- Релейная защита
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) комплектные конденсаторные установки должны иметь следующие защиты:
- от короткого замыкания, общую для всей конденсаторной установки, выполняемую в виде максимальной токовой защиты, которая действует на отключение без выдержки времени;
- от короткого замыкания самих конденсаторов, не снабженных встроенной индивидуальной защитой.
- от перегрузки токами высших гармоник, если такая перегрузка возможна;
- от повышения напряжения, если известно, что уровень напряжения в месте присоединения конденсаторной установки будет превышать 110% номинального напряжения. При применении автоматического регулирования по напряжению отдельной защиты от повышения напряжения не выполняют, так как в схеме автоматического регулирования предусматривается отключение конденсаторной установки при повышении напряжения сверх номинального;
Рис. 5. Основные виды релейной защиты и установленные измерительные приборы ККУ 6(10) кВ.
5) от однофазных замыканий на землю при токе однофазного замыкания в сети 20 а и выше.
АРМ — устройство автоматического регулирования; IT; 2Т—мгновенная максимально-токовая защита от короткого замыкания: ЗТ — макси мальио-токова я защита от перегрузки высшими гармониками: Н— защита максимального напряжения; П — предохранители индивидуальной защиты конденсаторов
Следует учитывать также действие автоматического повторного выключения (АПВ) в электрических сетях промышленных предприятий, имеющих конденсаторные установки. Это действие АПВ изменяет режимы работы двигателей и другого электрооборудования, так как при этом остаточное напряжение удерживается в течение 2—3 сек, тогда как при отсутствии конденсаторных установок оно равно примерно 0,5 сек. Основные виды релейной защиты и установленные измерительные приборы ККУ 6 (10) кВ приведены на рис. 5.
Для обеспечения надежного действия максимальной токовой защиты при коротких замыканиях необходимо, чтобы расчетный ток короткого замыкания был больше тока срабатывания защиты.
Так как защита действует без выдержки времени, то она должна быть отстроена от проходящих в конденсаторной установке при нормальной работе токов, которые и являются рабочий ток, ток включения, ток разряда в сеть.
Рабочий ток определяется током, который длительно проходит в конденсаторной установке. Согласно техническим данным конденсаторы допускают длительную работу при действующем значении тока, равном 130% номинального.
Токи включения и разряда в сеть конденсаторной установки проходят только при переходных процессах. Ток включения возникает при подаче напряжения на конденсаторы, а ток разряда в сеть — при коротких замыканиях в сети, к которой присоединены конденсаторы. Величины и время прохождения этих токов определяются параметрами конденсаторной установки и питающей сети. Однако переходные токи очень быстро затухают, хотя бывают в несколько раз больше номинального тока батареи.
Во избежание ложного срабатывания общей защиты конденсаторной установки от коротких замыканий ток уставки максимальной защиты принимают примерно в 2 раза больше номинального тока батареи.
В схемах защиты конденсаторных батарей применяются обычные электромагнитные токовые реле мгновенного действия, могут быть использованы также индукционные токовые реле с ограниченно зависимой выдержкой времени. Эти реле обеспечивают не только защиту от токов короткого замыкания, но и от перегрузки.
Защита конденсаторной батареи от перегрузки работает надежно, если количество включенных конденсаторов не изменяется.
Если при автоматическом регулировании мощности конденсаторных батарей под главный выключатель присоединено несколько конденсаторных батарей и каждая имеет свой переключатель, то при включении или отключении части батареи ток, проходящий через токовые реле, будет изменяться. Производить изменение уставок реле при всяком изменении включенной мощности батареи в конструкции реле недопустимо. В этом случае устанавливают на каждой секции батареи отдельный комплект трансформаторов тока с токовыми реле, которые действуют на главный выключатель. Такой же комплект трансформаторов тока и токовых реле рекомендуется устанавливать специально на конденсаторной батарее при присоединении последней под общий выключатель с двигателем, печью и т. и. Этот комплект будет защищать батарею от токов к. з. и перегрузки.
Некоторое усложнение схемы защиты и увеличение ее стоимости обеспечит более надежную работу конденсаторной установки.
Селективность действия общей защиты конденсаторной установки должна также обеспечиваться соответствующим выбором индивидуальной защиты конденсаторов батареи. Индивидуальная защита конденсаторов батареи нужна для конденсаторных установок, в которых применяют конденсаторы на напряжение 3—10 кВ. Отличие этих конденсаторов от конденсаторов на напряжение до 1 000 в, заключается в том, что последние не имеют встроенной индивидуальной защиты.
При коротком замыкании в конденсаторах очень важно не допускать в них возрастания энергии дуги короткого замыкания до величины, при которой корпус конденсатора может быть разрушен. Невыполнение этого требования может привести не только к разрушению конденсаторов, но и к повреждению находящегося вблизи них оборудования.
Защиту конденсаторов на напряжение 3- 10 кВ от токов короткого замыкания осуществляют быстродействующими и токоограничивающими плавкими предохранителями типа ПК. При правильном выборе предохранителей своевременно локализуется повреждение защищаемых конденсаторов.
Основными условиями при выборе силовых предохранителен для защиты конденсаторов являются следующие:
номинальное напряжение предохранителей должно соответствовать напряжению сети, в которой устанавливаются конденсаторы;
предохранители должны выдерживать значительные колебания нагрузки, обычные в устовиях нормального режима работы конденсаторов;
предохранители должны быть рассчитаны на периодические переходные токи. При этом надо учитывать, что для конденсаторов малой мощности броски тока по отношению к номинальному при включении имеют большую кратность, чем для мощных конденсаторов;
прн параллельном соединении конденсаторов предохранители должны выдерживать максимальный разрядный ток, проходящий от неповрежденных конденсаторов к поврежденным;
предохранители должны быстро отключать поврежденный конденсатор и обеспечивать селективность;
разрывная мощность предохранителей должна быть не меньше возникающей на выводах конденсатора мощности короткого замыкания.
При пробое отдельных соединенных последовательно секций конденсатора номинальный ток плавкой вставки
где Q — номинальная мощность однофазного конденсатора, КВар;
£Л*>и — номинальное напряжение сети, кВ.
Номинальный ток плавкой вставки для защиты конденсатора принимают:
для предохранителей с номинальным током более 30 а — не менее 150% номинального тока конденсатора;
для предохранителей с малыми значениями номинальных токов (менее 30 а) 200% номинального тока конденсатора.
В габл. 1 приведены рекомендации по выбору плавких вставок предохранителей для индивидуальной защиты однофазных конденсаторов напряжением выше 1 000 в.
Таблица 1
Плавкие вставки предохранителей для индивидуальной защиты однофазных конденсаторов напряжением выше 1 000 в
* Приведенные в таблице токи плавких вставок соответствуют ГОСТ 2213-59 применительно к выпускаемым в настоящее время предохранителям типа ПК.
Пример. Рассмотрим защиту предохранителей для однофазного конденсатора напряжением 6,3 кВ, мощностью 17 КВар, который состоит из семи последовательно соединенных секций. Номинальный ток конденсатора 2,7 а. По табл. 1 плавкая всгав.;а предохранителя принята на номинальный ток 5 а.
Проходящий через предохранитель ток при коротком замыкании в одной секции конденсатора будет:
где и — общее количество последовательных секций внутри конденсатора;
К — количество поврежденных секций.
При возрастании количества поврежденных секции ток увеличится и составит при коротком замыкании во второй секции 3,78 о; в третьей —4,72 а и последующих 6,3; 9,45 и 18,9 а.
Рис. 6. Время плавления плавкой вставки индивидуального предохранителя при коротком замыкании в различных секциях однофазного конденсатора.
1 — номинальный ток плавкой вставки; 2 — номинальный ток конденсатора: 1 —V/1 — секции конденсатора.
На рис. 6 приведена зависимость тока плавления плавкой вставки от времени для индивидуального предохранителя при коротком замыкании в различных секциях однофазного конденсатора.
В конденсаторных установках с параллельным соединением нескольких конденсаторов, из которых каждый защищен индивидуальным предохранителем, селективная работа предохранителей обеспечивается тем, что при повреждении одного из конденсаторов проходящий в нем ток будет состоять не только из тока короткого замыкания нормальной частоты, создаваемого источником питания, но и разрядного тока высокой частоты, обусловленного присоединением параллельно неповрежденными конденсаторами.
Следовательно, защита конденсаторов индивидуальными предохранителями может обеспечить селективное отключение коротких замыканий в конденсаторах и с увеличением их мощности в единице становится более целесообразной.
Для индивидуальной защиты конденсаторов целесообразно применять малогабаритные предохранители, которые могут прикрепляться одним концом жестко к главным шинам, а другим — к изолятору конденсатора (гибким проводом). Такие малогабаритные предохранители выпускаются за рубежом.
В электрических сетях даже при синусоидальных э. д. с. источников электрической энергии кривые тока и напряжения могут быть значительно искажены и отличаться от синусоиды. Обычно принято рассматривать такой ток или напряжение как содержащие, кроме основной частоты, составляющие более высоких частот, т. е. высшие гармонические.
Причиной появления высших гармонических является наличие в электрических сетях ртутных выпрямителей и других видов преобразователей, а также электрооборудования со стальным сердечником, у которого не соблюдается пропорциональность между током и напряжением.
При определенных условиях в зависимости от мощности системы, схемы электроснабжения и от мощности конденсаторной установки могут возникать резонансные явления на той или иной частоте. Наибольшей перегрузке конденсаторные батареи подвергаются при возникновении резонансных токов на частоте низких гармоник. Чтобы не происходили резонансные явления, в схемах конденсаторных батарей необходимо изменять частоту собственных колебаний контуров.
Для защиты конденсаторной установки от высших гармоник последовательно с ней включают реактор.
Включение реактора в цепь всей батареи приводит к увеличению потерь мощности в установке и повышению напряжения на всех конденсаторах.
Поэтому на мощных конденсаторных установках реакторы включаются последовательно только с несколькими конденсаторами.
Так как конденсаторы допускают длительную работу при действующем токе до 130% номинального, то защита от перегрузки должна отключать установку с минимальной выдержкой времени при токе больше 1,3 номинального. В этом случае предусматривается защита, выполняемая индукционными реле. Отсечки этих реле будут использоваться для максимально токовой защиты, а ограниченно зависимая характеристика — для защиты от перегрузки. При правильной настройке реле с зависимыми временными характеристиками являются более надежными.
Защита конденсаторной батареи от перегрузки высшими гармониками тока должна выполняться с выдержкой времени, которую следует принимать больше времени действия устройств защиты и автоматики системы электроснабжения предприятия. Это нужно для того, чтобы не вызывать отключения конденсаторной установки до того, пока не определится схема электрической системы в результате действия автоматики.
Напряжение на конденсаторной установке может быть повышенным, если отсутствует достаточное регулирование напряжения в питающей сети. В соответствии с этим защита должна отключать конденсаторную установку при повышении напряжения синусоидальной формы выше 110% номинального. Эта защита может выполняться обычными электромагнитными реле напряжения с выдержкой времени.
В конденсаторных установках напряжением 35 кВ и выше, у которых конденсаторы соединены в параллельно-последовательные группы, возможно увеличение напряжения на отдельных конденсаторах за счет перераспределения напряжения на конденсаторах при повреждении нескольких из них.
В качестве защиты, реагирующей на такие повышения напряжения, на отдельных конденсаторах применяется защита, измеряющая потенциал нулевой точки группы последовательно соединенных в звезду пли двойную звезду конденсаторов.
Однако высокая чувствительность этой защиты зависит от точности подобранных по мощности (емкости) конденсаторов в каждой фазе звезды и может быть осуществлена измерением напряжения или тока нулевой последовательности через измерительный трансформатор напряжения или трансформатор тока, установленный в нулевом проводе батареи (см. рис. 1).
В практике релейной защиты конденсаторных установок в настоящее время для этой цели применяются и более точные реле, изготовленные на полупроводниковых элементах, чувствительность которых значительно выше электромагнитных реле.
