|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 33 Спрессованный пакет секций, пропитанный предварительно касторовым маслом, помещаем в изоляционный корпус и заливаем касторовым маслом при температуре порядка 50° С и остаточном давлении 0,2-0,5 мм рт. ст. В качестве материала для корпуса применяем сополимер стирола с нитролом акрилоюй кислоты (СНП). Для уплотнения выюдов конденсатора применяем тепло-и маслостойкую резину марки 9024. Чертеж конденсатора приведен на рис. 102. § 15. КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ПРИ ЧАСТОТЕ 50 ГЦ Конденсаторы с диэлектриком из пропитанной маслом или хлордифенилом (соволом) бумаги широко применяются для улучшения коэффрщиенга мощности электрических установок, работающих при частоте 50 гц. Эти конденсаторы получили название косинусных. Считается экономически оправданным, если мощность конденсаторных установок в энергосистеме составляет 20-30% установленной мощности ее генераторов. Конструкция конденсатора должна обеспечивать возможность массового выпуска в условиях автоматизированного и механизированного производства, обладать высокими технико-экономическими показателями и надежностью работы. В соответствии с назначением основным параметром косинусного конденсатора является величина реактивной мощности Pp = UI sin . (3-24) Если и в киловольтах, / в амперах, то реактивная мощность выражается в киловольтамперах реактивных {квар). Рис. 102. Конденсатор на рабочее напряжение 100 кв, емкостью 0,025 мкф. .-. в правильно сконструированных конденсаторах потери малы, угол 9 близок к 90°, sin<p 1, а PpUI и^шС Ю-квар, (3-25) где © = 2Tf - угловая частота; С - емкость конденсатора, мкф. Как правило, косинусные конденсаторы включаются в трехфазную сеть. Можно включать три однофазных конденсатора по схеме звезды или треугольника или один конденсатор, состоящий из трех однофазных секций, собранных в одном баке. В обоих случаях реактивная мощность вычисляется по формуле Рр = гишС 10-квар, (3-26) где и - напряжение линейное для треугольника или фазное для звезды, приходящееся на однофазный конденсатор или на секцию трехфазного конденсатора, ке; С - емкость однофазного конденсатора или однофазной секции, мкф. При включении звездой суммарная реактивная мощность трех конденсаторов одинакоюй емкости будет в три раза меньше, чем' при включении треугольником, так как напряжение одного конденсатора при включении звездой в [/З раз меньше напряжения одного конденсатора при включении треугольником. Вторым параметром косинусного конденсатора является рабочее напряжение, определяемое напряжением потребителя или сети к которым присоединяются конденсаторы. В настоящее время стандартом установлены следующие номинальные напряжения косинусных конденсаторов: 220, 380, 500, 1050, 6300 и 10 500 в. В электрических сетях, в особенности на передающих концах сети , допускаются напряжения выше номинального, поэтому конструкция конденсатора рассчитывается для длительной работы при напряжении, равном 1,1 С/ц, в соответствии с этим в 1,21 раз повышается реактивная мощность конденсатора. Для облегчения массового производства косинусных конденсаторов и упрощения монтажа конденсаторных батарей необходимо, чтобы конденсаторы выпускались ограниченных габаритных размеров, причем в пределах каждого габаритного размера должны быть конденсаторы различной емкости, рассчитанные на работу при разных номинальных напряжениях. В табл. 27 приведены основные данные одного из вариантов серии бумажно-масляных и бу-мажно-соволовых конденсаторов. На номинальное напряжение 220, 380 и 500 <? конденсаторы выпускаются в трехфазном исполнении и имеют три секции, соединенные в треугольник. В таблице указана суммарная емкость всех трех фаз. Конденсаторы на напряжения 1,05; 3,15; 6,3; 10,5 кв выпускаются в однофазном исполнении с двумя выводами, изолированными от корпуса, что позволяет включать эти конденсаторы как звездой, так и треугольником. Из табл. 27 следует, что конденсаторы при напряжении 220 в при одних и тех же габаритных размерах выполняются с мощностью в 2,5 раза меньшей, чем конденсаторы на более высокие напряжения. В соответствии с этим конденсаторы с (7н = = 220 в имеют резко О ю К S а; о Я 8 S ° XD О, t2 1пЫ о о \п о со 00 ю 2Й и к й ухудшенные удельные характеристики. Трудоемкость изготовления этих конденсаторов, рассчитанная на 1 квар, также значительно выше, чем у конденсаторов на более высокие напряжения. Причина ухудшенных характеристик конденсаторов на 220 в объясняется тем, что Конденсаторную бумагу при значительной площади обкладок нельзя применять в одном слое из-за наличия в ней проводящих частиц, закорачивающих один слой. . В связи с этим для перекрытия ослабленных мест приходится брать два-три слоя бумаги между обкладками, и рабочая напряженность диэлектрика конденсаторов на 220 в оказывается сниженной по сравнению с конденсато-. рами на более высокие напряжения, а это в соответствии с формулой (1-193) приводит к увеличению объема активного диэлектрика и повышению удельных значений веса и объема низковольтного конденсатора. Кроме конденсаторов I и II габаритных размеров (табл. 27) разработана серия конденсаторов III габарит-,ного размера на ту же шкалу напряжения с размерами корпуса 625 X 140 X 850 мм, мощностью 16,6 квар для конденсаторов с t/н = 220 <? и 50 квар для напряжений 380-6300 в. Проектируется также серия конденсаторов IV габаритного размера с мощностью 100 квар для напряжений 380-6300 в и 33,3 квар для = 220 в. В практике силового конденсаторостроения имеются примеры изготовления конденсаторов с еще более высокой мощностью в одном баке. Так, например, в, Японии выпускаются косинусные конденсаторы мощностью 300 квар для напряжения 3300-6000 е,и мощностью 834 квар для напряжения И и 22 Кб. С ростом мощности единичного конденсатора увеличивается удельный расход неактивных материалов, вследствие необходимости увеличивать толцщну стенок бака, сечение токоведущих частей, размеры каркасов для крепления секций. В крупных конденсаторах необходимо предусматривать устройство специальных расширителей для компенсации температурного расширения масла (в конденсаторах меньших размеров эта компенсация достигается за счет упругих деформации стейок корпуса). Конденсаторы больших размеров имеют ухудшенные тепловые характеристики; при одинаковых условиях максимальная температура диэлектрика у них выше, чем у код,- денсаторов с меньшими габаритными размерами. Надежность работы крупных конденсаторов, как правило, ниже надежности работы конденсаторов малой и средней мощности. Конденсаторы малой мощности проще в изготовлении и удобнее для их монтажа и транспортировки, хотя общая трудоемкость монтажа и время, затрачиваемое на эксплуатационный надзор, меньше при комплектовании батарей из единиц большой мощности. Учет всех этих обстоятельств определил тенденцию в современной мироюй практике строить основное количество конденсаторов малой и средней мощности (не свыше 100 кеар). Требования и исходные данные для расчета косинусных конденсаторов Косинусные конденсаторы изготовляют- для внутренней и наружной установки. ГОСТ 1282-58 Конденсаторы для повышения коэффициента мощности установок переменного тока частотой 50 гц допускает для косинусных конденсаторов наивысшую температуру окружающего воздуха 35° G при продолжительном режиме работы на высоте до 1000 м над уровнем моря, а также при естественно изменяющейся температуре окружающего воздуха, эпизодически достигающей 40° С. Нижний предел окружающей температуры в ГОСТ не предусмотрен, но в программе испытаний конденсаторов наружной установки указано, что емкость и тангенс угла диэлектрических потерь не должны выходить иа установленных пределов при температуре -45° С. Для обеспечения надежной работы конструкция конденсатора должна быть герметична, следовательно, необходимо учитывать тепловое расширение масла, а в конденсаторах больших габаритных размеров создавать специальные устройства для компенсации этого расширения. У косинусных конденсаторов допускается отклонение от номинальной величины емкости в пределах от -5 до + 15%, что должно быть учтено при определении максимального значения мощности конденсатора. Косинусные конденсаторы рассчитываются на продолжительную непрерывную работу, что вызвано их включением в непрерывно работающую электрическую сеть. Для электрического расчета конденсатора необходимо знать величину испытательного напряжения. По ГОСТ 1282-58 конденсатор должен выдержать в течение одной минуты между выводами t/исп = 2,2 t/н при f = 50 гц или исп = 4,3 Un при постоянном напряжении. Одноминутные испытательные напряжения при частоте f = 50 гц для изоляции относительно корпуса приведены в табл. 28. Таблица 28 Номинальные и испытательные напряжения конденсаторов
Таблица 29 Номинальные и испытательные мокроразрядные напряжения изоляторов
Из табл. 28 следует, что с увеличением номинального напряжения кратность испытательного напряжения снижается. Это определяется в первую очередь экономическими соображениями: с ростом номинальных напряжений резко увеличивается объем и стоимость изоляционных материалов. Изоляторы конденсаторов наружной установки должны выдерживать мокроразрядные напряжения, указанные в табл. 29. Исходными данными для расчета конденсатора являются: номинальная мощность; число фаз в конденсаторе; рабочая частота; номинальное напряжение; испытательное напряжение между выводами; максимальная температура окружающего воздуха. По первым четырем данным вычисляется емкость конденсатора. После этого выбирают активные материалы (сорт и толщина бумаги, пропитывающий состав, сорт и толщина фольги), а затем приступают к определению размеров активной части конденсатора. Выбор сорта бумаги и пропитывающей массы Основным диэлектриком для косинусных конденсаторов в настоящее время являетст конденсаторная бумага. UjiR йзготбвлекия силовь1х конденсаторов с пропиткой маслом применяется бумага нормальной плотности (объемный вес 1,0 г/см - марки КОН-1, обладающая меньшими потерями, чем бумага КОН-2 со средним объемным весом 1,2 г/см. Для силовых конденсаторов, пропитываемых хлорированными массами, например соволом, осваивается выпуск нового типа бумаги с пониженными диэлектрическими потерями и с объемным весом 0,8 г/см. Бумага выпускается различной толщины, поэтому одну и ту же толщину диэлектрика в конденсаторе можно получить при различном числе слоев бумаги. При решении этой задачи путем расчета нескольких вариантов следует учитывать такие факторы: при одной и- той же толщине диэлектрика с увеличением числа слоев растет электрическая прочность (см. рис. 81); стоимость одного килограмма бумаги возрастает с уменьшением ее толщины (см. табл. 15); намотка секции из меньшего числа слоев несколько уменьшает трудоемкость процесса намотки, но только на хорошо отрегулированных станках. Число обрывов бумаги при намотке возрастает при уменьшении ее толщины. Толщина в 120 мк, которая соответствует максимальной электрической прочности (см. кривую 3, рис. 81), может быть получена из 8 слоев бумаги толщиной 15 мк, из 12 слоев бумаги толщиной 10 жк и т. д. При одинаковой площади электродов емкость секций, выполненных из бумаги различной толщины, будет практически одинакова. Одинаковой будет и рабочая напряженность электрического поля в диэлектрике, но с уменьшением толщины одного слоя и увеличением их числа будет возрастать запас электрической прочности , конденсатора и одновременно стоимость бумаги. При переходе от бумаги толщиной 12 мк к бумаге толщиной 8 мк кратковременная электрическая прочность по данным рис. 81 при постоянном напряжении возрастает с 290 кв/мм до 360 кв/мм, т. е. на 24%, а стоимость бумаги возрастает более чем в 2 раза (см. табл. 15). Если сохранить одно и то же значение коэффициента запаса по электрической прочности и уменьшить толщину диэлектрика, собранного из более тонкой бумаги, то соотношение стоимостей изменится в лучшую сторону. Для секции, намотанной из бумаги толщиной 8 мк, электрическая прочность 290 кв/мм (прочность десяти слоев бумаги толщиной 12 мк) соответствует общей толщине 30 мк, т. е. секция может быть выполнена с диэлектриком из 4 слоев бумаги толщиной 8 мк. Стоимость бумаги в одной секции, намотанной из восьмимикронной бумаги, уменьшится в 4 раза и будет такой же, как и для секции, намотанной из бумаги толщиной 12 мк. При уменьшении толщины диэлектрика увеличивается почти в четыре раза емкость отдельной секции и уменьшается число параллельных секций в конденсаторе, что в свою очередь еще в 4 раза снижает стоимость бумаги, .затрачиваемой на весь конденсатор. Из этого примера видно, что при расчете конденсатора должно быть рассмотрено несколько вариантов выполнения секций из бумаги различной толщины и после определения объема активного диэлектрика должна быть подсчитана стоимость бумаги и выбран наиболее экономичный вариант. В настоящее время наиболее распространенными пропитывающими составами для косинусных конденсаторов являются минеральное конденсаторное масло (ГОСТ 5775-51) и хлорированные дифенилы (совол в СССР, аскарель в США, клофен в ФРГ, пирален во Франции). Конденсаторное масло благодаря сюим достаточно хорошим электрическим характеристикам, доступности сырья и сравнительно низкой стоимости являлось ранее наиболее распространенным пропиточным составом для косинусных конденсаторов. Основным недостатком конденсаторного масла является сравнительно низкое значение диэлектрической проницаемости, что снижает удельную емкость конденсатора, а также низкая газостойкость (малая устойчиюсть к действию переменного электрического поля). При возникновении в диэлектрике конденсатора ионизационных разрядов масло легко разлагается с выделением газообразных продуктов, в основном водорода; это облегчает дальнейшее развитие ионизационных процессов и ведет к постепенному разрушению изоляции и сокращению срока службы конденсатора. Основными преимуществами хлорированных дифенилов, в частности совола, являются повышенное по сравнению с маслом значение диэлектрической проницаемости и резко улучшенная стабильность при воздействии переменного электрического поля. Из расчета по формуле (3-И) видно, что при замене масла соволом диэлектрическая проницаемость пропитанного диэлектрика и емкость конденсатора возрастают на 40-55%. Наиболее благоприятные условия работы в двухкомпо-нентном диэлектрике (клетчатка и пропитывающий состав) получаются при равенстве диэлектрических проницаемос-тей обеих составных частей. В этом случае напряженность электрического поля в клетчатке и в пропитывающем составе одинакова. Так как диэлектрическая проницаемость совола (е = 4,6 ~- 5,2) ближе к диэлектрической проницаемости клетчатки (е = 6,5), чем масла (е = 2,2), то при пропитке соволом распределение напряженности электрического поля между обеими составными частями диэлектрика лучше, чем при пропитке маслом. Вследствие этого, при учете резко улучшенной стойкости совола к ионизации, можно применить при пропитке соволом рабочие напряженности 15-17 кв/мм вместо 11-Пкв,мм при пропитке маслом при одинаковой кратковременной электрической прочности бумаги, пропитанной маслом и соволом. Кроме того, бумажно-союловые конденсаторы можно длительно эксплуатировать при температурах внутри конденсатора до 75-85° С, в то время как для бумажно-масляных конденсаторов эта температура не превышает 60-50° С. Из сравнения удельных характеристик бумажно-соволо-вых и бумажно-масляных конденсаторов (табл. 27) видно, что в реальных конструкциях бумажно-соволовых конденсаторов удается получить в расчете на 1 квар снижение веса на 24-33% и снижение объема на 34-45%. В дальнейшем, при внедрении бумаги с малыми потерями, можно ожидать еще большего выигрыша в объеме и весе конденсаторов. Вместе с тем совол по сравнению с маслом обладает и существенными недостатками, которые необходимо учитывать при конструировании конденсатора. Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь совола 0.70 W6 0.12 ao8 ,m при изменении температуры меняются более резко, чем у масла (рис. 103). Особенно резко изменяется е совола при температуре ниже нуля, т. е. с переходом совола в твердое состояние. При этом заметно уменьшается емкость конденсатора. Помимо этого, из-за уменьшения объема совола при застывании в пропитанной изоляции образуются пустоты, снижается начальное напряжение ионизации, интенсивнее проходят процессы старения диэлектрика. В практике эксплуатации соволовых конденсаторов при пониженных температурах наблюдались случаи пробоя конденсаторов при включении. Переход совола в твердое состояние сопровождается ростом дипольных потерь, кривая tg6 = f{t) при этом проходит через максимум. Наличие максимума в зависимости tgS = f{t°) полезно: при включении замороженного конденсатора вследствие повышенных значений tgS происходит саморазогрев конденсатора, вязкость совола уменьшается, одновременно снижается значение tg6 и восстанавливается прежнее значение диэлектрической проницаемости и емкости конденсатора. Добавляя к соволу мэловязкие хлорированные углеводороды (трихлорбензол, хлорэтиленбензол), можно сдвинуть точку застывания и максимум дипольных потерь в сторону более низких температур. Тот же эффект можно получить, используя продукт с меньшей степенью хлорирования, например трихлордифенил. В области повышенных температур, после 60-70 С, tg6 совола возрастает вследствие увеличения ионной проводимости. Кроме того, tg6 совола резко возрастает при попадании в него различных загрязнений, в частности при соприкосновении с материалами, применяемыми в конструкции конденсатора (конденсаторная бумага, фольга со следами технологической смазки, флюсы, применяемые при пайке). Для конденсаторов с повышенным значением tg6 у бумаги. Рис. 103. Кривые зависимости диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь совола при частоте 50 гц от температуры. 1 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 33 |