高調波およびスイッチングに対するコンデンサバンクケーブルの選定

コンデンサバンクケーブルは、kvar値だけでなく、バ​​ンク電流、高調波負荷、スイッチング周波数、周囲温度、経路、終端条件などを考慮して選定する必要があります。デチューンリアクトルと将来のバンクステージは、どちらもフィーダーの実際の熱負荷を変化させる可能性があるため、同じ計算に含める必要があります。

出典注記： IEC 60831-1:2014。IEC 60831-1:2014は、定格電圧1,000Vまで、周波数15Hz～60Hzの力率改善用自己修復コンデンサユニットおよびバンクを対象としています。この適用範囲により、購入者はシステム電圧、システム周波数、および機器が補正バンクであるか、電力フィルタ回路の一部であるかという3つの項目を即座に確認できます。

「パフォーマンス、テスト、評価に関する統一的な規則を策定する」

IEC 60831-1:2014に準拠。

単線結線図では、コンデンサバンクは2枚のプレートとそれに接続された給電線で表されます。配電室では、同じ構成は配電盤と、一日中オンオフを繰り返すリアクティブ機器が詰まった筐体との間を走るケーブルで表されます。

そのケーブルのサイズは、電流が正弦波で一定であるという前提に基づき、銀行の定格値のみで決定されることが多い。しかし、駆動装置、整流器、その他の非線形負荷が電力需要の大部分を占める工場では、これらの前提はどちらも疑わしい。

以下では、コンデンサバンクケーブルにラベル表示以上の機能が求められる場合の実際的な状況と、注文前に解決しておくべき問題点について解説します。

無効電力がコンデンサバンクケーブルになる理由についての質問

力率が低いということは、電源が供給しなければならない電流が、有効電力だけで必要な電流よりも多くなることを意味します。力率補正は、上流側でその電流を低減させるものであり、まさにこの目的のために機器が設置されているのです。

しかし、配電盤とコンデンサの間では、フィーダー線がバンク電流を流します。この電流は、印加電圧におけるバンクの定格値に依存し、実際の設備では、ネットワークによって発生するあらゆる高調波成分も流します。

その結果、銘板からは熱負荷が明らかにならないフィーダーが、建物内の他のどの回路よりも頻繁にスイッチングされる回路に組み込まれることになる。

それらのどれも、ケーブルの選定を難しくするものではありません。単に、高調波に関する前提条件を暗黙のうちに示さずに、仕様書に明記する必要があるというだけのことです。

コンデンサバンクケーブルは、電流がきれいな正弦波ではない回路で動作するため、高調波成分もサイズ選定の検討事項に含める必要がある。

基板とコンデンサ間の給電線が運ぶもの

電流の構成要素は4つあり、それらすべてが議論の対象となるが、単純な評価計算では最初の要素しか現れない。

• 印加電圧におけるバンク定格に対応する基本波電流。
• ネットワーク歪みが存在する場合に、銀行が引き込む、または供給する高調波電流。
• バンクが通電されるたび、またはステップが切り替わるたびに、過渡現象を切り替えます。
• 同一筐体内に階段と反応器を配置することによって生じる循環電流。

最初の項目だけに基づいて選定されたコンデンサバンクケーブルは、そのケーブルの最も簡単な役割に基づいて選定されたケーブルである。

力率改善装置は、プラントの変更後に設置されることが多いため、ケーブルは既に存在する高調波に対して考慮する必要がある。

従来型補償とデチューン補償の比較

この2つの方式は、ネットワークが歪んだ状態では異なる挙動を示し、その違いはケーブルにも及ぶ。

どちらの方式も、抽象的に見れば優れているとは言えません。ネットワークが適切な配置を決定し、ケーブルはその決定に従います。

リアクトルの同調がずれると、フィーダーが受ける電流だけでなく、バ​​ンクの周波数応答も変化するため、ケーブル用途においては両者は切り離せない関係にある。

高調波電流と導体の選定

導体のサイズは、電流と温度上昇を考慮して選択されます。電流に高調波が含まれる場合、実効値が上昇し、表皮効果と近接効果によって、これらの周波数における実効抵抗が変化します。

無効電力機器への給電線の場合、実際的な結果として、定格低減係数を計算に含める必要があり、それらの係数は、その係数を生み出した前提条件とともに明記されるべきである。

中性線と保護導体は個別に確認する価値がある。なぜなら、三相システムでは三重高調波の挙動が異なり、単純な平衡負荷の場合よりも中性線に多くの電流が流れる可能性があるからである。

貯水池が段階的に設置される場合、フィーダー線は最終的な総容量に合わせて設計され、初期段階の容量はそれよりも小さくなることがあります。これは、ケーブルがどの段階で選定されたのか、また中間段階での電流値はどのくらいになるのかが記録に明記されていれば、理にかなっています。

高調波電流は、同じ基本波電流であっても導体の温度を上昇させるが、この効果は50Hzまたは60Hz成分用に作成されたスケジュールでは見落とされやすい。

保護、開閉、接地に関する実践

フィーダーが実際の運用において、研究結果と同様の挙動を示すかどうかを決定づける5つのポイント。

調和成分を許容する保護機能

基本電流のみに基づいて選定されたデバイスは、波形が歪んだ場合に誤動作する可能性がある。

スイッチング周波数とデューティ比

銀行が繰り返し出入りを繰り返すと、ケーブルとその終端の両方に循環料金が発生することになる。

退院および隔離に関する取り決め

蓄積されたエネルギーは、回路に手を加える前に管理する必要があり、それはスイッチング手順に含まれる。

筐体とフィーダーの接地

保護導体の配置は、図面から推測するのではなく、電源システムと協議して決定すべきである。

導体に適した終端処理

リアクタンス機器は、多くの場合、太い導体または柔軟な導体で接続されるため、ラグまたはグランドは、終端される導体と一致していなければなりません。

無効電力補償とは、頻繁に切り替わる負荷のことであり、頻繁な切り替わりは、絶縁体や両端の接続部の経年劣化によって引き起こされる現象である。

コンデンサ周辺の環境条件および筐体条件

反応型機器は工場内で最も高温になる場所に設置されており、ケーブルも同様の環境にさらされている。

これらは、公称電流をケーブルの断面積に変換するための数値であり、カタログではなく工場から得られたものです。

2度移転した銀行

状況：ある工場では、3年かけて製造ラインに駆動装置を追加し、その後、力率を供給契約で想定されたレベルに戻すためにコンデンサバンクを設置した。このバンクは、無効負荷のある場所ではなく、配電盤の空きスペースがある場所に設置された。

調査結果：最初の設置位置では、バンクは長いフィーダー線上にあり、既に歪みが大きいネットワーク区間に近い位置にあった。設置は正常に機能し、盤上で測定された電流値は、当初の計算値よりも明らかに高かった。

決定事項：バンクを負荷に近い位置に移設し、フィーダーは想定値ではなく、仕様書に記載された実測高調波成分に基づいて再選定した。また、運転パターンが変化する頻度を減らすため、手順も再編成した。

結果：基板上で測定された電流値は設計値に近づき、スイッチング回数が減少した。2番目の位置にあるケーブルは、推測ではなくデータに基づいて発注されたものであり、この点は改めて強調する価値がある。

基板とコンデンサバンク間のケーブル配線

この回路では、配線の長さが2つの点で重要になります。1つはバンクの電圧に影響を与えること、もう1つは電源とコンデンサ間のインピーダンスに影響を与えることです。インピーダンスは、高調波に対する設備の応答性を決定するパラメータの1つです。

コストや電圧の観点から、短く直接的な経路が一般的に好ましい。また、そのような経路では、独自の歪みを発生させる回路とフィーダーがトレイを共有する可能性も低くなる。

ケーブルが工場内を通過する必要がある場合は、実際の長さを記録しておく必要があります。縮尺図面に基づいて計算した値は、誤差が不明な計算値となります。

銀行への通電前の試運転チェック

サイトがまだ静かなうちに、ほとんどの問題を検出できる5つのチェック項目。

• 記録に記載されている定格および定格低減に関する仮定値に基づき、フィーダーケーブルが選択されたケーブルであることを確認してください。
• 両端の終端処理において、導体の準備、トルク、および歪み緩和を確認してください。
• スイッチングを行う前に、保護導体と筐体の接地を確認してください。
• バンクが稼働している場合と停止している場合の両方で、基板上の電流と電圧を記録してください。
• 測定値を解釈する際に役立つよう、測定時の筐体内の周囲温度を記録しておいてください。

静かな場所で記録を取っておくことは、2年後に騒乱のある日中に測定した値よりもはるかに有用である。

コンデンサバンクケーブルの保守と経年劣化

反応型設備の中で最も影響を受けるのは、接続部とスイッチング機器である。ケーブルの絶縁体は温度によって劣化するため、想定よりも高温で稼働するフィーダーは、定格寿命よりも早く劣化してしまう。

端子部の熱画像検査、筐体温度のチェック、スイッチングパターンの確認を含む計画的なルーチンを実施することで、ほとんどの初期故障を早期に発見できます。

プラントが再び変更される場合（通常は変更される）、最初の設置時の記録が、バンクとそのフィーダーを迅速に再評価するために役立つ。その時点で問題となるのは、ケーブルの種類ではなく、実際にどのような負荷がかかっていたかである。

コンデンサバンクケーブルの見積依頼の詳細

これらの詳細情報により、コンデンサバンクケーブルは、バンクの定格値だけでなく、実際に接続されるネットワークに合わせて選択できるようになります。

• 印加電圧と接続構成による、段階的な銀行定格
• 原子炉が含まれているかどうか、また、ステップがどのように調整されるか
• 接続点における測定または予測される高調波成分
• 筐体内部またはスイッチルーム内の設計周囲温度
• ボードから銀行までの経路の長さ（縮尺ではなく図示）。
• 通常の業務日中に手順が切り替わる頻度
• 電源システムの接地配置と保護導体の要件
• 両端で使用される終端処理と想定される導体タイプ

IEC 60502 、 IEC 60228 、 IEC 60332などの技術規格は、ケーブルの構造と試験用語を統一するのに役立ちます。ただし、最終的なシステム決定は、承認されたプロジェクト仕様書、適用される現地規則、および資格を有する設計機関によって決定されます。

金川ケーブル社製、力率改善設備用サポートケーブル

JINCHUAN Cableは、電流がきれいな正弦波ではない回路向けの電力ケーブルを製造しており、リアクタンス機器に電力を供給するフィーダー用の導体および絶縁データを提供することができます。

電源ケーブルの仕様範囲と製造プロファイルを確認し、その後、バンクの詳細情報と測定されたネットワーク条件を送信してください。そうすることで、フィーダーをそれらに適合させることができます。

JINCHUAN Cableについて読むか、プロジェクトの電圧、ルート、サービス条件を添えてJINCHUAN Cableにお問い合わせください。

フィーダーを発注する前に、バンク配置と測定された歪みを修正してください。なぜなら、クリーンな正弦波電流用に選ばれたケーブルが、別の用途で使用されることになるからです。

よくある質問

コンデンサバンクケーブルは、定格値よりも太い導体を必要とするのでしょうか？

多くの場合、それは起こります。なぜなら、高調波電流は基本波に加算され、同じ有効電力でも導体の温度を上昇させるからです。

調整済み原子炉は何のためにあるのですか？

これにより、バンクの共振周波数が支配的な高調波よりも低くなり、ネットワークに既に存在する歪みが設備によって増幅されるのを防ぐことができる。

ここでフィーダーの長さが重要な理由は何ですか？

これはバンクの電圧と電源とコンデンサ間のインピーダンスに影響を与え、どちらも設備の動作に影響を及ぼします。

ケーブルテレビにとって、頻繁な切り替えは問題になるのでしょうか？

繰り返し通電するとケーブルの終端部や絶縁体に負担がかかるため、スイッチング負荷は仕様に関する議論に含めるべき事項である。

中立的な立場は異なる扱いを受けるべきだろうか？

三相システムにおいて三重高調波が存在する場合、中性線には平衡基本波負荷が示唆するよりも多くの電流が流れる可能性があるため、別途確認する価値がある。

周囲温度は何度に設定すべきですか？

ケーブルが通っている筐体内部または配電室内部の温度は、通常、屋外の設計温度よりも高くなります。

接地はどのように行われますか？

保護導体の配置は電源系統の接地方式に従うものであり、想定するのではなく、電気設計者に確認する必要があります。

銀行は段階的に設置できますか？

はい、そしてフィーダーのサイズは最終的な総量に合わせて設定されることが多いです。記録には、どの段階で選別が行われたかが明記されているはずです。

試運転では何を記録すべきでしょうか？

バンクが稼働中および停止中の基板における電流と電圧、および測定時の周囲温度。

金川電線は、このようなプロジェクトをどのように支援しているのでしょうか？

金川電機は電力ケーブルを供給し、導体および絶縁に関するデータを提供することで、フィーダーが実際の負荷に対して適切に機能するかどうかを確認できるようにしています。