При соединении трехфазной батареи звездой нейтральная точка звезды или остается изолированной от земли, или заземляется. Заземление нейтрали производится или наглухо, или через трансформатор тока, или через трансформатор напряжения. Поскольку первичная обмотка трансформатора напряжения имеет большое сопротивление, установки с заземлением нейтрали через трансформатор напряжения обычно относят к категории установок с изолированной нейтралью.
Таким образом, трехфазные батареи, соединенные звездой, можно подразделить на батареи с изолированной нейтралью и батареи с заземленной нейтралью. Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки сравнительно с другой схемой, а также с соединением фаз батареи треугольником.
Однако ни одна из этих трех схем не имеет решающих преимуществ перед двумя другими и выбор между ними определяется не только напряжениями батареи и конденсаторов, но и другими условиями. Этим объясняется то, что за рубежом можно встретить конденсаторные батареи одного и того же напряжения с разными схемами соединения фаз.
В США опубликованы результаты обследования большого количества конденсаторных батарей напряжением 2400—13 000 В с параллельным соединением конденсаторов, установленных в районах деятельности 68 электроснабжающих организаций. По этим данным батареи напряжением 2400, 4 800 и 7 200 В соединены почти исключительно треугольником, а батареи, номинальные напряжения которых равны указанным выше напряжениям, умноженным на 1,73, т. е. 4 160, 8 310 и
12 470 В, а также 13 000 В, соединены в большинстве случаев звездой. При любом из последних четырех напряжений батареи с заземленной нейтралью встречаются чаще, чем батареи с изолированной нейтралью [Л. 6-5].
При более высоких напряжениях, т. е. при параллельно-последовательном соединении конденсаторов, фазы батареи соединяются почти всегда звездой, причем и в этом случае заземленная нейтраль встречается в США и в других странах, по-видимому, чаще изолированной нейтрали.
В пользу заземления нейтрали конденсаторных установок приводят чаще всего следующие соображения [Л. 6-5]:
- В батареях с заземленной нейтралью потенциал последней при любом режиме работы равен потенциалу земли, и поэтому нет надобности в запасе изоляции батареи по отношению к земле.
- Конденсаторная установка с заземленной нейтралью защищает в большей или меньшей степени другое электрооборудование от атмосферных перенапряжений. Степень надежности этой защиты возрастает с повышением мощности батареи.
- В батареях с заземленной нейтралью, имеющих параллельное соединение конденсаторов и присоединенных к сети, нейтраль которой также заземлена, короткое замыкание между зажимами конденсатора равносильно однофазному короткому замыканию. Тем самым обеспечивается более четкая работа предохранителей, защищающих установку. Однако в установках с большим током однофазного короткого замыкания, угрожающим целости бака конденсатора, эта особенность схемы превращается в недостаток.
- При обрыве одного или двух проводов линии, питающей батарею с изолированной нейтралью, возможно питание нагрузок, присоединенных параллельно батарее, через фазы последней. Это создает возможность резонансных явлений и перенапряжений, возникающих вследствие последовательного соединения емкости батареи с индуктивностью других элементов системы, а также возможность обратного чередования фаз у потребителей. При заземлении нейтрали батареи возможность этих явлений исключена.
Основным недостатком заземления нейтрали считается возможность протекания высших гармоник, кратных трем, через заземление и, следовательно, по сети, к которой присоединена конденсаторная установка (§ 4-3).
Схема с изолированной нейтралью не имеет этого недостатка, так как при ней высшие гармоники, кратные трем, не могут протекать по цепи. Другим преимуществом этой схемы является возможность применения релейной защиты, реагирующей на изменение потенциала нейтрали и довольно успешно защищающей установку от замыканий между обкладками конденсаторов (§ 7-3). С другой стороны, эта схема не имеет преимуществ схемы с заземленной нейтралью, перечисленных выше.
В защиту или против той или иной схемы приводят и другие соображения [Л. 6-5], например ссылаются на разницу в протекании коммутационных процессов при разных схемах соединения фаз.
Хотя в пользу заземления нейтрали высказывают в последнее время больше доводов, чем в пользу работы без ее заземления, тем не менее при обсуждении вопроса о заземлении нейтрали обычно находятся сторонники обоих вариантов. Это можно объяснить тем, что указанные преимущества заземления нейтрали не ощущаются в достаточной степени при эксплуатации конденсаторных установок. К тому же заземление нейтрали также имеет свои недостатки.
Конденсаторные установки с соединением фаз треугольником имеют следующие особенности:
- При параллельном соединении конденсаторов в каждой фазе (схема Δ-l) короткое замыкание между зажимами конденсатора равносильно двухфазному короткому замыканию.
- Напряжение, приходящееся на каждую фазу, в любом случае равно линейному напряжению сети, т. е. не зависит от исправности других фаз батареи. Потенциал каждой точки батареи относительно земли не фиксирован и определяется потенциалами фаз сети относительно земли.
- Обрыв одного или двух проводов линии, питающей батарею, может иметь те же последствия, что при соединении фаз звездой с изолированной нейтралью.
Рис. 6-1. Основные варианты схем присоединения конденсаторных установок к сети, а—через отдельный выключатель; б—через общий выключатель с приемником (разъединитель на ответвлении к батарее не обязателен).
Реактивные нагрузки, компенсируемые трехфазными конденсаторными батареями, в подавляющем большинстве случаев симметричны или приближаются к симметрии. Поэтому все три фазы батареи независимо от схемы их соединения (треугольник или звезда) должны иметь одинаковую емкость, чтобы существовала симметрия токов и напряжений в компенсированной части сети. Если батарея соединена звездой с изолированной нейтралью, то равенство емкостей фаз необходимо еще для того, чтобы были равны напряжения на всех трех фазах батареи.
Для выполнения указанного требования необходимо при проектировании трехфазных батарей, состоящих из однофазных конденсаторов, предусматривать одно и то же число конденсаторов во всех трех фазах, т. е. общее число однофазных конденсаторов в батарее должно быть кратно трем. При подразделении батарей на секции то же требование распространяется на каждую секцию в отдельности. Окончательное уравнивание емкостей фаз производится при монтаже конденсаторной установки (§ 10-1).
При параллельно-последовательном соединении конденсаторов должны быть одинаковы также и емкости всех последовательно соединенных групп в каждой фазе. В противном случае напряжения на группах будут неодинаковы, а именно — группы с меньшей емкостью окажутся перегруженными и с большей — недогруженными. Из этого следует, что в проекте должны быть предусмотрены одинаковые количества конденсаторов во всех последовательно соединенных группах, а при монтаже батареи должно быть проверено равенство емкостей групп.
Это требование не должно выполняться только в тех сравнительно редких случаях, когда последовательно соединенные группы состоят из конденсаторов с разными номинальными напряжениями. В этих случаях напряжения на группах должны быть пропорциональны номинальным напряжением конденсаторов, для чего емкости групп должны быть обратно пропорциональны их номинальным напряжениям. Комплектование групп с таким расчетом, чтобы их номинальные мощности были одинаковы, в данном случае недопустимо, гак как это привело бы к перегрузке конденсаторов с более высоким номинальным напряжением.
