенных выше, применимы для AC-DC- и для DC-DC-преобразователей, существуют меры, которые касаются только DC/DC-преобразователей.

Поскольку многие DC/DC-преобразователи имеют компактные размеры, они в большинстве случаев не содержат конденсаторов достаточной емкости.

Таким образом разработчик должен разместить дополнительные конденсаторы на входе для снижения дифференциальных помех. Для лучшей фильтрации можно использовать П-фильтры, как показано на рисунке 5.

Для снижения уровня синфазных помех можно использовать дополнительные конденсаторы.

Рис.5. Типовая схема фильтрации для DC/DC-преобразователя

Автор: Петр Ильин, технический консультант ИД, «Электроника»

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector