Rodzaje uszkodzeń i zabezpieczenia statycznych baterii kondensatorów (BSC)

Cel statycznych banków kondensatorów (BSC)

Baterie kondensatorów statycznych (BSC) są wykorzystywane do następujących celów: kompensacja mocy biernej w sieci, regulacja poziomu napięć w szynach, wyrównywanie przebiegu napięć w obwodach sterowania z regulacją tyrystorową.

Przekazanie mocy biernej przez linię elektroenergetyczną powoduje spadek napięcia, szczególnie odczuwalny w napowietrznych liniach elektroenergetycznych o dużej rezystancji biernej. Ponadto dodatkowy prąd przepływający przez linię powoduje zwiększone straty mocy. Jeżeli moc czynna ma być przesyłana dokładnie w ilości wymaganej przez użytkownika, to moc bierna może być generowana w miejscu poboru. Do tego celu służą banki kondensatorów.

Silniki asynchroniczne mają największy pobór mocy biernej. Dlatego, gdy specyfikacje techniczne są wydawane użytkownikowi, który ma znaczny udział silników indukcyjnych w obciążeniu, zwykle sugeruje się, że cosφ wynosi 0,95.Jednocześnie zmniejszają się straty mocy czynnej w sieci oraz spadki napięcia na liniach elektroenergetycznych. W niektórych przypadkach problem można rozwiązać za pomocą silników synchronicznych. Prostszym i tańszym sposobem uzyskania takiego wyniku jest zastosowanie BSC.

Przy minimalnych obciążeniach systemu może dojść do sytuacji, w której bateria kondensatorów wytworzy nadmiar mocy biernej. W tym przypadku zbędne reaktywna moc jest zwracany do źródła zasilania, podczas gdy linia jest ponownie ładowana dodatkowym prądem biernym, co zwiększa straty mocy czynnej. Napięcie magistrali wzrasta i może być niebezpieczne dla sprzętu. Dlatego bardzo ważna jest możliwość regulacji pojemności baterii kondensatorów.

W najprostszym przypadku w trybach minimalnego obciążenia można wyłączyć BSC — regulację skoku. Czasami to nie wystarcza i bateria składa się z kilku BSC, z których każdy można osobno włączać i wyłączać — regulacja skokowa. Wreszcie istnieją modulujące systemy sterowania, na przykład: dławik jest podłączony równolegle do akumulatora, którego prąd jest płynnie regulowany przez obwód tyrystorowy. We wszystkich przypadkach do tego celu służy specjalna automatyczna kontrola BSC.

Rodzaje uszkodzeń bloku kondensatorów

Główny rodzaj awarii baterii kondensatorów — awaria kondensatora — powoduje zwarcie dwufazowe. W warunkach eksploatacji możliwe są również stany nienormalne związane z przeciążeniem kondensatorów składowymi prądu o wyższych harmonicznych oraz wzrostem napięcia.

Powszechnie stosowane schematy sterowania obciążeniem tyrystorów opierają się na fakcie, że tyrystory są otwierane przez obwód sterujący w pewnym momencie okresu, a im mniejsza część okresu są otwarte, tym mniej prąd skuteczny przepływa przez ładunek. W takim przypadku wyższe harmoniczne prądu pojawiają się w składzie prądu obciążenia i odpowiadających im harmonicznych napięcia w źródle zasilania.

BSC przyczyniają się do obniżenia poziomu harmonicznych w napięciu, ponieważ wraz ze wzrostem częstotliwości maleje ich rezystancja, a co za tym idzie, wartość prądu pobieranego przez akumulator wzrasta. Prowadzi to do wygładzenia przebiegu napięcia.W takim przypadku istnieje niebezpieczeństwo przeciążenia kondensatorów prądami o wyższych harmonicznych i wymagane jest specjalne zabezpieczenie przeciążeniowe.

Prąd włączenia baterii kondensatorów

Po przyłożeniu napięcia do akumulatora pojawia się prąd rozruchowy, zależny od pojemności akumulatora i rezystancji sieci.

Wyznaczmy np. prąd rozruchowy akumulatora o pojemności 4,9 MVAr, biorąc moc zwarcia szyn 10 kV, do których akumulator jest podłączony – 150 MV ∙ A: prąd znamionowy akumulatora: Inom = 4,9 / (√ 3 * 11) = 0,257 kA; wartość szczytowa prądu rozruchowego do wyboru zabezpieczenia przekaźnika: Iincl. = √2 * 0,257 * √ (150 / 4,9) = 2 kA.

Dobór przełącznika do przełączania baterii kondensatorów

Działanie wyłącznika podczas wyzwalania baterii kondensatorów często decyduje o doborze wyłącznika.O wyborze wyłącznika decyduje sposób ponownego zajarzenia łuku w wyłączniku, gdy między stykami wyłącznika może wystąpić podwójne napięcie — napięcie ładowania kondensatora z jednej strony i napięcie sieciowe w przeciwfazie z drugiej . Prąd wyzwalający wyłącznika uzyskuje się przez pomnożenie prądu wyzwalającego przez współczynnik udaru przekładni. Jeśli używany jest przełącznik o takim samym napięciu jak BSK, współczynnik CP wynosi 2,5. Często przełącznik przeciwprzepięciowy 35 kV jest używany do przełączania baterii 6-10 kV. W tym przypadku współczynnik CP wynosi 1,25.

Zatem prąd ponownego zapłonu wynosi:

Po wybraniu przełącznika jego prąd znamionowy (wartość szczytowa) musi być równy lub większy niż prąd znamionowy wyłączania ponownego zapłonu. Znamionowy prąd wyłączalny zależy od typu wyłącznika i wynosi: IOf.calc = IPZ dla wyłączników powietrznych, próżniowych i SF6; I wyłączony = IPZ / 0,3 dla wyłączników olejowych.

Na przykład sprawdzimy parametry przełącznika dla obliczonych wcześniej prądów rozruchowych przy użyciu wyłącznika olejowego 10 kV o prądzie wyłączania 20 kA w wartości skutecznej lub 28,3 kA w amplitudzie (VMP-10-630 -20).

a) Jeden akumulator 4,9 mvar. Prąd zapłonu: IPZ = 2,5 * 2 = 5 kA Szacowany prąd wyłączenia: I Obliczono = 5 / 0,3 = 17 kA.

Można zastosować wyłącznik olejowy 10 kV. Przy wzroście mocy zwarciowej szyn zbiorczych 10 kV, również przy obecności dwóch akumulatorów, obliczony prąd zadziałania może przekroczyć dopuszczalny.W tym przypadku, jak również w celu zwiększenia niezawodności w obwodach BSC, stosuje się szybkie przełączniki, na przykład przełączniki próżniowe, w których prędkość separacji styków podczas wyłączania jest większa niż prędkość powrotu napięcia.

Należy zauważyć, że takie same wymagania musi spełniać wyłącznik wejściowy i sekcyjny, który może również dostarczać wyłączane napięcie do załączonej baterii kondensatorów.