В результате длительной эксплуатации большого числа конденсаторных установок имеются данные о тех нарушениях нормального режима, которые могут возникнуть при наличии мощных источников высших гармоник вблизи конденсаторов.
Высшие гармоники тока, протекая по цепи конденсаторной установки, могут вызвать в последней перегрев и гудение конденсаторов; срабатывание максимальных реле тока или предохранителей, защищающих конденсаторы; перегрев контактов аппаратуры и токоведущих частей.
В остальной части электрической системы, присоединенной к источнику высших гармоник, последние вызывают иногда ненормальный нагрев электрооборудования, например синхронных генераторов или отдельных их конструктивных элементов. Наблюдались также случаи нарушения нормальной работы релейной защиты и линий связи.
При загрузке конденсатора высшими гармониками увеличивается его реактивная мощность и пропорционально ей — потери энергии в конденсаторе (§ 2-7). В результате этого повышается температура конденсатора и ускоряется процесс старения изоляции между обкладками, а значительная перегрузка конденсатора высшими гармониками приводит к быстрому выходу его из строя.
Срабатывание реле или предохранителей, защищающих конденсаторы, прекращает перегрев отключенных конденсаторов, но нарушает нормальную работу конденсаторной установки.
Появление высших гармоник тока в цепи конденсаторной установки проявляется наиболее заметно в увеличении показаний амперметров, контролирующих ток в цепи, причем это увеличение происходит непропорционально напряжению на зажимах установки.
Степень перегрузки конденсаторов высшими гармониками в ряде случаев не оставалась постоянной, а изменялась с течением времени, причем эти изменения иногда носили периодический характер.
Например, одна конденсаторная установка 63 кВАр при полной нагрузке предприятия работала нормально, а в периоды малой нагрузки (в субботу вечером и в воскресенье) ток в ней повышался, достигая временами 162% номинального тока при одновременном повышении напряжения только до 105% номинального.
На другой установке напряжением 6 кВ при определенной нагрузке подстанции и определенной рабочей схеме ее (включен только один трансформатор 6 300/400 в) резко возрастала 5-я гармоника тока, достигая почти 40% основной гармоники. Увеличение тока в цепи батареи вызывало срабатывание реле типа ЭТ, осуществлявшего максимальную защиту.
Осциллографирование кривой тока при этих условиях и разложение ее на гармоники дали следующие значения амплитуд высших гармоник по отношению к амплитуде основной гармоники:
Рис. 4-2. Осциллограммы тока в присоединении конденсаторной батареи (1) и линейного напряжения на сборных шинах (2). Кривая тока содержит резко выраженную 17-ю гармонику.
Таким образом, эффективное значение тока было равным 0,01√100+37,52 + 3,92 + 0,42 0,32 = 1,065 тока основной гармоники, т. е. появление высших гармоник увеличивало нагрузку конденсаторов по току на 6,5%, а по реактивной мощности— на 2,8%, как можно найти по формуле, приведенной в § 2-5. Эти явления исчезали при увеличении нагрузки на сборных шинах 6 кВ подстанции или при включении второго трансформатора [Л. 11-6].
На предприятии цветной металлургии с крупной, ртутно-выпрямительной установкой, питающей электролизные ванны, были введены в эксплуатацию конденсаторные батареи 6 кВ. Высокая аварийность конденсаторов заставила произвести осциллографирование тока в цепях батарей, и было обнаружено резкое искажение кривых тока. На одной батарее преобладала 17-я гармоника (рис. 4-2) и на другой — 11-я.
Конденсаторная установка 6 кВ, 200 кВАр работала нормально в течение 3 лет до ввода в эксплуатацию тяговой ртутно-выпрямительной подстанции, расположенной на расстоянии нескольких километров. После этого ток в цепи батареи резко повысился и доходил до 250% номинального значения, вызывая срабатывание предохранителей индивидуальной защиты.
Рис. 4-3. Осциллограммы тока в присоединении конденсаторной батареи (1) и линейного напряжения на сборных шинах (2). Кривая тока содержит 7-ю гармонику.
На крупной компрессорной установке наблюдался характерный случай перегрузки конденсаторов высшими гармониками, источником которых был мощный трансформатор 110/6,3 кВ. Напряжение сети на стороне 110 кВ трансформатора держалось на уровне около 115 кВ. Трансформатор питал сборные шины 6 кВ, к которым были присоединены параллельно две конденсаторные батареи общей мощностью около 5 000 кВАр и несколько мощных асинхронных двигателей. Напряжение на сборных шинах мало отличалось от синусоиды, но ток в цепи каждой батареи содержал явно выраженную 7-ю гармонику, и действующее значение тока доходило иногда до 130% номинального значения (рис. 4-3).
Во всех описанных выше случаях значительное увеличение действующего значения тока в цепи конденсаторной установки наблюдалось без пропорционального ему повышения напряжения и, следовательно, являлось результатом не повышения напряжения основной гармоники, а появления резко выраженных высших гармоник в кривой тока.
Известны и другие случаи, когда высшие гармоники, создаваемые ртутновыпрямительными установками (6-я, 7-я, 11-я и др.), нарушали нормальную работу конденсаторных установок, других элементов электрической системы и линий телефонной связи [Л. 4-3, 4-6, 4-9 и 4-13].
Гармоники порядков, кратных трем (3-я, 9-я и т. д.), могут протекать в цепи только той трехфазной батареи, которая соединена звездой с заземленной нейтралью. При этом ток гармоники, протекающий в нейтральном проводе, равен утроенному току той же гармоники в фазе батареи. Эти гармоники иногда наблюдались при эксплуатации конденсаторных установок с заземленной нейтралью. ,
Например, в одном случае через нейтраль батареи 4 кВ, 135 кВАр протекал ток 3-й гармоники 10 а. В нейтралях двух других батарей 13,2 кВ наблюдался ток 9-й гармоники. Для устранения этих явлений первая батарея была заменена батареей того же напряжения, соединенной треугольником, а в цепи заземления нейтральных точек двух других батарей были включены реактивные катушки, снизившие в достаточной степени ток высшей гармоники [Л. 11-10].
