Розділ 12 захист батарей статичних конденсаторів

Як відомо, батареї статичних конденсаторів (БСК), які використовуються на підстанціях як засіб регулювання перетоків реактивної потужності в мережі, складаються з окремих конденсаторів. БСК отримуються шляхом паралельно-послідовного з’єднання цих конденсаторів (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Схема внутрішніх з‘єднань БСК

Число N паралельно ввімкнених конденсаторів вибирається таким чином, щоб струмове навантаження на кожен з конденсаторів в ряді не перевищував номінального значення. Число М послідовно з’єднаних рядів конденсаторів вибирається з умови, коли після виходу з ладу одного ряду конденсаторів, напруга на решту рядах не повинна перевищувати 110% від номінальної.

В трифазних БСК окремі конденсатори з’єднуються в зірку (рис.12.2 а) або в трикутник (рис. 12.2б).

Рис. 12.2. Схеми з‘єднань БСК: а) в зірку, б) в трикутник

Основною небезпекою для БСК є можливість виникнення лавинних пошкоджень. Це пояснюється тим, що у випадку виходу з ладу одного елемента С_і (рис. 12.1) шляхом його закорочення, до решти послідовно з‘єднаних конденсаторів прикладається підвищена напруга. Це в свою чергу може привести до пробою конденсатора з наступного ряду і так далі. Для окремих конденсаторів процес пошкодження супроводжується розривами корпусів, в яких знаходяться конденсатори. Внаслідок розривів в атмосферу попадає діелектрик конденсаторів – імпрегнатор. На наших підстанціях в основному експлуатуються конденсатори типу КСО та КСК, в яких імпрегнатором є трихлордифеніл. Продукти розкладу трихлордифенілу під дією високої температури є смертельними для людини. Крім того, цей імпрегнатор навіть в нормальних умовах має концерогенні властивості. Тому захист конденсаторів відіграє виключну роль.

На БСК згідно ПУЕ необхідно встановлювати наступні захисти:

• захист від підвищення напруги;

• захист від міжфазних к.з.;

• захист від перевантаження;

• струмовий захист нульової послідовності від коротких замикань на землю;

• захист від несиметрії струмів по фазах БСК;

• захист від підвищення напруги на окремому конденсаторі БСК.

Кожен конденсатор, з яких складається БСК, виготовлений з окремих секцій, розміщених в середині корпусу конденсатора (рис. 12.3). Кожна секція захищається за допомогою запобіжника. Запобіжники знаходяться в середині корпуса конденсатора. Запобіжники спрацьовують у випадку пробиття окремої секції конденсатора. Після цього результуюча ємність конденсатора зменшується. Внаслідок перегоряння плавкої вставки розкладається діелектрик (імпрегнатор) конденсатора, погіршуються його діелектричні властивості.

Рис. 12.3. Внутрішній захист конденсатора за допомогою запобіжників

Для приєднання вимірних органів захистів БСК використовуються трансформатори струму та трансформатори напруги, які встановлюються на трифазній БСК згідно рис. 12.4.

Рис. 12.4. Розташування трансформаторів напруги та трансформаторів струму для організації захисту БСК

Розглянемо більш детально особливості виконання захистів БСК.

Захист від підвищення напруги

Вимірний орган захисту від підвищення напруги приєднується до трансформатора напруги TV7, за допомогою якого вимірюється напруга на шинах підстанції. До цих же шин приєднана БСК. Вимірний орган захисту – це реле максимальної напруги, яке вмикається на лінійну напругу трансформатора напруги TV7.

Уставка спрацювання захисту вибирається з умови

(12.1)

де – номінальна напруга на шинах підстанції.

Захист має витримку часу порядку 1 – 1,5 с для забезпечення селективності роботи, тобто неспрацювання під час короткочасних підвищень напруги. Захист діє на вимкнення БСК від мережі.

Крім цього необхідно прийняти міри, які запобігли б повторному увімкненню БСК в роботу після її вимкнення на протязі 1 – 5 хв. За цей час БСК розрядиться через трансформатори напруги TV₁, TV₂, які для цього і призначені. Тому вторинні обмотки цих трансформаторів напруги не використовуються.

Поряд з захистом передбачений і пристрій автоматичного повторного увімкнення, який здійснює автоматичне увімкнення БСК після відновлення напруги на шинах підстанції.

Захист від міжфазних к.з.

Цей захист діє на вимкнення БСК від мережі після виникнення міжфазних к.з. в БСК.

Для БСК, які експлуатуються в мережах до 1000 В, цей захист виконується за допомогою запобіжників. Номінальний струм плавкої вставки запобіжника вибирається з умови неспрацювання після увімкнення БСК під напругу – відлагодження від струмів перехідного процесу, які виникають під час увімкнення БСК під напругу:

(12.2)

де – коефіцієнт відлагодження, приймається рівним 2 – 2,5; – номінальний струм БСК.

В мережах напругою більше 1000 В захист БСК від міжфазних к.з. виконується запобіжниками або реалізується за допомогою струмової відсічки. Струмова відсічка виконується в дворелейному виконанні. Вимірні органи струмової відсічки – максимальні струмові реле приєднуються до трансформаторів струму, наприклад ТА₁ та ТА₉ (рис. 12.4).

Струм спрацювання вимірного органу струмової відсічки вибирається з умови неспрацювання під час увімкнення БСК під напругу:

(12.3)

де – коефіцієнт відлагодження, приймається рівним ; – струм, який виникає під час увімкнення БСК, визначається з виразу:

,

(12.4)

де – номінальний струм та номінальна потужність БСК; – потужність трифазного к.з. в місці встановлення БСК.

Чутливість струмової відсічки перевіряється під час двофазного к.з. на виводах БСК:

(12.5)

де – струм двофазного к.з. на виводах БСК.

У випадку невиконання умов чутливості струмової відсічки, для захисту БСК від міжфазних к.з. може застосовуватись поздовжній диференційний захист. Вимірний орган диференційного захисту вмикається на різницю струмів плеч захисту – до вторинних обмоток трансформаторів струму ТА₂, ТА₃ (ТА₆, ТА₇ та ТА₁₀, ТА₁₁ ) (рис. 12.4).

Захист від перевантажень

Цей захист встановлюється на БСК, коли можливе перевантаження батареї струмами вищих гармонічних складових, що має місце під час роботи БСК паралельно з потужними перетворювачами.

Струм спрацювання захисту вибирається з умови:

(12.6)

де – коефіцієнт відлагодження, приймається рівний 1,3; – номінальний струм БСК.

Захист діє на вимкнення БСК від мережі з витримкою часу 9 с.

Захист від несиметрії струмів у фазах БСК

Цей захист діє під час виникнення несиметрії в фазах БСК. Вимірним органом захисту є реле струму оберненої послідовності, уставка якого вибирається з умови:

(12.7)

де – коефіцієнт відлагодження, приймається рівний 0,05; – номінальний струм БСК.

Захист діє з витримкою часу на вимкнення БСК від мережі.

Захист від підвищення напруги на одному конденсаторі БСК

Захист від такого режиму оснований на виявлені напруги зміщення нейтралі БСК відносно землі (для БСК з ізольованою нейтраллю). Зміщення нейтралі можна контролювати вимірним органом, приєднаним до трансформатора напруги TV₆ (рис. 12.4), або до розімкненого трикутника, утвореного послідовно з‘єднаними вторинними обмотками трансформаторів напруги TV₃, TV₄, TV₅ (рис. 12.4).

Питання для самоперевірки

1. Чому після виникнення пошкодження на БСК її необхідно негайно вимикати від мережі?

2. Які захисти встановлюються на БСК?

3. Призначення та виконання захисту від міжфазних к.з. на БСК?

4. Коли встановлюється на БСК захист від перевантажень?

5. На основі якого реле виконується захист від несиметрії струмів в фазах БСК?

6. Яким чинм виконується захист відпідвищення напруги на БСК?.