Библиотека

Конденсаторная батарея используется для компенсации реактивной энергии, потребляемой нагрузками сети и, в некоторых случаях, для создания фильтров, обеспечивающих понижение синусоидальных напряжений. Таким образом, конденсаторы способствуют улучшению качества работы электрической сети.

В соответствии с уровнем напряжения и установленной мощностью конденсаторы в батареях соединяются по схеме "звезда", "треугольник" или "двойная звезда". Конструктивно конденсатор представляет собой кожух с выходящими из него изолирующими зажимами. Конденсаторная батарея состоит из отдельных конденсаторов (рис. 1) с ограниченным допустимым максимальным напряжением (например, 2250 В), соединенных в группы:
• последовательным соединением для обеспечения необходимой стойкости к напряжению;
• параллельным соединением для обеспечения требуемой мощности.

Конденсаторные батареи бывают двух типов:
• без внутренней защиты;
• с внутренней защитой: каждый отдельный конденсатор имеет предохранитель.

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Основные возможные повреждения конденсаторной батареи следующие:
• перегрузка;
• короткое замыкание;
• замыкание на корпус; • короткое замыкание отдельного конденсатора.

Перегрузка
Перегрузка обусловлена установившимся или временным сверхтоком:
- установившийся ток перегрузки возникает:
-- в результате повышения напряжения питания;
-- вследствие циркуляции синусоидального тока под воздействием нелинейных нагрузок, создаваемых, например, статическими преобразователями (выпрямителями, вариаторами частоты вращения), дуговыми электропечами и т.д.;
- временный ток перегрузки, вызванный включением в сеть ступеней конденсаторной батареи.
Перегрузка вызывает нагрев, угрожающий стойкости диэлектрика, и может привести к преждевременному старению конденсатора.

Короткое замыкание
Короткое замыкание – это внутреннее или внешнее повреждение между токопроводящими проводами, возникающее либо между фазами (конденсаторы, соединенные по схеме "треугольник"), либо между фазой и нейтралью (конденсаторы, соединенные по схеме "звезда"). В результате образования газа в герметичном корпусе конденсатора создается избыточное давление, которое может вызвать разгерметизацию кожуха и утечку диэлектрика.

Короткое замыкание отдельного конденсатора
В результате пробоя диэлектрика отдельного конденсатора происходит короткое замыкание.
Без внутренней защиты соединенные параллельно отдельные конденсаторы шунтируются, таким образом, через поврежденный элемент:
- полное сопротивление конденсатора изменяется;
- подведенное напряжение распределяется только на группу отдельных конденсаторов, соединенных последовательно;
- при этом каждая группа испытывает большую нагрузку, что может привести к другим пробоям в каскаде, вплоть до общего короткого замыкания.
На рис. 2а показан случай, когда группа 2 шунтируется вследствие пробоя отдельного конденсатора.
При внутренней защите перегорание внутреннего плавкого предохранителя, соединенного последовательно с отдельным конденсатором, устраняет короткое замыкание последнего:
- конденсатор остается неповрежденным;
- его полное сопротивление изменяется соответственно.
На рис. 2б показан случай, когда пробой в отдельном конденсаторе группы 2 устраняется с помощью его внутреннего предохранителя; группа 2 остается пригодной к работе.

ФУНКЦИИ ЗАЩИТ

Конденсаторы включаются в сеть, только когда они разгружены. Поэтому во избежание переходного перенапряжения повторное включение конденсаторов должно производиться с выдержкой времени.При выдержке времени в течение 10 минут обеспечивается достаточная естественная разгрузка конденсаторов. Использование дросселей быстрой разгрузки позволяет сократить это время.

Перегрузка
• Защита от продолжительного тока перегрузки, возникающего вследствие повышения напряжения питания, осуществляется с помощью функции защиты по максимальному напряжению (ANSI 59), которая обеспечивает контроль напряжения сети.
Эта защита устанавливается либо непосредственно для конденсатора, либо для участка сети. С учетом того, что конденсатор, как правило, выдерживает напряжение в 110% от его номинального напряжения в течение 12 часов в день, эта защита не всегда необходима.
• Продолжительный ток перегрузки, возникающий вследствие циркуляции синусоидальных токов, определяется с помощью защиты от перегрузки:
- либо тепловой защитой (ANSI 49RMS);
- либо максимальной токовой защитой с выдержкой времени (ANSI 51), если только эта функция учитывает частоту соответствующих гармоник.
• Кратковременный ток перегрузки, возникающий вследствие включения в сеть ступени конденсаторов, ограничивается по амплитуде путем установки для каждой ступени последовательно соединенных дросселей.

Короткое замыкание
Короткое замыкание определяется максимальной токовой защитой с выдержкой времени (ANSI 51). С помощью уставок тока и выдержки времени обеспечивается работа при максимальном токе допустимой нагрузки и выполнение отключений и переключение ступеней конденсаторов.

Замыкание на корпус
Защита выбирается в соответствии с режимом работы нейтрали. В случае с заземленной нейтралью используется максимальная токовая защита от замыканий на землю с выдержкой времени (ANSI 51G).

Короткое замыкание отдельного конденсатора
Защита от данного вида повреждения основана на определении изменения полного сопротивления, происходящего:
- из-за короткого замыкания в отдельном конденсаторе, не имеющего внутренней защиты;
- вследствие изъятия поврежденного отдельного конденсатора и замены его на конденсатор с внутренними предохранителями.
Если конденсаторы в батарее соединены по схеме "двойная звезда", несимметрия, возникающая вследствие изменения полного сопротивления в одной из звезд, вызывает циркуляцию тока в соединении между нейтралями. Этот небаланс определяется с помощью чувствительной максимальной токовой защиты с выдержкой времени (ANSI 51).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАСТРОЙКЕ

Повреждение (код ANSI)	Защита	Регулировки
59	Защита по максимальному напряжению.	Уставка ≤110%Un.
49 RMS	Тепловая защита.	Уставка ≤1,3In. Постоянная времени: 10 мин.
51	Максимальная токовая защита с выдержкой времени.	Уставка ≤1,3In, кривая IDMT.
51	Максимальная токовая защита с выдержкой времени.	Уставка порядка 10In. Выдержка времени: 0,1 с (DT).
51N/51G	Максимальная токовая защита от замыканий на землю с выдержкой времени.	Уставка ≤20%I макс. замыкания на землю. Уставка ≥10% ном. тока ТТ с питанием от 3 ТТ и подавлением Н2. Выдержка времени: 0,1 с (DT).
51	Максимальная токовая защита с выдержкой времени.	Уставка: 1 А, в соответствии с применением. Выдержка времени: 1 с (DT).

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ