Đóng cắt theo điểm sóng cho các bộ tụ điện

Điểm chuyển mạch trên sóng cho các ngân hàng tụ điện đóng mỗi bước tụ khi điện áp bus xoay chiều phù hợp với điện áp tại các đầu tụ để sự chênh lệch điện áp tức thời — và đỉnh dòng khởi động — giữ ở mức nhỏ. Tủ điều khiển công suất tự động sử dụng thời điểm đồng bộ đó để các giai đoạn có thể chuyển đổi mà không gây nổ cầu chì, mòn tiếp điểm, hoặc gây nhiễu bus như việc đóng tiếp điểm ngẫu nhiên thường tạo ra.

Hướng dẫn này giải thích cơ chế dòng khởi động, tụ điện chuyển mạch không điện áp sử dụng khi ngân hàng đã xả, điện áp dư của tụ sau khi tắt, chuyển mạch liên tiếp nguy hiểm trên một bus, và cách so sánh của contactors với các công tắc hợp chất và các mô-đun thông minh tích hợp trong một ngân hàng tụ điện chuyển mạch đồng bộ tủ. Để biết ngân hàng là gì và cách nó phù hợp với việc chỉnh sửa công suất phản kháng của nhà máy, bắt đầu với bài viết riêng của chúng tôi về tụ điện ghép nối; trang này không lặp lại định nghĩa đó hoặc bất kỳ hướng dẫn tính toán công suất phản kháng nào.

Ý nghĩa của Chuyển mạch theo Điểm trên Sóng cho Ngân hàng Tụ điện

Chuyển mạch theo điểm trên sóng — thường gọi là chuyển mạch đồng bộ hoặc chuyển mạch kiểm soát — có nghĩa là bộ điều khiển đóng công tắc tại một thời điểm tính toán trên dạng sóng AC sao cho điện áp qua các tiếp điểm mở là nhỏ nhất có thể.

Tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp đột ngột. Nếu bus đã ở điện áp tức thời cao trong khi các đầu tụ vẫn gần bằng không, sự kiện đóng sẽ áp dụng gần như toàn bộ chênh lệch cùng lúc. Logic PoW đo dạng sóng sống, dự đoán nơi điện áp sẽ ở khi công tắc cơ học hoặc hybrid thực sự hoàn tất đóng, và kích hoạt lệnh sớm đủ để chạm tới góc mục tiêu.

Trên một giàn tụ đã phóng điện hoàn toàn, mục tiêu thông thường là đóng ở điện áp bằng không. Trên một giàn vừa mới được ngắt cách đây vài khoảnh khắc, mục tiêu có thể là điện áp đỉnh hoặc một mức trung gian trong khi điện tích rò rỉ qua các điện trở phóng điện hoặc trong khi bộ điều khiển theo dõi trạng thái dư.

Các kỹ sư truyền tải điện áp dụng ý tưởng tương tự đối với các máy cắt cao áp bằng các thiết bị đóng cắt có điều khiển chuyên dụng. Các tủ bù công suất phản kháng (PF) tự động hạ áp áp dụng phương pháp này thông qua các công tắc hỗn hợp, rơ-le hỗ trợ bằng thyristor, hoặc các mô-đun tụ điện thông minh tích hợp. Bản chất vật lý là giống nhau ngay cả khi kích thước phần cứng khác nhau.

Tại sao Chuyển mạch Ngân hàng Tụ tạo ra dòng khởi động mà không có kiểm soát

Dòng điện khởi động ban đầu của giàn tụ xuất hiện vì dòng điện sạc bắt buộc phải chạy bất cứ khi nào điện áp đầu cực bị buộc phải thay đổi nhanh hơn mức tụ điện có thể đáp ứng.

Theo thuật ngữ dòng điện xoay chiều (AC), mối quan hệ này rất quen thuộc: dòng điện tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của điện áp trên điện dung. Do đó, việc đóng tiếp điểm ngẫu nhiên có thể tạo ra biên độ dòng điện đỉnh rất lớn cho cùng một bước công suất phản kháng (kvar) tùy thuộc vào vị trí của sóng hình sin tại thời điểm các tiếp điểm chạm nhau.

Một số yếu tố tại nhà máy làm cho biên độ đó rộng hơn:

• Trở kháng hệ thống — một thanh cái cứng có trở kháng nguồn thấp cho phép các đỉnh quá độ lớn hơn.
• Điện tích trước khi đóng cắt — một tụ điện vẫn còn giữ điện áp từ lần ngắt gần đây sẽ chịu mức chênh lệch điện áp (ΔV) khác với một thiết bị đã phóng hết điện.
• Đường song song — một giàn tụ khác đang mang điện trên cùng một thanh cái sẽ làm thay đổi mạng lưới LC hiệu dụng.

Việc đóng cắt không kiểm soát không phải lúc nào cũng gây thảm họa trên một bước cố định nhỏ duy nhất hiếm khi ngắt. Nó trở nên rắc rối trong các tủ tự động, nơi bộ điều khiển có thể thêm hoặc bớt nhiều bước mỗi giờ để đuổi theo tải động cơ thay đổi.

Mẹo: Việc ngắt một bước tại thời điểm dòng điện bằng không sẽ làm cho các tụ điện vẫn còn tích điện. Một bộ điều khiển cố gắng đóng lại quá nhanh mà không theo dõi lượng điện tích dư của tụ điện bị kẹt đó thì vẫn đang thực hiện việc đóng cắt “ngẫu nhiên” ngay cả khi tài liệu quảng cáo có nhắc đến điểm qua không (zero-cross). — nguồn: tài liệu hướng dẫn đóng cắt có điều khiển của ngành điện lực dành cho tải điện dung (trích nghiên cứu về các mục tiêu điện tích dư).

Đóng không điện áp và Sạc dư sau khi tắt

Đóng cắt ở điện áp bằng không đối với tụ điện là trường hợp đặc biệt khi giàn tụ đã phóng điện hoàn toàn và bộ điều khiển nhắm tới việc đóng mạch tại—hoặc rất gần—điểm giao không của điện áp hệ thống.

Tại thời điểm đó, cả thanh cái và các đầu cực tụ điện đều nằm gần mức không, do đó dòng điện ban đầu hình thành khi sóng hình sin tăng lên một cách tự nhiên thay-vì tăng đột ngột theo dạng bước. Đó là lý tưởng mà hầu hết các công tắc hỗn hợp hạ áp và mô-đun tụ điện thông minh đều quảng cáo.

Thực tế bổ sung thêm hai sự phức tạp mà người mua sắm cần phải lường trước:

1. Độ trễ cơ học và lai (hybrid) — lệnh đóng phải đi trước mục tiêu một khoảng thời gian bằng thời gian hoạt động của thiết bị đóng cắt. Do đó, các bộ điều khiển liên tục đo đạc sóng và bù trừ cho độ phân tán.
2. Điện áp tụ dư sau khi mở — khi dòng điện về không, các tụ vẫn còn tích điện gần đỉnh sóng dòng điện cho đến khi điện trở xả hoặc thời gian giảm điện năng làm giảm nó. Mở lại trong khi còn tích điện có nghĩa là góc mục tiêu không còn là đóng gần điện áp bằng không. Các hệ thống PoW nâng cao theo dõi xem ngân hàng đã xả hết, đã sạc đầy hay đang ở giữa—như mô tả trong hướng dẫn chuyển mạch điều khiển tiện ích cho tải cảm ứng.

Không có nhận thức về trạng thái đó, tủ có thể vẫn đóng bước sai góc trong khi nhãn HMI ghi “điểm giao chéo”.”

Kích hoạt liên tiếp trên cùng một bus

Chuyển mạch liên tiếp và cấp nguồn liên tiếp đều mô tả việc đóng một bước tụ điện trong khi ngân hàng hoặc bước khác đã được kết nối trên cùng một bus. Việc đóng thứ hai có thể tạo ra dòng khởi động rất cao ngay cả khi công suất danh định của từng bước trông có vẻ khiêm tốn.

Các tụ điện đã được cấp nguồn hiện tại tạo ra đường dẫn trở kháng thấp. Bước vào thấy nguồn điện cứng kết hợp với năng lượng lưu trữ của ngân hàng đầu tiên, có thể thúc đẩy dòng quá độ cao hơn nhiều so với dòng phản ứng ổn định. Các tổng quan giáo dục về chuyển mạch tụ điện mô tả tần số dòng khởi động từ vài trăm hertz đến vài kilohertz trong các trường hợp cùng bus nghiêm trọng.

Các tình huống trong nhà máy xuất hiện điều này:

• Bộ điều khiển thêm bước 3 trong khi bước 2 vẫn còn trực tuyến thay vì thay thế các bước.
• Hai tủ tự động độc lập chia sẻ một bus bù trừ mà không có khóa liên kết.
• Chu kỳ nhanh sau một thời gian ngắn mất điện khi nhiều giai đoạn cố gắng trở lại cùng lúc.

PoW trên từng bước riêng lẻ giúp ích nhưng không thay thế được logic phối hợp. Thời gian tối thiểu giữa các thao tác, khóa liên kết, và thuật toán bộ điều khiển tránh trùng lặp đóng vẫn quan trọng. Bảng thông số bộ chuyển mạch tổng hợp BYFK của CNBYG đã công bố, ví dụ, liệt kê khoảng cách tối thiểu giữa bật/tắt và giữa các kết nối liên tiếp—các tham số người mua nên phù hợp với lập trình bộ điều khiển, không bỏ qua.

Điều khiển điểm trên sóng dựa trên contactor, công tắc hợp chất và cầu chì

Ba lớp phần cứng bao phủ hầu hết các cuộc trò chuyện—từ tủ hạ thế đến trạm biến áp tiện ích.

Ghi chú ứng dụng điện áp cao nhấn mạnh khả năng lặp lại của mạch cắt trong khoảng ±0.5 đến ±1.0 ms và tốc độ giảm cường độ điện môi (RDDS) đủ khi mục tiêu là điểm không-cross. Những số này thuộc về lựa chọn mạch cắt trong hệ thống truyền tải, nhưng giải thích tại sao “bất kỳ bộ tiếp điểm nào có nhãn điểm không-cross” không thể thay thế cho một công tắc hợp chất được thiết kế cho nhiệm vụ dung môi tích điện.

Ở điện áp thấp, trung tâm bù công suất phản kháng nhóm điều khiển, công tắc, và các bước tụ điện được chỉ định cùng nhau. Phần cứng chuyển mạch nên được chọn dựa trên thuật toán PoW của bộ điều khiển, không phải theo số phần riêng lẻ.

Khi nào Chuyển mạch theo Điểm trên Sóng có lợi trong tủ nhà máy hạ thế

Chuyển mạch theo điểm trên sóng mang lại hiệu quả nhất khi các bước tụ điện thường xuyên chuyển đổi và khi dòng khởi động (inrush) nếu không sẽ hạn chế khả năng theo dõi tải của bộ điều khiển.

Phù hợp mạnh:

• Tủ PF tự động nhiều bước trên các nhà máy có nhiều động cơ, nơi mà dao động nhu cầu phản kháng chậm trễ thay đổi theo ca làm việc.
• Các bước đủ lớn để làm rối loạn bus khi đóng ở góc xấu—hoạt động cầu chì phiền toái, mài tiếp điểm, hoặc nhấp nháy điện áp trên tải nhạy cảm.
• Các dự án mà nhà cung cấp dịch vụ hoặc tiêu chuẩn chất lượng điện nội bộ giới hạn các transients chuyển mạch ngay cả khi hệ số công suất ổn định đã trông có vẻ chấp nhận được.

Phù hợp yếu hơn:

• A bước tụ điện cố định đơn hiếm khi ngắt kết nối—thiết bị phần cứng PoW tăng chi phí với lợi ích vận hành ít ỏi.
• Những nhà máy nơi Sự biến dạng hài hòa, không phải góc chuyển mạch, là chế độ lỗi chính—xem giới hạn bên dưới.

Các nghiên cứu điện áp cực cao đã công bố so sánh việc cấp nguồn không kiểm soát với điều khiển điểm trên sóng tại điểm không đổi báo cáo giảm lớn dòng quá độ đỉnh và điện áp trong các trường hợp thử nghiệm và mô phỏng của họ. Những số liệu này minh họa cơ chế; chúng không phải là cam kết tên bảng điện áp thấp cho trang web của bạn.

Các ngân hàng tụ tự động cũng nhân đôi khả năng tiếp xúc: mỗi lần cấp nguồn là một sự kiện quá độ khác. Tài liệu giáo dục về ứng dụng tụ shunt ghi chú rằng quá điện áp chuyển mạch và dòng khởi động đi kèm với các ngân hàng tự động ngay cả khi hệ số công suất ổn định cải thiện.

Quan trọng: Chuyển mạch điểm trên sóng giới hạn áp lực cấp nguồn; nó không làm lệch tần số của ngân hàng chống lại cộng hưởng hài. Các cuộc thảo luận thực địa về các giai đoạn công suất phản kháng tự động mô tả các bộ phản ứng hú, tụ quá nhiệt, và cầu chì cháy khi tụ đơn giản tương tác với tải phi tuyến—triệu chứng mà chỉ PoW không thể chữa khỏi. Các bộ phản ứng lệch tần số, phân tích hài, hoặc các giải pháp chủ động vẫn có thể cần thiết trên các bus bị biến dạng. — nguồn: Sóng hài IPQDF và tụ điện hệ số công suất

Chọn phần cứng chuyển mạch và phù hợp với sản phẩm BYFK cho các bước ngân hàng tụ điện

Khi bạn chỉ định phần cứng cho tủ mới hoặc đã nâng cấp, hãy phù hợp lớp chuyển mạch với tần suất các giai đoạn di chuyển và mức dòng khởi động mà bus của bạn có thể chịu đựng.

Các bộ tiếp xúc tụ điện thông thường chẳng hạn như dây chuyền bộ tiếp xúc tụ chuyển mạch GJ19 vẫn phù hợp khi số bước ít, chuyển mạch chậm, và chiến lược của bộ điều khiển là thận trọng. Chúng là tiêu chuẩn so sánh trong nhiều đề nghị—không phải là kết thúc câu chuyện cho các bộ điều khiển tự động mạnh mẽ.

Công tắc ghép chẳng hạn như Dòng BYFK công tắc ghép thông minh hạ thế series đáp ứng mục tiêu công suất cảm ứng với dòng điện cắt qua điểm không giao nhau của điện áp và ngắt dòng qua điểm không giao nhau của dòng điện. Bảng thông số công bố của CNBYG cho BYFK liệt kê dòng quá tải dưới 1,5 lần dòng định mức, thời gian phản hồi dưới một giây, khoảng cách tối thiểu năm giây giữa bật và tắt, và ba mươi lăm giây giữa các kết nối liên tiếp—các giá trị này cần được kiểm tra phù hợp với hồ sơ phân đoạn của bộ điều khiển của bạn.

Tụ điện thông minh tích hợp chẳng hạn như Tụ điện thông minh dòng BY81 nhúng đo lường, điều khiển và chuyển mạch qua điểm không giao nhau đồng bộ bên trong mô-đun khi kiến trúc phân phối từng bước phù hợp hơn so với ngân hàng tiếp điểm trung tâm.

Dù bạn chọn con đường nào, hãy xác nhận ba mục với nhà cung cấp và nhà chế tạo bảng điều khiển của bạn:

1. Bộ điều khiển và công tắc chia sẻ một thuật toán PoW bao gồm xử lý điện áp dư.
2. Khoảng cách tối thiểu và khóa liên động ngăn chặn các chồng chéo liên tiếp mà bus của bạn không thể hấp thụ.
3. Nghiên cứu hài hòa tiền đề cho việc cấp nguồn trên các nhà máy sử dụng VFD nhiều—PoW không thay thế cho việc điều chỉnh tần số.

Câu hỏi thường gặp

Điểm trên sóng để chuyển mạch cho ngân hàng tụ điện là gì?

Là việc đóng/mở điều khiển đồng bộ với một góc mục tiêu trên sóng điện áp AC sao cho sự chênh lệch điện áp qua tiếp điểm của công tắc được tối thiểu hóa, điều này giới hạn dòng quá tải khi kết nối bước.

Tại sao việc chuyển mạch ngân hàng tụ điện gây ra dòng quá tải?

Tụ điện yêu cầu dòng điện mỗi khi điện áp đầu cuối thay đổi nhanh. Việc đóng tại ΔV tức thời cao buộc dòng sạc lớn cho đến khi tụ phù hợp với bus.

Chuyển mạch điện áp bằng không có giống với điểm trên sóng không?

Chuyển mạch điện áp bằng không là trường hợp của kiểm soát điểm trên sóng của ngân hàng đã xả—đóng tại hoặc gần điện áp bằng không. PoW cũng bao gồm các lần đóng tại đỉnh hoặc góc trung gian khi điện tích dư còn lại sau lần mở trước đó.

Là gì việc chuyển đổi ngân hàng tụ điện liên tiếp?

Là việc kích hoạt ngân hàng thứ hai hoặc bước thứ hai trong khi ngân hàng khác đã được kết nối trên cùng một bus. Mạng kết hợp này có thể tạo ra dòng quá độ cao hơn nhiều so với từng bước riêng lẻ.

Việc chuyển đổi tắt có xả tụ điện ngay lập tức không?

Không. Khi dòng điện bị gián đoạn tại điểm không, tụ điện thường giữ gần điện áp lưới cho đến khi điện trở xả hoặc thời gian giảm dần làm giảm nó. Việc đóng tiếp theo phải tính đến lượng charge bị mắc kẹt đó.

Tôi có cần phải điều chỉnh tần số nếu sử dụng phương pháp chuyển đổi theo điểm trên sóng không?

Thường thì có, đặc biệt trong các nhà máy có hàm lượng hài hòa đáng kể. Phương pháp PoW giảm các quá độ kích hoạt; nó không di chuyển các điểm cộng hưởng ra khỏi các hài hòa đặc trưng như một ngân hàng bộ điều chỉnh tần số bị điều chỉnh.

Các nhà máy điện áp thấp có thể sử dụng phương pháp chuyển đổi theo điểm trên sóng không?

Có. Các tủ điều chỉnh công suất phản kháng tự động LV thường sử dụng công tắc hợp chất hoặc tụ điện thông minh tích hợp với điều khiển điểm không đổi thay vì các bộ ngắt mạch quy mô lớn của nhà cung cấp dịch vụ điện.

Sự khác biệt giữa công tắc hợp chất và bộ tiếp xúc tụ điện là gì?

Công tắc hợp chất sử dụng thời gian thông minh cộng với các thành phần chuyển mạch lai để nhắm vào điểm không đổi của điện áp khi bật và điểm không đổi của dòng điện khi tắt cho nhiệm vụ tụ điện. Một bộ tiếp xúc thông thường có thể dựa vào cơ chế đơn giản hơn trừ khi đi kèm với bộ điều khiển thực sự đồng bộ hóa mọi lần đóng.

Tài liệu tham khảo

1. Trình duyệt công nghệ IEEE — Ngân hàng tụ điện và chuyển đổi kiểm soát
2. Hội nghị Web của E3S — Giảm thiểu nhiễu quá độ trong tích hợp ứng dụng điện áp cao
3. IEEE SA — Hướng dẫn IEEE C37.012-2022 về Ứng dụng chuyển đổi dòng điện tụ điện
4. Công nghệ điện — Đặc điểm và ứng dụng của tụ bù
5. IPQDF — Hài hòa và tụ điện công suất phản kháng: Hiểu rõ về hỏng hóc, cộng hưởng và giải pháp lọc