Poradnik techniczny

Dobór zabezpieczeń kompensatora

Podstawową przyczyną awarii urządzeń elektrycznych jest uszkodzenie torów prądowych spowodowane nadmiernym wzrostem temperatury podczas przetężenia. Przegrzania torów prądowych mogą być wywołane zjawiskami elektrycznymi, oraz mogą być powodowane przyczynami nieelektrycznymi: niedostateczna cyrkulacja powietrza wokół urządzenia, wzrost temperatury otoczenia, zmniejszenie przepływu wody (dla elementów chłodzonych wodą), lub dla urządzeń chłodzonych nadmuchem powietrza, awaria wentylatorów lub zabrudzenie filtru wentylatora. Bez względu na przyczynę wzrostu temperatury toru prądowego, nadmierne straty podczas przeciążenia lub zwarcia, mogą powodować przegrzanie torów prądowych i prowadzić w krótkim czasie do całkowitego ich zniszczenia. Zabezpieczenie kompensatorów mocy biernej przed skutkami zwarć i przeciążeń realizujemy poprzez zastosowanie zabezpieczeń topikowych lub wyłączników samoczynnych. Dodatkowo w uzwojeniach dławików umieszczamy bimetaliczne łączniki temperaturowe, jako dodatkowe zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem temperatury spowodowanym czynnikami nieelektrycznymi.

Parametry kompensatora

Moc znamionowa indukcyjna Qn = 5 kVAR. Napięcie znamionowe sieci Un = 400 V. Częstotliwość znamionowa sieci f = 50 Hz

Wyznaczenie parametrów dławika

Obliczenia wykonujemy dla dławika trójfazowego z cewkami połączonymi w gwiazdę Y. Moce czynna i bierna dławika    Pd=150 W

Qd = 5 kVAR. Reaktancja jednej cewki dławika trójfazowego wynosi :

XL = Uf2 / (1/3*Qd) = 2312 / (1/3*5*103) = 32,01 W

Indukcyjność jednej cewki dławika trójfazowego:

L = Uf2 / (1/3*Qd*ω) = 2312 / (1/3*5*103*2*3,14*50) = 101,96 mH

Prąd indukcyjny jednej cewki dławika trójfazowego:

IL =Ö( Qd / (3*XL)) = Ö((5000 / (3*32,01)) = 7,22 A

IL= Uf / XL = 231 / 32,01 = 7,22 A

Z powodu niewielkich strat mocy czynnej dławika możemy przyjąć, iż znamionowy prąd dławika trójfazowego równy jest wartości prądu indukcyjnego.

Dobór zabezpieczenia topikowego

Wartość prądu znamionowego wkładek topikowych IB dla baterii dławikowej (podobnie jak dla baterii kondensatorów) powinna być dobrana dla wkładki o charakterystyce zwłocznej gG z zakresu KB=(1,3-1,6) prądu znamionowego dławika IL [1] :

IB = od  1,3*IL   do  1,6*IL  =   9,39 A ¸ 11,56 A

Dobraliśmy wkładki topikowe zwłoczne typu CH 8×31-gG-8A produkcji ETI Polam. Wkładki należy umieścić w rozłączniku bezpiecznikowym VLC 8×31 produkcji ETI Polam.

Dobór przewodu zasilającego kompensator

Linę zasilającą kompensator wykonamy kablem ziemnym z żyłami miedzianymi o izolacji i powłoce polwinitowej. Kabel ułożymy na dnie kanału kablowego, w pojedynczej warstwie kabli z możliwością stykania się kabli. Odległość między podporami 1-2m.
Biorąc pod uwagę minimalną wytrzymałość mechaniczną dobieramy kabel YKY 5×2,5mm2. Stosujemy współczynnik poprawkowy wynikający ze sposobu ułożenia kabla KP=0,75 [1]. Wymagana obciążalność długotrwała kabla powinna wynosić:

IK = IL / KP = 7,22 A / 0,75 = 9,63 A

Dobraliśmy kabel YKY 5×2,5mm2 0,6/1kV, 5 żył obciążonych w kablu, obciążalność długotrwała Idd = 20A [1]. Długość kabla konieczna do połączenia kompensatora z rozdzielnicą LK = 10m.

Sprawdzenie zabezpieczenia kabla przed skutkami przeciążenia

Norma PN-91/E-05009/43 stawia wymagania odnośnie dwóch następujących warunków koordynacji zabezpieczeń z przewodami:

IB  <  IN  <  IZ

I2  <  1,45 * IZ

IB = IL = 7,22 A – prąd obliczeniowy w obwodzie elektrycznym
IZ = Idd = 20 A – obciążalność prądowa długotrwała kabla
IN = IB = 8 A – prąd znamionowy bezpiecznika

7,22 A  <  8 A  <  20 A

ten warunek jest spełniony !

I2  <  1,45*20 A  <  29 A

I2 – prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego, w praktyce wartość prądu I2 jest przyjmowana, jako wartość prądu powodująca przepalenie wkładki topikowej. Minimalny prąd zadziałania dla wkładek o prądzie znamionowym do 400A wynosi 1,25*IB.

I2 = 1,25*IB = 10 A  < 1,45*20 A = 29 A

ten warunek jest spełniony !

Z analizy charakterystyki czasowo prądowej wkładki topikowej CH 8×31-gG-8A wynika, iż dla prądu I2=10A czas zadziałania wkładki wynosi 103 sekund, czyli ok. 17 minut. Dławik o niewielkiej masie i związanej z tym krótkiej stałej czasowej nagrzewania uzwojeń może ulec uszkodzeniu termicznemu  w czasie krótszym niż 17min., dlatego koniecznie powinniśmy zabezpieczyć dodatkowo dławik przed prądami przeciążeniowymi o wartościach zbliżonych  i mniejszych od I2, które będą powodowały stopniowe nagrzewania dławika.

Literatura

[1]. Poradnik inżyniera elektryka cz.3 – WNT Warszawa 1997
[2]. Polska Norma PN-91/E-05009/43
EnglishGermanPolishRussian