Causas, características y métodos limitantes de la corriente de irrupción de conmutación de condensadores

I. Causas de la corriente de irrupción de conmutación de condensadores

La causa principal de la corriente de entrada de conmutación del capacitor es que un capacitor es un componente de almacenamiento de energía y el voltaje a través de sus terminales no puede cambiar abruptamente. En el momento del encendido, es equivalente a "una carga capacitiva que se conecta repentinamente al circuito" con una impedancia de bucle extremadamente baja, lo que resulta en un gran impacto de corriente instantáneo. Las condiciones específicas se detallan a continuación:

 

1. Primera conmutación (estado sin carga): en el momento de la primera operación de conmutación del capacitor, sus placas están en un estado descargado y el voltaje inicial en los terminales es 0. Después de encenderlo en este momento, el voltaje del sistema se aplica instantáneamente a ambos extremos del capacitor. Dado que el voltaje del capacitor no puede cambiar abruptamente, se genera una corriente de carga instantánea en el circuito. Esta corriente solo está limitada por la impedancia total del bucle (incluida la inductancia de línea, la inductancia de fuga del transformador y la resistencia en serie equivalente ESR del capacitor). Debido a que la impedancia de bucle equivalente es extremadamente pequeña (cercana a un estado de cortocircuito-) en el momento del encendido, se genera una gran corriente de entrada. La corriente de entrada máxima generalmente ocurre en el momento del encendido (relacionada con la fase del voltaje del sistema; cuando el voltaje del sistema está cerca del valor máximo durante el encendido, la amplitud de la corriente de entrada es relativamente mayor).

 

2. Re-conmutación sin descarga suficiente (conmutación cargada): si el condensador se vuelve a -conectar sin descarga suficiente después de cortarlo y ponerlo fuera de funcionamiento, la amplitud de la corriente de entrada de conmutación puede alcanzar el doble que la de la primera conmutación (estado sin carga). La razón principal es que después de cortar el capacitor, quedan cargas residuales en las placas (si no se descargan, la tensión residual se aproxima a la tensión de fase nominal del sistema). Al volver a encender, si el voltaje del sistema y el voltaje residual del capacitor están exactamente en un estado de fase opuesta de "igual magnitud y dirección opuesta", la diferencia de potencial instantánea entre los terminales del capacitor es el doble del voltaje de fase nominal, lo que lleva a un fuerte aumento en la corriente de carga y, por lo tanto, a una mayor corriente de entrada de conmutación. Por lo tanto, para evitar grandes daños por corriente de irrupción al equipo causados ​​por la conmutación cargada, el capacitor debe descargarse completamente (generalmente descargado por debajo del voltaje seguro a través de una resistencia de descarga) antes de volver a encenderlo después de cortarlo y ponerlo fuera de funcionamiento.

 

II. Características relacionadas de la corriente de irrupción de conmutación de condensadores

El múltiplo de amplitud de la corriente de irrupción de conmutación del capacitor está relacionado principalmente con dos factores: primero, la capacidad del capacitor conectado (cuanto mayor sea la capacidad, mayor será la amplitud de la corriente de irrupción generalmente); en segundo lugar, la capacidad de cortocircuito-del sitio de instalación (cuanto mayor sea la capacidad de cortocircuito-del sistema, menor será la inductancia de bucle equivalente, mayor será la amplitud de la corriente de irrupción y mayor será la frecuencia de oscilación). Si el condensador se instala en un circuito con una gran capacidad de cortocircuito-, la inductancia del bucle es pequeña y la impedancia es baja, por lo que la corriente de irrupción no solo tiene una gran amplitud sino también una frecuencia de oscilación significativamente mayor.

 

Los datos medidos muestran que en un sistema de energía convencional, la amplitud de la corriente de irrupción de conmutación del capacitor suele ser de 5 a 15 veces la corriente nominal del capacitor (el valor específico se ve afectado por los parámetros del bucle; por ejemplo, la configuración de un reactor en serie puede reducir significativamente la amplitud de la corriente de irrupción); la frecuencia de oscilación de la corriente de irrupción es generalmente de 250 ~ 400 Hz (perteneciente a la corriente de irrupción de alta-frecuencia); al mismo tiempo, se acompaña de una sobretensión instantánea durante el proceso de conmutación, y su amplitud es aproximadamente 2 a 3 veces la tensión de fase del sistema (esta sobretensión es una sobretensión transitoria con una duración extremadamente corta, pero aún puede afectar el aislamiento del capacitor).

Explicación profesional complementaria: en ingeniería práctica, para suprimir la corriente de irrupción de conmutación, generalmente se conecta un pequeño reactor (reactor de supresión de corriente de irrupción) en serie en el circuito del capacitor, lo que puede limitar la amplitud de la corriente de irrupción a 2 ~ 5 veces la corriente nominal y al mismo tiempo reducir la amplitud de sobretensión transitoria para proteger el capacitor y el equipo del circuito.

 

III. Métodos para limitar la corriente de irrupción de conmutación de condensadores

La corriente de funcionamiento del condensador no solo está relacionada con el voltaje fundamental de la fuente de alimentación, sino también positivamente con la frecuencia del voltaje (de acuerdo con la fórmula de reactancia capacitiva X_C= 1/2πfC): cuando la forma de onda del voltaje de la fuente de alimentación se distorsiona y se aplica un voltaje armónico de alto-orden al capacitor, dado que la frecuencia armónica es mucho mayor que la frecuencia fundamental, la reactancia capacitiva del capacitor se reducirá significativamente, lo que provocará un aumento sustancial en la corriente armónica que pasa a través del capacitor; al mismo tiempo, la corriente del condensador también está relacionada positivamente con la capacitancia. Cuanto mayor es la capacitancia, menor es la reactancia capacitiva y mayor es la corriente que pasa (incluidas la corriente fundamental y la corriente armónica), lo que agrava aún más la distorsión de la forma de onda del voltaje y forma un círculo vicioso.

 

1. Para limitar eficazmente la corriente de irrupción de conmutación del capacitor y suprimir el impacto de los armónicos de orden alto-en la red eléctrica en el capacitor, conectar un reactor en serie en el bucle del capacitor es el método más comúnmente utilizado y efectivo en ingeniería. Su principio fundamental es:Jinneng electric Iron-Reactores de filtro de armónicos centralesaumenta la reactancia inductiva total del circuito, forma resonancia en serie con la reactancia capacitiva del capacitor (para armónicos específicos), que no solo puede reducir la corriente de descarga cuando el capacitor está encendido sino que también suprime la intrusión de corriente armónica. Si los parámetros del reactor en serie se seleccionan correctamente, la corriente de entrada de conmutación se puede limitar de manera estable dentro del rango permitido del equipo.

Cuando el reactor en serie solo se usa para limitar la corriente de entrada de conmutación, su capacidad (tasa de reactancia) debe seleccionarse como un valor pequeño, generalmente 0,2% ~ 1% de la capacidad nominal del capacitor (tasa de reactancia 0,2% ~ 1%). Los datos de prueba y operación de ingeniería muestran que cuando se conecta un reactor con una tasa de reactancia en serie del 0,2%, la corriente de irrupción de conmutación del capacitor se puede suprimir significativamente para cumplir con los requisitos de operación de los equipos convencionales; Si es necesario considerar la supresión de armónicos (como la supresión del tercer y quinto armónico) al mismo tiempo, la tasa de reactancia se puede aumentar adecuadamente (como 3%, 5%).

 

2. Además del reactor en serie, el interruptor de conmutación del condensador libre de corriente de entrada-(comointerruptor de tiristor) también es un dispositivo de supresión de corriente de irrupción de uso común. Este tipo de interruptor se compone principalmente de un tiristor bidireccional, un circuito de activación, un circuito de absorción, un circuito de protección y un disipador de calor inteligente. Basándose en la tecnología patentada de forma independiente de encendido-de voltaje cero-y de apagado-de corriente cero-, puede realizar una conmutación de condensadores sin corriente de irrupción-sin impactos-, con una velocidad de respuesta rápida y un tiempo de respuesta promedio de menos de 10 ms. Puede compensar eficazmente la demanda de potencia reactiva de las cargas de impacto y puede reemplazar el dispositivo de conmutación de contactor tradicional, evitando el impacto del arco y el problema de la corriente de irrupción durante la conmutación del contactor.