Защита конденсаторной установки высокого напряжения. МТЗ, защита от перегрузки, защита от повышения напряжения. Выбор параметров срабатывания

Ответ: При эксплуатации конденсаторных установок приходится считаться с возможностью возникновения повреждений и ненормальных режимов работы.
Наиболее распространенными и опасными видами повреждений в них являются разного рода короткие замыкания, следствием которых могут быть:
понижение напряжения в сети промышленного предприятия. приводящее к нарушению нормальной работы и браку продукции;
разрушение поврежденного элемента электрооборудования электрической дугой, возникающей при коротком замыкании;
разрушение оборудования в неповрежденной части сети в результате динамического и теплового действия токов короткого замыкания;
нарушение устойчивости работы электрической системы.
Из наиболее опасных режимов работы конденсаторной установки являются длительное повышение напряжения на ее зажимах, а также перегрузка конденсаторов высшими гармониками тока.
При достаточно большом времени их действия температура элементов электрооборудования повышается, а их изоляция ускоренно изнашивается или разрушается. В связи с этим возникает необходимость в применении автоматических устройств, защищающих конденсаторную установку и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Защитные устройства отсоединяют поврежденные элементы от остальной, неповрежденной части конденсаторной установки или от электрической сети промышленного предприятия. К защитным устройствам, как и к любым видам релейной защиты, предъявляются следующие основные технические требования: избирательность, быстрота, чувствительность и надежность.
Требование избирательности действия заключается в обеспечении отключения только поврежденного элемента конденсаторной установки. Быстрота действия дает возможность уменьшить размер повреждений, а также время работы конденсаторов и других потребителей при пониженном напряжении.
Защита должна быть чувствительной, для того чтобы реагировать на все виды повреждений и ненормальные режимы работы и приходить в действие в начале возникновения повреждения. Требование надежности заключается в том, что защита должна действовать во всех случаях безотказно.
Аварии в конденсаторных установках в подавляющем большинстве случаев являются результатом пробоя изоляции между обкладками секций, приводящего к двухфазному короткому замыканию внутри конденсатора, а иногда и к замыканию на корпус.
Все виды релейных защит, которыми оборудуются конденсаторные установки, можно подразделить на общие защиты батарей, групповые и индивидуальные защиты конденсаторов (секций).
К общим для всей конденсаторной установки защитам относятся: защита от многофазных замыканий, защита от однофазного замыкания на землю, защита от перегрузки и защита от повышения напряжения. Защита от многофазных коротких замыканий конденсаторной установки в целом осуществляется при любых схемах соединения конденсаторов и должна действовать на отключение конденсаторной установки без выдержки времени (мгновенного действия). В конденсаторных установках на напряжения до 1 000 в эта защита выполняется в основном предохранителями или автоматическими включателями. В установках на напряжения выше 1000 в она выполняется при помощи предохранителей (рис. 13) или как релейная.

При наличии индивидуальной или групповой защиты конденсаторов защита от многофазных коротких замыканий выполняется одним реле, включенным на разность фазных токов. При этом используется защита с вторичным реле тока прямого действия (рис. 14) или с вторичным реле косвенного действия.

Рис. 13. Схема защиты конденсаторной установки при помощи предохранителей
I—разъединитель; 2—предохранители защиты установки; 3 — предохранители групповой защиты; 4 — конденсаторы; 5 — разрядные сопротивления.
I — трансформаторы тока; 2—трансформатор тока земляной защиты; 3 — трансформатор напряжения; 4 — предохранители групповой защиты; 5 — конденсаторы; 6 — вторичное реле тока типа РТМ; 7 — реле тока типа ЭТ-521/0,2; 8 — реле промежуточное типа РП-26; 9 — катушка отключения масляного выключателя.

Рис. 14. Принципиальная схема релейной защиты конденсаторной установки с вторичным реле прямого действия.
Точность работы вторичных реле прямого действия хороших конструкций приближается к точности реле косвенного действия. Поэтому защиты с вторичным реле прямого действия должны иметь широкое применение в распределительных сетях промышленных предприятий для защиты конденсаторных установок. На практике широкому распространению этой схемы иногда препятствует несовершенное конструктивное выполнение реле прямого действия и приводов выключателей, на которые они работают.
Двухрелейное исполнение максимальной токовой защиты применяется только в тех случаях, когда мощность конденсаторной установки соизмерима с мощностью источника питания. Защита всей конденсаторной установки от многофазных коротких замыканий служит резервом на случай неудовлетворительной работы групповой защиты, а также отключает батарею при коротких замыканиях в ошиновке, кабеле и т. п.
Если конденсаторная установка присоединена к шинам подстанции через общий выключатель с силовым трансформатором или двигателем, то ее защита должна быть объединена и увязана с защитой этих электроприемников.
Защита конденсаторных установок выше 1 000 в от однофазных замыканий на землю выполняется при токах замыкания на землю 20 а и выше (если защита от многофазных замыканий не реагирует при однофазных замыканиях на землю).
Поскольку баки конденсаторов при их параллельном соединении имеют защитное заземление, то при замыкании на корпус внутри конденсатора через место замыкания протекает ток однофазного замыкания на землю, зависящий от параметров питающей сети. Этот ток, как правило, недостаточен для приведения в действие защиты от многофазных коротких замыканий. Поэтому защита выполняется с включением реле на фильтр токов нулевой последовательности (рис. 14).
При соединении конденсаторной установки со сборными шинами при помощи силового кабеля для защиты используются кабельные трансформаторы тока нулевой последовательности. Так как при замыкании на землю токи повреждения могут возвращаться как через землю, так и по оболочке и броне кабеля, то для предотвращения возможности срабатывания под воздействием этих токов защит неповрежденных установок кабель на участке от трансформатора тока нулевой последовательности до воронки и воронка изолируются от земли. Защитное заземление воронки выполняют проводом, пропущенным через отверстие магнитопровода трансформатора тока в направлении кабеля. При таком исполнении токи, протекающие по оболочке кабеля и в заземляющем проводе, одинаковы по величине и противоположны по направлению, благодаря чему они потока в магнитопроводе не создают.
При соединении сборных шин с конденсаторной установкой специальными соединительными шинами защита от замыканий на землю может не выполняться. В этом случае для контроля замыкания на землю используется устройство контроля изоляции на шинах подстанции. Устройство контроля изоляции чаше всего выполняется при помощи трех вольтметров, включаемых на фазные напряжения через измерительные трансформаторы напряжения. Нормально вольтметры показывают равные по величине фазные напряжения. При замыкании на землю одной из фаз напряжение на поврежденной фазе понизится, а на неповрежденных фазах повысится.
Для получения звукового сигнала в провод, соединяющий нулевую точку вольтметров с нулевым проводом трансформатора напряжения, включается реле с действием на сигнал. Если конденсаторы соединены последовательно или параллельно-последовательно, то замыкание на корпус конденсатора не представляет собой замыкания на землю, так как баки конденсат000в изолированы от земли.
Защита от однофазных замыканий на землю в конденсаторных установках на напряжения до 1 000 в осуществляется предохранителями или автоматами, общими для всей батареи. В тех случаях, когда возникает перегрузка конденсаторов высшими гармониками тока, должна быть предусмотрена защита от перегрузки конденсаторной установки с действием на отключение при токе, превышающем 130% номинального тока. Эта защита совмещается с защитой от многофазных коротких замыканий. Защита от повышения напряжения предусматривается в том случае, если уровень напряжения в сети в месте присоединения конденсаторов будет временами превышать 110% номинального напряжения установки. Поскольку уровень напряжения во многих сетях промышленных предприятий не превышает этой величины, защита от повышения напряжения необязательна.
Защита выполняется с действием на отключение и должна работать с выдержкой времени 3—5 мин, чтобы избежать ложных отключений при кратковременных повышениях напряжения.
Во избежание простоя отключенных конденсаторных установок после восстановления уровня напряжения необходимо быстро осуществлять обратное их включение, что достигается применением схем автоматического регулирования мощности. Обратное включение должно производиться после разряда конденсаторов.
Независимо от защиты всей конденсаторной установки на напряжение выше 1 000 в в целом, в батареях с параллельным соединением однофазных конденсаторов должна осуществляться их групповая защита предохранителями высокого напряжения. Количество конденсаторов в группе должно быть, как правило, не менее пяти и номинальный ток одной группы— не более 100 а.
Групповая защита не требуется, если конденсаторы снабжены встроенной индивидуальной защитой секций. Такой индивидуальной защитой снабжены конденсаторы на напряжения 0,22—1,05 кВ с параллельным соединением секций.
На промышленных предприятиях имеются в работе конденсаторные установки на напряжение выше 1 000 в, оборудованные индивидуальной защитой конденсаторов, поскольку это требовалось действующими ранее правилами устройств электроустановок.
Для правильной ликвидации повреждений в конденсаторных установках все последовательно установленные защитные устройства должны работать избирательно. Для обеспечения избирательности между высоковольтными предохранителями групповой защиты конденсаторов и всей установки необходимо, чтобы их номинальные токи различались не менее чем на одну ступень шкалы. Избирательность действия между предохранителями групповой защиты, максимальной токовой защитой батареи и отстройка от бросков токов, возникающих при включении конденсаторов в сеть, достигается выбором номинального тока плавкой вставки предохранителя и тока срабатывания максимальной защиты по следующим уравнениям:
где Уп.в — номинальный ток плавкой вставки;
/с.з — ток срабатывания защиты;
Iн.к—номинальный ток одного конденсатора или защищаемой группы;
I.нy — номинальный ток конденсаторной установки.
Номинальный ток плавких вставок предохранителей, защищающих отдельной конденсатор, группу или конденсаторную установку, не должен превышать 160% суммы номинальных токов защищаемых конденсаторов. Ток уставки максимального реле или расцепителя автомата не должен превышать 120% номинального тока конденсаторов.
При работе конденсаторных установок, когда температура окружающего воздуха превышает 35° С, возникает необходимость в отключении конденсаторов. Для этих целей устанавливается защита, реагирующая на температуру воздуха в помещении конденсаторной установки.