Схемы соединений конденсаторных установок должны обеспечивать разряд конденсаторов немедленно после отключения их от сети. Для этого в состав конденсаторной установки должны входить разрядные сопротивления, если только конденсаторы не присоединены к сети через общий выключатель с трансформатором или двигателем (§ 3-1).
Рис. 6-8. Схема автоматического присоединения разрядных сопротивлений в момент отключения конденсаторной батареи.
Разрядные сопротивления могут быть или постоянно присоединены к конденсаторам, или автоматически присоединяться к ним только после отключения конденсаторной установки. В первом случае надежность разряда не зависит от надежности работы схемы автоматического присоединения, но зато разрядные сопротивления постоянно находятся под напряжением, что увеличивает общие потери электроэнергии в конденсаторной установке и амортизацию разрядных сопротивлений.
Во втором случае ток протекает через разрядные сопротивления только в очень непродолжительные промежутки времени от момента отключения батареи до затухания разрядного тока. Таким образом, потери в разрядных сопротивлениях практически отсутствуют и амортизация их сводится к минимуму.
Правила устройства электроустановок требуют, чтобы в конденсаторных установках напряжением выше 1 000 В разрядные сопротивления были постоянно присоединены к конденсаторам, причем в цепи между сопротивлениями и конденсаторами не должно быть отключающих аппаратов. Для установок напряжением до 1 000 В те же Правила рекомендуют в целях экономии электроэнергии работу без постоянно присоединенных разрядных сопротивлений с автоматическим присоединением последних в момент отключения конденсаторов. Пример схемы последнего типа приведен на рис. 6-8 [Л. 6-4].
Если в секционированной конденсаторной батарее отключение отдельных секций производится под напряжением, то каждая из этих секций должна иметь свой комплект разрядных сопротивлений.
Для повышения надежности разряда на ответвлении к разрядному оборудованию, например к трансформаторам напряжения, используемым в качестве разрядных сопротивлений, не должно быть плавких предохранителей.
Рис 6-9. Схемы, характеризующие условия разряда конденсаторов при обрыве одного из разрядных сопротивлений.
В трехфазных конденсаторных установках разрядные сопротивления могут быть соединены или треугольником, или открытым треугольником, или звездой. Все эти варианты могут применяться при обоих способах соединения фаз в батарее (треугольником или звездой).
Наибольшая надежность работы цепи разряда обеспечивается при соединении разрядных сопротивлений треугольником (рис. 6-9,а и б), так как при обрыве одного из сопротивлений эта схема превращается в открытый треугольник и возможность разряда сохраняется для всех трех фаз батареи. Условия разряда изменяются лишь в том отношении, что при соединении разрядных сопротивлений открытым треугольником сопротивления цепи разряда неодинаковы для разных фаз батареи.
При обрыве одного из двух сопротивлений, соединенных открытым треугольником, батарея разряжается только на второе, исправное сопротивление и полный разряд всех трех фаз ее не обеспечен. Только одна фаза батареи, соединенной треугольником, а именно присоединенная параллельно исправному сопротивлению, разрядится полностью в любом случае (рис. 6-9,в). Разряд других фаз этой батареи будет осуществляться в большей или меньшей степени в зависимости от мгновенных значений напряжения на фазах батареи в момент ее отключения. При соединении батареи звездой одна фаза ее не разрядится, а две другие разрядятся в большей или меньшей степени (рис. 6-9,г).
Если разрядные сопротивления соединены звездой, то условия разряда одинаковы для всех трех фаз батареи, но обрыв одного из сопротивлений дает схему, равноценную схеме при обрыве одного из сопротивлений, соединенных открытым треугольником (рис. 6-9,5 и е). В этом случае полный разряд батареи также не обеспечен.
Таким образом, в отношении надежности работы разрядной цепи наилучшей схемой соединения разрядных сопротивлений является соединение треугольником. В отношении стоимости конденсаторной установки более выгодным является соединение открытым треугольником, требующее двух однофазных разрядных сопротивлений вместо трех. Поэтому в установках напряжением 1 000 В и выше, где стоимость разрядных сопротивлений более высока, применяется, как правило, соединение их открытым треугольником. Та же схема применяется иногда и в установках напряжением ниже 1 000 В, особенно за рубежом.
Соединение разрядных сопротивлений звездой применяется тогда, когда оно уже осуществлено в разрядном оборудовании, например в трехфазном трансформаторе напряжения, или же если оно более удобно при существующем номинальном напряжении разрядного оборудования, например для ламп накаливания (см. ниже).
Сопротивления для разряда конденсаторов должны удовлетворять следующим общим требованиям:
напряжение на зажимах разряжаемого конденсатора должно понижаться достаточно быстро, чтобы обеспечить безопасность прикосновения к конденсатору вскоре после его отключения, и для того, чтобы снизить до минимума напряжение на зажимах конденсатора к моменту его нового включения;
если разрядные сопротивления находятся под напряжением во время работы конденсаторов, то потери активной энергии в них должны быть настолько малыми, чтобы не увеличивать существенно общих потерь в конденсаторной установке.
Проект гл. V-6 Правил устройства электроустановок содержал следующие требования к разрядным сопротивлениям в конденсаторных установках:
через 30 сек. после отключения конденсаторной установки напряжение на ее зажимах не должно превышать 65 в;
потери активной мощности в постоянно присоединенных сопротивлениях должны быть не более 1 вт на 1 кВАр мощности батареи;
разрядные устройства конденсаторных установок с автоматическим регулированием мощности должны, кроме того, снижать напряжение на зажимах отключенной установки до значения, не превышающего 10% номинального, за время между отключением и последующим включением установки.
Хотя эти требования не вошли в окончательную редакцию гл. V-6, ими можно руководствоваться при выборе разрядных сопротивлений, во всяком случае, для конденсаторных батарей напряжением до 10 кВ.
Требования в отношении быстроты разряда конденсаторов содержатся также в международных и зарубежных нормативах по силовым конденсаторам. Например, технические условия МЭК на конденсаторы для энергосистем [Л.29] рекомендуют, чтобы напряжение на зажимах отключенной конденсаторной установки снижалось до значения, не превышающего 50 В, за время не более 1 мин в установках напряжением до 600 В и не более 5 мин в установках напряжением выше 600 в.
Иногда конденсаторная установка может оказаться
присоединенной к сборным шинам, снабженным автоматически повторным включением (АПВ). Как известно, АПВ происходит через очень малый промежуток времени после отключения. При этих условиях наличие разрядных сопротивлений, выбранных по приведенным выше нормам, не обеспечивает достаточной степени разряда конденсаторов перед их повторным включением.
Однако при отключении сборных шин конденсаторная установка отключается вместе с другим электрооборудованием (силовыми трансформаторами, электродвигателями и т. п.), присоединенным к тем же сборным шинам. Обмотки этого электрооборудования представляют собой дополнительные пути для разряда конденсаторной установки, причем сопротивления их значительно меньше сопротивления разрядных устройств. В этих условиях разряд конденсаторной установки происходит намного быстрее, чем на одни разрядные устройства, и можно предполагать, что напряжение на зажимах отключенной батареи снижается в достаточной степени еще до ее повторного включения.
В качестве разрядного оборудования в отечественных конденсаторных установках напряжением ниже 1 000 В применяются лампы накаливания (чаще всего), мелкие однофазные трансформаторы [Л. б-З] и сопротивления, проволочные или непроволочные.
В случае применения ламп накаливания, постоянно присоединенных к конденсаторам, рекомендуется выбирать их номинальное напряжение и схему соединения таким образом, чтобы они работали при напряжении ниже номинального. Например, для разряда батарей 380 В можно применять шесть одинаковых ламп 220 В, соединив каждые две лампы последовательно одна с другой и полученные три группы — звездой. Тогда каждая лампа работает при напряжении 110 В вместо ее номинального напряжения 220 В и потребляет около 35% ее номинальной мощности. Тем самым увеличивается срок службы ламп и уменьшается потребление электрической энергии в разрядных устройствах.
Если лампы, служащие для разряда, автоматически присоединяются к батарее только в момент ее отключения, то надобность в снижении напряжения на лампах, естественно, отпадает. В этом случае достаточно, чтобы напряжение на лампах в начале разряда не превышало их номинального напряжения.
В отечественных конденсаторных установках напряжением выше 1 000 В в качестве разрядных сопротивлений применяются два однофазных трансформатора напряжения, соединенных открытым треугольником, и реже— один трехфазный трансформатор напряжения.
Для контроля исправности цепи разряда рекомендуется присоединение к вторичным обмоткам разрядных трансформаторов напряжения ламп с малым потреблением энергии, например неоновых. К этим же обмоткам можно присоединять измерительные приборы и реле.
За рубежом силовые конденсаторы часто выпускаются заводом-изготовителем со встроенными или пристроенными разрядными сопротивлениями. В этом случае отпадает надобность в установке отдельных разрядных сопротивлений.
