Článek se zabývá kondenzátorovými rozváděči nízkého napětí střídavého proudu, které jsou určené ke kompenzaci účiníku, vybavené zabudovaným přepínacím a řídícím příslušenstvím schopným připojovat, nebo odpojovat od síťové části (částí) rozváděče kondenzátory s cílem kompenzovat její účiník.
Rozváděče nízkého napětí pro kompenzaci účiníku, musí být ve shodě s požadavky IEC 60439-1 a IEC 60439-3.
Vždy když jsou paralelní kondenzátory pod napětím, tak jsou na rozdíl od většiny elektrických přístrojů provozovány nepřetržitě při plném zatížení, nebo při zatížení, které se odchyluje od této hodnoty v důsledku odchylky napětí nebo kmitočtu.
Tepelné nebo elektrické přetěžování zkracuje životnost kondenzátoru, proto by měly být provozní podmínky (teplota, napětí a proud) přesně řízeny.
Je třeba poznamenat, že zavedení kapacity do systému může vytvářet neuspokojivé provozní podmínky (například zesílení harmonických, samovybuzení strojů, přepětí v důsledku přepínání, neuspokojivá funkce nízkými kmitočty dálkově ovládaných přístrojů, atd.).
Vzhledem k rozdílným typům kondenzátorů a mnoha činitelům, o kterých je nutno uvažovat, není možné pokrýt montáž a provoz ve všech možných případech jednoduchými pravidly. Následující informace je uvedena s ohledem na nejdůležitější body, které mají být vzaty v úvahu. Dále musí být dodrženy pokyny výrobce kondenzátorů a provozovatelů rozvodných sítí.
Volba konstrukčních prvků rozváděče musí být provedena pečlivě s ohledem na shodu mezi jejich kategorií teploty vzduchu okolí a touto teplotou v rozváděči samotném.
Návrh
Systém pro kompenzaci účiníku krytý v hlavním rozváděči
Zařízení potřebné pro automatickou kompenzaci účiníku v dané instalaci, včetně regulátoru, pojistek, přepínacích zařízení, kondenzátorů a reaktorů, může být instalováno jako nedílná část hlavního rozváděče.
Toto zařízení může být také instalováno do odděleného pláště hlavního rozváděče, nebo jednoduše jako přídavná část do pláště běžného hlavního panelového rozváděče.
Samostatně stojící systém pro kompenzaci účiníku
Zařízení je samostatně stojící a obvykle sousedící, nebo instalováno těsně vedle hlavního rozváděče, nebo příslušného podružného rozváděče. Obecně má uspořádání hlavní přípojnice požadovaného stupně ochrany odpovídajícího sousedícímu hlavnímu rozváděči, nebo podružnému rozváděči, nebo požadovanému poruchovému proudu této části instalace. Tato přípojnicová část je připojena přípojnicí, nebo kabelem k hlavnímu napájení instalace.
Napájení této přípojnicové části je tvořeno skupinou pojistek, vypínačů nebo pojistkových odpínačů, které jsou vodiči propojeny se spínacím zařízením a potom s kondenzátorovými bateriemi.
Automatický systém pro kompenzaci účiníku se vzdáleně namontovanými kondenzátory
Všechny konstrukční prvky s výjimkou kondenzátorů jsou namontovány do řídicí skříně. Kondenzátory a požadované reaktory, pokud mají být použity, jsou namontovány do vzdáleného montážního rámu. Toto uspořádání je obecně používáno pokud je problém
s požadavky na prostor, nebo aby byl umožněn lepší rozptyl tepla. Je důležité poznamenat, že konstrukčních prvky rozváděčů jako jsou pojistky, kondenzátory, tlumivky atd. generují významné množstvím tepla.
Dělení na pole
Obecné uspořádání rozváděčů pro kompenzaci účiníku může být provedeno v polích, které mohou být uspořádány v oddělených prostorech nebo jediném seskupení:
a) přípojnice, připojení na hlavní vedení anebo hlavní odpojení;
b) pojistky kondenzátorového rozváděče nebo jističe anebo stykače;
c) reaktory pro účely filtrace harmonických;
d) kondenzátory;
e) řízené pojistky, vývody a regulátor.
Volba jmenovitého napětí
Jmenovité napětí kondenzátorů musí být minimálně rovno pracovnímu napětí sítě, ke které mají být kondenzátory připojeny. Bere se v úvahu vliv přítomnosti kapacity samotné.
V určitých sítích mohou existovat značné rozdíly mezi provozním a jmenovitým napětím sítě. Tyto mají být specifikovány odběratelem, aby je mohl výrobce odsouhlasit. Toto je důležité pro kondenzátorové rozváděče, protože jejich funkční charakteristika a životnost mohou být nepříznivě ovlivněny přílišným vzrůstem napětí přivedeným na dielektrikum kondenzátorů. Pokud nejsou dostupné žádné informace od odběratele, potom se předpokládá, že provozní napětí je rovno jmenovitému (nebo ohlášenému) napětí sítě.
Kde jsou do série s kondenzátory zapojeny prvky pro snížení vlivů harmonických atd., tam výsledný přírůstek napětí na vývodech kondenzátorů přes a nad provozní napětí sítě činí nezbytným odpovídající zvýšení jmenovitého napětí kondenzátorů.
Při určování napětí, které je předpokládáno na vývodech kondenzátoru, musí se vzít v úvahu tyto okolnosti:
a) Paralelně zapojené kondenzátory mohou vyvolat vzrůst napětí od zdroje do bodu jejich umístění. Tento přírůstek může být vyšší vlivem přítomnosti harmonických. Kondenzátory jsou proto náchylné k provozu při napětí vyšším než naměřeném před připojením kondenzátorů.
b) Napětí na vývodech kondenzátorů může být vysoké především při nízké zátěži sítě. V takovýchto případech mají být některé, nebo všechny kondenzátory odpojeny od obvodu aby se předešlo přetížení kondenzátorů a přílišnému nárůstů napětí v síti.
Kondenzátory by měly být provozovány souběžně při maximálním přípustném napětí a maximální přípustné teplotě okolí pouze ve výjimečném případě a to pouze po krátký časový úsek.
Zvláštní provozní podmínky
Jako doplněk k provozním podmínkám pohybujícím se převážně na obou mezích teplotní kategorie jsou nejdůležitější následující podmínky, o kterých má být výrobce informován:
a) Vysoká relativní vlhkost
Může být nezbytné použít izolátory zvláštní konstrukce. Pozornost se věnuje možnosti přemostění externích pojistek usazenou vlhkostí na jejich povrchu.
b) Rychlý růst plísní
Plísně se nevyvíjejí na kovech, keramických materiálech a určitých druzích barev nebo laků. Na ostatních materiálech se mohou plísně vyvíjet na vlhkých místech, zvláště kde se může usazovat prach atd. Použití protiplísňových přípravků může vylepšit chování těchto materiálů, ale takové přípravky neudrží své ochranné vlastnosti déle než po určitý časový úsek.
c) Korosivní ovzduší
Korosivní ovzduší se vyskytuje v průmyslových a pobřežních oblastech. Je třeba poznamenat, že v podnebích s vyšší teplotou mohou být vlivy takovéhoto ovzduší mnohem náročnější než v mírných klimatických podmínkách. Vysoce korosivní ovzduší se může vyskytovat dokonce
i ve vnitřních instalacích.
d) Znečištění
Pokud jsou kondenzátory namontovány do míst s vysokým stupněm znečištění, musí být přijata zvláštní ochranná opatření.
e) Nadmořská výška převyšující 2 000 m
Kondenzátory provozované v nadmořských výškách převyšujících 2 000 m jsou vystaveny zvláštním podmínkám. Volba kondenzátorové řady má být dohodnuta mezi odběratelem a výrobcem.
Spínání a ochrana proti přetížení
Schopnost kondenzátorů odolávat přetížení je uvedena v IEC 60831-1 a v IEC 60931-1. Tyto meze jsou však větší než meze použitelné pro rozváděče. Spínací a ochranná zařízení a propojení musí být navržena tak, aby byla schopna přenášet trvale proud nejméně 1,3krát vyšší než proud, který by mohl být vyvolán efektivní hodnotou sinusového napětí rovnou jmenovitému napětí při jmenovitém kmitočtu. Spínací a ochranná zařízení a propojení musí být také schopna odolat elektrodynamickému a tepelnému namáhání způsobenému přechodovými nadproudy vysoké amplitudy a kmitočtu, které se mohou vyskytnout při spínání.
Takovéto přechodové jevy jsou očekávány, pokud je baterie, nebo stupeň sepnut paralelně k ostatním, které jsou již připojeny. K omezení spínacích proudů se běžně používá zvýšení indukčnosti připojení, ačkoli to zvyšuje celkové ztráty. Zvýšená pozornost musí být věnována tomu, aby nebyl překročen nejvyšší přípustný proud kondenzátorů a spínacích zařízení. Pokud zohlednění elektrodynamického a tepelného namáhání vyvolává riziko vedoucí k nadměrným rozměrům, mají být přijata zvláštní opatření pro účely ochrany proti nadproudům. Tak jak jsou uvedena v IEC 60831-1. Doporučuje se, aby byly kondenzátory chráněny proti nadproudům prostřednictvím vhodných nadproudových relé, která jsou nastavena tak, aby vypnula spínací zařízení, když proud překročí přípustné meze stanovené v IEC 60831-1 a IEC 60931-1. Pojistky obecně nezajišťují dostatečnou nadproudovou ochranu. Jakékoliv špatné kontakty v obvodech kondenzátorů mohou vést k hoření oblouku způsobujícího vysokofrekvenční kmity, které mohou přehřát a přetížit kondenzátory. Proto je doporučena pravidelná kontrola všech kontaktů kondenzátorového zařízení.
Montáž a provoz
Harmonické
Připojení zařízení pro PFC do systému obsahujícího harmonické může snížit životnost tohoto zařízení. Poškozující vliv harmonických může být zmírněn použitím vhodné filtrační tlumivky v sérii s každým kondenzátorovým stupněm.
Napěťové špičky
Napěťovým špičkám se má předcházet. Pokud jsou spínací prvky vybírány ze zvlášť určených pro použití s kondenzátory, neměl by tento problém nastat. Nicméně zařízení se časem opotřebovává a opotřebované kontakty mají být nahrazeny v rámci pravidelné kontroly a údržby.
Posouzení zátěže
Rozhodnutí, kde použít kompenzaci účiníku je vymezeno mnoha činiteli, včetně ceny a místa, které je k dispozici:
a) určí se, kde jsou umístěny zátěže s nízkým účiníkem: PFC může být umístěna v tomto bodě;
b) obecně je praktičtější umístit PFC do hlavního rozváděče, pokud je zde dostupné místo. V tomto případě bude PFC kompenzovat účiník celé zátěže a údržba PFC je prováděna v jednom místě.
Harmonické zkreslení
Pokud je zařízení pro PFC umístěno do systému, kde vznikají harmonické, bude obecně zvyšovat jejich amplitudu, dokud nebude do série s každým kondenzátorovým stupněm umístěn dobře navržený filtrační reaktor.
Přírůstek harmonických nebude pouze ovlivňovat životnost kondenzátorů, ale mohl by způsobit problémy s ostatním elektrickým a elektronickým vybavením v systému.
Útlum hromadného dálkového ovládáni
Signály hromadného dálkového ovládání jsou poskytovány energetickými rozvodnými závody pro řízení a spínání zátěží mimo špičku (např. ohřívače vody, pouliční osvětlení, atd.). Pokud zařízení pro PFC způsobí významné ztráty signálů na nízkých kmitočtech, může být impedance do určitého kmitočtu zvýšena připojením kmitočtové zádrže do série s kondenzátorovými jednotkami. Toto bude předcházet interferenci se systémem hromadného dálkového ovládání distributorů elektrické energie.
Vzrůst teploty okolí
Zařízení pro PFC vytvářejí teplo ze ztrát v kondenzátorech, reaktorech, odporech, tlumivkách atd. Toto teplo zvyšuje teplotu okolí v okolním prostoru. Je důležité zajistit odpovídající větrání v místnosti, kde je zařízení provozováno, aby bylo udrženo dobré proudění vzduchu kolem jednotky PFC.
Přepětí
Se svolením výrobce může být činitel přepětí zvýšen, pokud odhadnutý počet přepětí je menší, nebo pokud teplotní podmínky jsou méně náročné. Tyto meze přepětí o síťovém kmitočtu jsou platné za předpokladu, že tato přechodová přepětí nejsou na ně naskládána. Špičkové napětí nesmí překročit násobek dané efektivní hodnoty. Kondenzátorové rozváděče, které jsou náchylné k vystavení vysokým přepětím v důsledku atmosférického výboje, mají být odpovídajícím způsobem chráněny.
Nadproudy
Před objednáním zařízení pro PFC, má být věnována pozornost kontrole podmínek v systému na místě instalace (například, přítomnost harmonického zkreslení, nebo používání signálů pro hromadné dálkové ovládání).Kondenzátory nemají být nikdy provozovány při proudech převyšujících nejvyšší hodnoty stanovené v IEC 60831-1 a IEC 60931-1. Nadproudy mohou být způsobeny buď nadměrným napětím při základním kmitočtu, nebo harmonickými, nebo obojím. Hlavními zdroji harmonických jsou usměrňovače, silová elektronika a nasycená transformátorová jádra.
Ke značnému nasycení transformátorových jader může dojít při vzrůstu napětí způsobeném kondenzátory v době nízké zátěže. V tomto případě jsou vytvářeny harmonické abnormální hodnoty. Jedna z nich může být zesílena rezonancí mezi transformátorem a kondenzátorem. To je dalších důvod pro doporučení odpojení kondenzátorových baterií v době nízké zátěže.
Pokud proud kondenzátorů překračuje nejvyšší hodnotu stanovenou v IEC 60831-1, v době kdy je napětí v přípustných mezích 1,10 UN stanovených v IEC 60831-1, mají být určeny převládající harmonické, aby byl nalezen nejlepší způsob nápravy.
Mají být vzaty v úvahu následující možnosti nápravy:
a) přemístit některé, nebo všechny kondenzátorové jednotky do jiných částí systému napájených z jiného transformátoru;
b) připojení tlumivek do série s kondenzátorovými jednotkami aby byl snížen rezonanční kmitočet obvodu na hodnotu nižší než rušící harmonická.
Průběh napětí a charakteristiky sítě mají být stanoveny před a po montáži kondenzátorového rozváděče. Pokud jsou přítomny zdroje harmonických, jako jsou velká zařízení silové elektroniky, měla by být přijata zvláštní opatření. Při zapnutí kondenzátorů se mohou vyskytnout přechodové nadproudy vysoké amplitudy a kmitočtu. Takovéto přechodové jevy mohou být předpokládány při připojení pole kondenzátorového rozváděče paralelně k jiným stupňům, které jsou již napájeny. Může být nezbytné snížit tyto přechodové nadproudy na přijatelnou hodnotu, vzhledem ke kondenzátorové jednotce a příslušenství, sepnutím kondenzátorů přes odpory (odporové spínání), nebo vložením tlumivek do napájení každé části rozváděče. Špičková hodnota nadproudů vlivem spínání musí být omezena na maximálně 100 (efektivní hodnota), nebo na maximální spínací schopnost stykačů, podle toho, která z těchto hodnot je nižší.
