Условия работы защит конденсаторных установок зависят от схем внутренних соединений конденсаторов и схем соединений конденсаторов в батареях. Существенное значение для работы некоторых видов защит имеет наличие в установках большой сосредоточенной емкости. В настоящем параграфе рассмотрены условия работы защит при различных схемах соединений, различных видах повреждений в конденсаторной установке и некоторых неаварийных режимах.
Замыкание между обкладками секции в конденсаторе с параллельным соединением секций, имеющих индивидуальную защиту
Все отечественные конденсаторы с параллельным соединением секций, т. е. напряжением 220—1050 В, имеют индивидуальную защиту секций встроенными предохранителями, и потому здесь рассмотрены последствия замыканий между обкладками только для конденсаторов с индивидуальной защитой секций.
Если батарея состоит из трехфазных конденсаторов с индивидуальной защитой секций (отечественные конденсаторы 220—500 в), то замыкание между обкладками секции равносильно двухфазному короткому замыканию в конденсаторной установке. На него реагирует индивидуальная защита поврежденной секции, отключая. последнюю. Другие виды защит конденсаторной установки не должны реагировать на это повреждение.
Таковы же результаты пробоя секции в батарее, состоящей из однофазных конденсаторов, соединенных в батарее по схеме Д-1 (§ 6-2), например в батарее 1 050 В, выполненной из конденсаторов того же напряжения.
Иные результаты имеет замыкание между обкладками секции при параллельно-последовательном соединении конденсаторов 1 050 В или конденсаторов другого напряжения, например 910 В (§ 6-2), с такой же схемой внутренних соединений. При этих условиях замыкание между обкладками одной секции не создает двухфазного короткого замыкания в батарее при любой схеме соединения фаз (треугольник или звезда).
Работа индивидуальной защиты секций зависит тогда от числа секций, присоединенных параллельно дефектной. Все эти секции разряжаются на место пробоя, причем эффект от разряда зависит от числа их и от запаса энергии в каждой секции (§ 2-6). При достаточном числе параллельно присоединенных секций ток разряда, протекающий через индивидуальный предохранитель поврежденной секции, вызывает его срабатывание, т. е. отключение секции.
Срабатывание секционного предохранителя может произойти и не от разрядного тока, а от того, что через поврежденную секцию протекает теперь весь ток данной фазы батареи, так как она шунтирует все остальные секции, присоединенные параллельно ей. В обоих случаях отключение секции вызывает незначительное уменьшение емкости дефектной фазы батареи.
Возможны, наконец, случаи, когда число параллельно присоединенных исправных секций настолько мало, что секционный предохранитель не срабатывает и короткозамкнутая секция остается включенной. Тогда емкость фазы батареи соответственно увеличивается.
Если батарея соединена по схеме Υ-2, то уменьшение емкости фазы батареи вызывает повышение напряжения на этой фазе и понижение его на двух других фазах. При увеличении емкости фазы напряжение на ней, напротив, понижается и на других двух фазах повышается (§ 2-3).
Замыкание между обкладками одной или нескольких секций в однофазном конденсаторе с параллельно-последовательным соединением секций, не имеющих индивидуальной защиты
Все отечественные конденсаторы с параллельно-последовательным соединением секций, т. е. напряжением 3 150—10 500 в, не имеют индивидуальной защиты секций и выполняются однофазными. Ниже рассмотрены последствия замыканий между обкладками только при этих условиях.
При параллельно-последовательном соединении секций замыкание между обкладками одной или нескольких секций имеет результатом увеличение емкости между зажимами конденсатора до значения (§ 2-4). Только при k — η, т. е. при пробое всех последовательно соединенных групп секций, создается замыкание между зажимами конденсатора сквозь пробитые секции.
Если конденсаторы соединены в батарее по схеме Δ-l, как принято в Советском Союзе, то пробой одной или нескольких секций, не перешедший в замыкание между зажимами конденсатора, имеет результатом только увеличение тока, протекающего через последний, п.
На это увеличение может реагировать индивидуальная защита конденсатора плавким предохранителем при достаточно точном выборе плавкой вставки (§ 7-4).
Если пробой секций «развился в замыкание между зажимами конденсатора, равносильное при рассматриваемой схеме соединений конденсаторов в батарее двухфазному короткому замыканию, то последнее немедленно отключается тем или иным видом защиты (предохранителем или реле).
Иные результаты имеет пробой секций, если фазы батареи соединены звездой с изолированной нейтралью (схемы Y-1 и Y-2). При схеме Y-1 пробой одной или нескольких секций, вызывая увеличение емкости между зажимами конденсатора и создавая тем самым асимметрию батареи, имеет результатом смещение потенциала нейтральной точки батареи, понижение напряжения на поврежденной фазе и повышение его на двух других фазах (§ 2-3). С увеличением числа пробитых групп секций отклонения от нормального режима увеличиваются, и при замыкании между зажимами конденсатора смещение потенциала нейтрали становится равным фазному напряжению сети. Напряжение на дефектной фазе батареи становится равным нулю, а напряжения на двух других фазах повышаются до линейного. Даже в этом случае в батарее еще нет двухфазного короткого замыкания. Таким образом, защита батареи должна реагировать или на смещение потенциала нейтральной точки батареи, вызванное асимметрией последней, или на увеличение тока, протекающего через конденсатор, вызванное увеличением его емкости.
Сходные условия создаются для работы защиты, если конденсаторы соединены в батарее по схеме Y-2. Эта схема еще мало распространена в Советском Союзе, но по ней, а также по схеме Yэ-2, выполнено значительное число зарубежных конденсаторных батарей напряжением выше 15 кВ. Следует ожидать, что эти схемы будут находить все большее применение и в Советском Союзе.
При схеме Υ-2 пробой секций в конденсаторе имеет результатом, как и при схеме Υ-1, смещение потенциала нейтрали вследствие асимметрии батареи и увеличение тока, протекающего через поврежденный конденсатор. На эти явления может реагировать или общая защита батареи, или индивидуальная защита конденсатора. Если повреждения секций привели к короткому замыканию между зажимами конденсатора, то на поврежденный конденсатор разряжаются присоединенные параллельно ему исправные конденсаторы. При достаточном числе их разрядный ток может вызвать срабатывание предохранителя для индивидуальной защиты конденсатора, т. е. отключение последнего.
При схеме Υэ-2 пробой секций в каком-либо конденсаторе, вплоть до замыкания между зажимами, вызывает асимметрию батареи и увеличение тока, протекающего через конденсатор. Однако потенциал заземленной нейтрали и напряжения на каждой фазе батареи не изменяются независимо от состояния конденсаторов. Поврежденный конденсатор может быть отключен или его индивидуальной защитой, или соответствующей релейной защитой батареи от замыканий между обкладками (§ 7-3).
Однофазное замыкание на корпус конденсатора
При параллельном соединении конденсаторов в батарее каждый бак имеет защитное заземление. В этом случае однофазное замыкание на корпус конденсатора равносильно однофазному замыканию на землю. На него может реагировать устройство для контроля изоляции, присоединенное к тем же сборным шинам, что конденсаторная батарея.
При наличии однополюсной индивидуальной защиты конденсаторов предохранителями она также может реагировать на однофазное замыкание на землю, если ток замыкания достаточно велик и если, кроме того, замыкание произошло на той фазе, на которой установлен предохранитель. В противном случае ток замыкания на землю не протекает через предохранитель для индивидуальной защиты и последняя не реагирует на замыкание.
Двухполюсная индивидуальная защита отключала бы замыкание на землю любой фазы, если ток замыкания достаточно велик. Однако она никогда не применяется, так как вызываемое ею удорожание конденсаторной установки не окупается ее преимуществами.
Если конденсаторы в каждой фазе батареи соединены параллельно-последовательно, то приходится в большинстве случаев изолировать их баки от земли, чтобы изоляция между зажимами и баком каждого конденсатора работала при том напряжении, на какое она рассчитана (§ 9-2). При этих условиях однофазное замыкание на корпус конденсатора не представляет собой замыкания на землю и не сможет быть обнаружено индивидуальной защитой посредством предохранителей.
Перегрузка конденсатора высшими гармониками тока
ГОСТ 1282-58 допускает увеличение действующего значения тока, протекающего через конденсатор при загрузке его высшими гармониками, до 130% номинального значения. Из этого следует, что любая токовая защита конденсаторной установки должна быть отстроена от допустимого тока перегрузки.
Переходные процессы в конденсаторной установке
Переходные процессы в конденсаторной установке (включение, отключение и разряд конденсаторов) сопровождаются очень кратковременными бросками тока. Во избежание излишнего срабатывания токовой защиты конденсаторной установки она должна быть надежно отстроена и от токов, сопровождающих переходные процессы.
