При перегрузке конденсаторов высшими гармониками, превышающей допустимую (§ 2-9), они должны отключаться соответствующей релейной защитой (§ 7-3), а при отсутствии ее — вручную. Кроме того, необходимо проводить мероприятия, устраняющие перегрузку.
Меры борьбы с перегрузкой конденсаторов высшими гармониками сводятся к ослаблению резонансных явлений путем изменения схемы сети или параметров ее элементов. Наиболее простым мероприятием является отключение части конденсаторов на время, когда наблюдаются высшие гармоники, или перемещение части конденсаторов в другие точки сети, или изменение схемы соединения батареи с источником высших гармоник.
Например, на одной конденсаторной установке 220 В, 50 кВАр наблюдалась перегрузка высшими гармониками, причем ток в линии, ведущей к батарее, доходил до 344 а, т. е. до 260% нормального тока 131 а. После уменьшения мощности батареи до 30 кВАр ток в линии не превышал 100 а, т. е. 125% нормального тока 79 а. Отключенные 20 кВАр были присоединены в других точках сети на том же предприятии.
На предприятии цветной металлургии, упомянутом в § 4-3, перегрузка конденсаторов 6 кВ высшими гармониками наблюдалась на цеховых подстанциях, питающихся наряду с ртутными выпрямителями от центральной заводской подстанции 110/6 кВ. Конденсаторы были оставлены на прежних местах, но схема присоединения их к сети была изменена таким образом, что они оказались связанными с ртутными выпрямителями не кратчайшим путем, а через несколько промежуточных подстанций. В результате этого ток в конденсаторах резко снизился почти до номинального. При восстановлении прежней схемы питания ток в конденсаторах увеличивался почти вдвое, вызывая срабатывание максимальной защиты.
Отключение или перемещение конденсаторов имеет тот недостаток, что вызывает или простой конденсаторов, или принудительное, быть может, не вполне рациональное размещение их в сети. (Поэтому иногда применяют другой способ борьбы с высшими гармониками — постоянное включение в цепь последовательно с конденсаторной батареей дополнительных индуктивных элементов.
Это мероприятие основано на том, что реактивное сопротивление конденсаторной установки с добавочными индуктивностями равно для k-й гармоники
где хL1 и хC1 — сопротивления добавочной индуктивности и конденсаторной установки для 1-й гармоники (сопротивление хC1 должно быть приведено к соединению фаз звездой).
Даже при небольшом отношении хL1 к xC1 конденсаторная установка с добавочными индуктивностями представляет собой для высших гармоник как бы индуктивный элемент системы. Тем самым устраняются резонансные явления и снижается загрузка конденсаторов высшими гармониками [Л. 10].
Существует следующий упрощенный метод выбора добавочных индуктивностей. Поскольку 3-и гармоники в линейных напряжениях сетей трехфазного тока отсутствуют, выбор добавочной индуктивности производят а расчете на 5-ю гармонику, если только батарея не соединена звездой с заземленной нейтралью. Расчет исходит из требования о том, чтобы при основной частоте сопротивление Х добавочной индуктивности было больше 4% сопротивления xC1 одной фазы батареи, приведенного к соединению звездой, т. е. чтобы оно удовлетворяло неравенству ХL1>0,04 хС1.
При этом условии для 5-й гармоники Xl5>Xc5, т. е. конденсаторная установка в целом, включая добавочные индуктивности, является индуктивным элементом системы уже для 5-й гармоники и тем более для гармоник более высоких порядков. Практически выбирают добавочную индуктивность с таким расчетом, чтобы xL1 составляло около 6% xC1.
Необходимо учитывать, что этот метод защиты конденсаторов от высших гармоник несколько увеличивает загрузку их основной гармоникой.
При выводе этих выражений предполагалось, что напряжение сети синусоидально и не изменяется в результате установки добавочных индуктивностей, а отношение s значительно меньше единицы, составляя около 0,06.
Таким образом, несмотря на потери реактивной мощности в добавочных индуктивностях, реактивная мощность конденсаторной установки в целом повысится вследствие повышения напряжения основной гармоники на зажимах конденсаторов. Повышение напряжения можно допускать лишь в пределах, установленных для данных конденсаторов.
Добавочные индуктивности выполняются по типу реакторов с масляным охлаждением и напоминают их по виду.
На одной 12-фазной ртутновыпрямительной установке были применены силовые конденсаторы для повышения коэффициента мощности. Ток, протекавший через конденсаторы, содержал настолько резко выраженную 49-ю гармонику (k= 4m+1), что первая гармоника была почти незаметна в кривой тока (рис. 4-4, кривая 1).
Для расстройства резонанса последовательно с батареей были установлены добавочные индуктивности, сопротивление которых при основной частоте составляло 7% емкостного сопротивления батареи. В результате этого кривая тока в цепи батареи превратилась в почти чистую синусоиду (рис. 4-4, кривая 2).
Конденсаторная установка с добавочными индуктивностями может быть использована для защиты от какой- либо гармоники элементов системы, присоединенных параллельно данной установке, в том числе и других конденсаторных батарей. Для этого сопротивления добавочной индуктивности и конденсаторной установки для данной гармоники должны быть равны между собой: xLk= Xck. Тогда реактивное сопротивление цепи, состоящей из этих двух элементов, равно нулю, и если пренебречь ее активным сопротивлением, то она представляет для данной гармоники как бы место короткого замыкания. Ток этой гармоники отсутствует в элементах системы, присоединенных параллельно данной установке [Л. 4-2, 4-9 и 4-12].
Рис. 4-4. Сглаживающее влияние последовательного включения индуктивных сопротивлений на высшие гармоники тока в цепи конденсаторной батареи.
1 —ток до включения индуктивных сопротивлений; 2—ток после включения.
Такое устройство по принципу действия не отличается от электрических фильтров с последовательным соединением индуктивности и емкости, служащих для защиты электроустановок от высших гармоник и присоединяемых параллельно приемникам. Применение его возможно лишь при том условии, что конденсаторы выдерживают без вредных последствий ток, протекающий через них при этом режиме.
Как отмечено в § 4-3, в цепях конденсаторных установок, соединенных звездой с заземленной нейтралью, иногда наблюдались высшие гармоники порядков, кратных трем. Для устранения их применялись такие мероприятия: переход к соединению батареи треугольником, отказ от заземления нейтрали при сохранении соединения звездой, включение индуктивности в цепь заземления нейтральной точки батареи [Л. 11-110].
