Защита и автоматика конденсаторных установок

Устройства защиты. Конденсаторные установки, присоединяе­мые параллельно к приемникам электрической энергии, предназ­начаются для повышения коэффициента мощности в системе электроснабжения. Они могут использоваться и для местного регу­лирования напряжения, поэтому конденсаторные установки снаб­жаются автоматическими регуляторами напряжения (АРН). От повреждений и ненормальных режимов конденсаторных установок предусматривается защита, действующая при многофазных корот­ких замыканиях, перегрузках и повышении напряжения.

Защита от многофазных коротких замыканий предусматривает­ся для всей конденсаторной установки в целом. В сетях напряже­нием до 1000 В она выполняется плавкими предохранителями или автоматическими выключателями, а в сетях напряжением выше 1000 В - плавкими предохранителями или двухфазной токовой отсечкой. Кроме того, предусматривается групповая защита бата­рей, из которых состоит установка. Групповая защита не требует­ся, если конденсаторы снабжены индивидуальной защитой секций. Групповая защита и защита секций выполняются предохраните­лями.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя и ток сра­батывания защиты выбирают с учетом отстройки от токов переход­ного процесса при включении конденсаторной установки по усло­вию /_{с. з} = /_{вс. ном} = k _зап/_{к.у ном}, где /_{к.у ном} – номинальный ток конденсаторной установки или отдельных ее элементов (для груп­повой защиты и защиты секций); k _зап = 2,0 - 2,5. Большее значе­ние коэффициента запаса k _зап принимают для плавких вставок.

Защита от перегрузки предусматривается в случаях, когда воз­можна перегрузка конденсаторов высшими гармоническими тока из-за непосредственной близости мощных выпрямительных устано­вок. Защита выполняется общей для всей конденсаторной установ­ки и действует на ее отключение с выдержкой времени порядка t_сз = 9 с. Ток срабатывания защиты определяется условием I_сз ³ 1,3 I_{к.у. ном.}

Защита от повышения напряжения устанавливается, если при включении конденсаторной установки напряжение в месте ее при­соединения может быть U > 1,1 U _ном. Защита выполняется одним максимальным реле напряжения и реле времени. Напряжение сра­батывания определяется условием U = 1,1 U _ном, а выдержка времени принимается равной t _с.з = 3 - 5 мин. Предусматривается автоматическое повторное включение конденсаторной установки после восстановления первоначального уровня напряжения.

Устройства автоматического регулирования напряжения. Авто­матическое регулирование напряжения выполняется одноступенча­тым, когда автоматически включается (отключается) вся конден­саторная установка, или многоступенчатым, когда включаются (отключаются) отдельные батареи или секции. Оно может осу­ществляться в функции напряжения, тока нагрузки, значения или знака реактивной мощности, времени суток (программное управ­ление с помощью контактных электрических часов).

Одноступенчатое регулирование напряжения в связи с включе­нием (отключением) всей установки имеет большие зоны нечув­ствительности и допускает значительные отклонения напряжения, что в ряде случаев нежелательно. При одноступенчатом автомати­ческом регулировании напряжения на шинах 0,38 кВ может при­меняться схема, приведенная на рис. 15.1, а, б, на которой показа­ны элементы защиты конденсаторной установки (предохранители Fl, F2 и автомат SF).

Рис. 15.1. Схема одноступенчатого управления кон­денсаторной установкой в функции напряжения

Регулирование осуществляется в функции напряжения, поэтому схема содержит максимальное реле напряжения KV1 и минималь­ное реле напряжения KV2. Реле KV1 срабатывает при повышении напряжения на шинах 0,38 кВ, а реле KV2 - при его снижении. Чтобы автоматика не действовала при кратковременных колебани­ях напряжения, управляющие воздействия на контактор КМ, под­ключающий конденсаторы к шинам, подаются контактами реле вре­мени КТ1 и КТ2 через t = 15 с после срабатывания соответствую­щего реле напряжения.

На рис. 15.2,6 показана схема защиты и одноступенчатого ре­гулирования напряжения в функции времени конденсаторной уста­новки высокого напряжения (рис. 15.2, а). Контакты электриче­ских часов РТ, замыкаясь на D t = 15с, включают одно из двух реле времени КТ1 или КТ2 (в зависимости от положения выклю­чателя Q и его вспомогательных контактов Q.3 - Q.4). При отклю­ченном выключателе работает реле КТ1 и после выдержки времени

t₁ = 9 - 10 с контактом КТ1 воздействует на электромагнит YAC включения выключателя Q. После включения выключателя и пере­ключения его вспомогательных контактов начинает работать реле времени КТ2, имеющее выдержку времени t₂ = t₁. Сумма выдер­жек времени двух реле выбрана большей времени замкнутого со­стояния контактов РТ, поэтому реле времен КТ2 не успевает доработать и конденсаторная установка остается подключенной к шинам до момента очередного замыкания контактов РТ, приво­дящего к ее отключению.

Конденсаторная установка имеет общую защиту, выполненную посредством реле КАТ с ограниченно зависимой характеристикой, и защиту от замыканий на землю (реле KAZ) Электромагнитный элемент реле (контакт КАТ.1) действует при Коротких замыкани­ях, а индукционный (контакт КАТ. 2) - при перегрузках, вызы­ваемых токами высших гармонических. При срабатывании защит промежуточное реле KL самоудерживается (контактом K.L.3) и разрывает цепь включения выключателя (контактом KL.1). Само­удерживание снимается кнопочным выключателем SB. Источником переменного оперативного тока служит трансформатор собствен­ных нужд подстанции с конденсаторной установкой.

Многоступенчатое регулирование позволяет осуществлять авто­матический регулятор конденсаторных батареи типа АРКОН. Он состоит из измерительной части (командною блока) и логиче­ской части с исполнительными элементами в виде так называемых приставок. Измерительная часть аналогична имерительной части выше рассмотренного регулятора напряжения для трансформаторов (см. § 13.10). В рассматриваемом устройстве регулятор вы­являет только направление воздействия: включение или отключе­ние очередной секции конденсаторной батареи. Подлежащая включению или отключению секция определяется логическим алго­ритмом приставок. Очередность действия приставок может быть двоякой. В первом случае предполагаются равные мощности кон­денсаторных батарей, тогда приставки и соответствующие им сек­ции включаются поочередно. Во втором случае мощности секций берутся не равными для увеличения числа ступеней регулирования. Например, три секции с соотношением мощностей 1:2:4 позволя­ют получить семь ступеней регулирования с мощностями, относя­щимися как 1:2: (1+2): 4: (1+4): (2+4): (1+2+4).

Структурная схема соединения трех приставок для включения (отключения) секций равной мощности показана на рис. 15.3. Каждая из приставок /, //, /// содержит логические элементы И, триггер Т и исполнительный элемент ИЭ, управляющий работой секций. В исходном состоянии (до включения секций кон­денсаторной батареи) в каждой приставке на прямом выходе триггера Q сигнал

Отсутствует - логический 0, а на инверсном Q имеется дискретный сигнал— логическая 1.

Если контролируемое напряжение находится в зоне нечувствительности, то в цепях включения В и отключения О и регулятора - логические 0. При снижении напряжения первая логическая единица - импульс команды включения через И1.1, на втором входе которого имеется единица с инверсного выхода Т1, поступает на триггер Т1, переключая его. Триггер Т2 первым импульсом не переключается, так как на второй вход логического элемента И2.1 подается сигнал запрета О с прямого выхода триггера Т1. По этой причине не переключается и триггер ТЗ. Переключившись, триггер Т1 выдает команду на действие исполнительного эле­мента ИЭ1, включающего первую секцию, и подает разрешающий сигнал - единицу на второй вход элемента И2.1. В связи с этим второй импульс команды включения переключает триггер Т2; при этом триггер Т1 остается в прежнем по­ложении (так как на втором входе элемента И 1.1 сигнал запрета—нуль с ин­версного выхода Т1). После переключения триггера Т2 действует исполнительный элемент ИЭ2, включающий вторую секцию, и подается разрешающий сигнал на логический элемент И3.1. Третий импульс - переключает триггер ТЗ, при этом включается третья секция конденсаторной батареи. При поступлении сигналов отключения работа устройства происходит аналогично, но в обратном порядке. Необходимую очередность обратного переключения триггеров (сначала ТЗ, затем Т 2 и Т1) обеспечивают логические элементы И3.2—И 1.2. На основе рассмотрен­ного устройства разработан регулятор АРК.ОН-1 [91].