Групповая защита конденсаторов
Правила устройства электроустановок требуют, чтобы в батареях с параллельным соединением конденсаторов последние снабжались групповой защитой от токов короткого замыкания при помощи плавких предохранителей, причем число конденсаторов в одной группе должно быть не менее пяти и номинальный ток одной группы— не более 100 а. Вслед за этим в Правилах содержится оговорка, что групповая защита не требуется, если конденсаторы снабжены встроенной индивидуальной защитой секций. Таким образом, требование Правил о групповой защите относится к установкам, выполненным из конденсаторов 3 150, 6 300 и 10 500 В, и не относится к установкам 220—500 в.
Фазы батареи, состоящей из однофазных конденсаторов, подразделяются при групповой защите на однофазные группы из одинакового числа конденсаторов, каждая из которых защищена одним предохранителем. Таким образом, групповая защита выполняется как однополюсная.
Групповая и индивидуальная защиты конденсаторов напряжением 3 150—10 500 В осуществляются в Советском Союзе при помощи плавких предохранителей типа ПК с заполнением кварцевым песком (§ 7-3). Номинальный ток плавкой вставки не должен превышать 160% номинального тока защищаемой группы конденсаторов или при индивидуальной защите одного конденсатора [Л. 24].
Общее число предохранителей в батарее при групповой защите во столько раз меньше числа их при индивидуальной защите, сколько конденсаторов входит в группу. Поэтому групповая защита позволяет уменьшить в несколько раз число предохранителей в батарее сравнительно с числом их при индивидуальной защите. В этом заключается ее основное преимущество.
С другой стороны, при числе конденсаторов в группе, требуемом Правилами, групповая защита не реагирует на повышенные токи, протекающие через конденсаторы с параллельно-последовательным соединением секций при пробое части секций. Таким образом, она реагирует только на двухфазные короткие замыкания и не защищает установку от замыканий между обкладками, еще не перешедших в короткое замыкание.
Индивидуальная защита конденсаторов плавкими предохранителями
Хотя индивидуальная защита конденсаторов в батареях не требуется современной редакцией Правил устройства, тем не менее значительное число конденсаторных установок напряжением выше 1 000 В имеет в Советском Союзе индивидуальную защиту. Это — главным образом установки, введенные в эксплуатацию до 1955 г., когда прежняя редакция Правил устройства требовала индивидуальной защиты конденсаторов, не имеющих индивидуальной защиты секций, т. е. напряжением выше 1 000 в. Значительная часть зарубежных конденсаторных установок также имеет индивидуальную защиту конденсаторов. Все это заставляет рассмотреть этот вид защиты.
Индивидуальная защита однофазных конденсаторов плавкими предохранителями выполняется как однополюсная. Двухполюсная защита однофазных конденсаторов никогда не применяется, так как вызывает излишнее удорожание и усложнение конденсаторной установки.
Конденсаторные батареи напряжением выше 1 000 В выполняются в Советском Союзе из конденсаторов, имеющих параллельно-последовательное соединение секций и соединенных в батарее по схеме Δ-l. При этих условиях индивидуальная защита конденсаторов имеет ту особенность сравнительно с групповой, что при ней возможно значительное (в несколько раз) возрастание тока, проходящего через предохранитель, по мере пробоя все большего числа секций в конденсаторе. Например, если исправный конденсатор 6,3 кВ имеет семь последовательно соединенных групп секций, то ток, проходящий через предохранитель при числе пробитых секций от одной до шести, составляет соответственно 1,17—1,4—1,75—2,33—3,5—7,0 номинального тока конденсатора (§ 2-4).
Отстройка от переходных процессов требует соответствующего увеличения номинального тока плавкой вставки предохранителя. Тем не менее при правильном выборе плавкой вставки и надлежащей характеристике предохранителя последний срабатывает до пробоя последней группы секций, т. е. работает как защита от замыканий между обкладками. Вероятность этого тем больше, чем больше число последовательно соединенных групп секций в конденсаторе, т. е. чем выше его номинальное напряжение.
При эксплуатации конденсаторных установок напряжением 3—10 кВ, защищенных предохранителями типа ПК, иногда наблюдается вместо этого срабатывание предохранителей для индивидуальной защиты только при двухфазном коротком замыкании, т. е. после пробоя последней группы секций. Основной причиной такого развития процесса является, вероятно, завышение сечений плавких вставок, а иногда — характеристика предохранителя, не обеспечивающая быстрого отключения при небольших перегрузках.
Сравнение групповой и индивидуальной защит конденсаторов плавкими предохранителями
Оба рассматриваемых вида защиты являются дополнением к общей защите, которая в свою очередь служит резервом в случае неудовлетворительной работы их. В Советском Союзе имеются конденсаторные установки как с групповой или индивидуальной защитой, так и с одной лишь общей защитой (в меньшем количестве).
На зарубежных конденсаторных установках напряжением выше 1 000 В также встречаются все три вида защиты. В качестве примера ниже приведены данные, опубликованные в США в 1949 г. и полученные в результате обследования большого числа конденсаторных установок общей мощностью 2849,7 тыс. кВАр. Из этой мощности 94,3% приходилось на установки напряжением от 2,3 до 12,5 кВ. Для каждого вида защиты указана суммарная мощность оборудованных ею установок по отношению к общей мощности обследованных установок [Л. 11-11]:
Релейная защита........................................................ 25,0%
Общая защита плавкими предохранителями 44,5%
То же групповая................................................... 25,1%
То же индивидуальная.......................................... 17,3%
Другие виды защиты. ......................................... 0,3%
Всего.................................. 112,2%
Сумма приведенных цифр превышает 100% вследствие того, что 12,2% (по мощности) обследованных установок имели по два вида защиты.
Предохранители, применяемые для индивидуальной защиты зарубежных конденсаторных установок напряжением выше 1 000 В, могут быть, по располагаемым данным, подразделены на следующие две основные группы:
- предохранители с наполнителем, например с борной кислотой;
- предохранители с гашением электрической дуги струей газа, т. е. близкие к отечественным стреляющим предохранителям.
И те и другие рассчитаны, по-видимому, на отключение меньших мощностей, чем предохранители типа ПК.
Например, предохранители с наполнителем, выпускаемые одной западноевропейской фирмой, разрывают ток 9 000 а при напряжении 5 кВ и 6 500 а при 8 кВ. Предохранители второго типа той же фирмы разрывают ток 1 200 а при напряжении от 2 до 13 кВ.
Важнейшими показателями, по которым следует сравнивать групповую и индивидуальную защиты плавкими предохранителями, являются: стоимость установки, избирательность и надежность работы защиты и удобство эксплуатации.
Преимуществами групповой защиты сравнительно с индивидуальной являются снижение стоимости и упрощение конструкции конденсаторной установки вследствие уменьшения числа предохранителей.
С другой стороны, при групповой защите исключается возможность избирательного отключения поврежденного конденсатора, которое в большей или меньшей степени обеспечивается при индивидуальной защите.
Текущая эксплуатация установок с групповой защитой проще вследствие того, что приходится контролировать состояние меньшего числа предохранителей. С другой стороны, выявление поврежденного конденсатора проще при индивидуальной защите, если предохранители имеют указатели срабатывания.
Контрольный разряд батареи после отключения проще при групповой, чем при индивидуальной защите (§ 11-3).
За последние годы в советской периодической литературе было опубликовано несколько статей, в которых содержатся доводы в пользу отказа от индивидуальной защиты конденсаторов плавкими предохранителями. Авторы этих статей ссылаются главным образом на то, что при существующих типах предохранителей и конденсаторов индивидуальная защита последних не выполняет своего основного назначения — избирательно отключать поврежденный конденсатор при замыкании между обкладками [Л. 7-2, 11-6 и 11-9].
Не следует, однако, считать, что нечеткое срабатывание предохранителей неизбежно при индивидуальной защите конденсаторов. Точным выбором плавких вставок без завышения их сечений можно свести до минимума число тех случаев, когда индивидуальная защита срабатывает только при коротких замыканиях.
Другим мероприятием, облегчающим применение индивидуальной защиты, явилась бы разработка специальных предохранителей для индивидуальной защиты конденсаторов с параллельно-последовательным соединением секций. Конструкция таких предохранителей должна обеспечивать надежное срабатывание их при небольших перегрузках, вызванных пробоем части секций в конденсаторе. Тогда эти предохранители могут не быть рассчитаны на отключение токов короткого замыкания, т. е. быть облегченными сравнительно с существующими предохранителями типа ПК.
