Предохранители играют важную роль в конденсаторных батареях, обеспечивая защиту от короткого замыкания, защиту от перегрузки и изолируя отдельные неисправности конденсаторов.

Они являются ключевым компонентом, обеспечивающим безопасную работу конденсаторов и устойчивость энергосистем. В связи с особенностями заряда и разряда конденсаторов (большими пусковыми токами при замыкании) и особенностями их отказов (склонностью к внутреннему пробою, приводящему к коротким замыканиям или перегрузкам) к выбору, конфигурации и применению предохранителей предъявляются строгие требования. 

1. Специальные требования к конденсаторам в предохранителях

Электрические характеристики конденсаторов существенно отличаются от характеристик обычных нагрузок (таких как двигатели и резисторы). Поэтому соответствующие им предохранители должны соответствовать следующим основным требованиям:

Выдерживать пусковой ток: при включении конденсатор генерирует «замыкающий пусковой ток», в несколько или даже в десятки раз превышающий номинальный (длится очень короткое время, обычно миллисекунды). Предохранители должны выдерживать этот мгновенный высокий ток без перегорания, чтобы избежать ложного срабатывания.

Быстрое отключение токов короткого замыкания: при пробое внутренней изоляции конденсатора (например, короткое замыкание пластин или пробой диэлектрика вследствие старения) возникает значительный ток короткого замыкания. Предохранители должны срабатывать быстро, в течение миллисекунд, чтобы предотвратить взрыв конденсатора, разбрызгивание масла или масштабные неисправности.

Согласованные характеристики перегрузки: Длительное перенапряжение и перегрузка по току (например, дополнительный ток, вызванный гармониками) в конденсаторах могут вызывать перегрузки. Предохранители должны срабатывать в течение заданного времени под действием тока перегрузки, обеспечивая «задержку срабатывания» и баланс надёжности и чувствительности.

Адаптация отключающей способности: Номинальная отключающая способность предохранителя должна быть больше максимального тока короткого замыкания системы, чтобы гарантировать безопасное гашение дуги при ее перегорании, избегая образования дуги, которая может привести к повреждению оборудования или травмам персонала.

2. Основная функция защиты предохранителей для конденсаторов

Предохранители обеспечивают многоуровневую защиту конденсаторов благодаря своей «токово-временной характеристике» (ампер-секундной характеристике). Их основные функции включают:

1. Защита от замыкания одного конденсатора (основная функция)

Конденсаторы в энергосистемах часто работают параллельно (например, несколько конденсаторов соединяются параллельно, образуя группу, а затем несколько групп соединяются последовательно или параллельно). При локальном пробое или коротком замыкании в одном конденсаторе:

Сила тока в неисправном конденсаторе резко возрастает, в результате чего связанный с ним «одноэлементный предохранитель» (обычно это специальный высоковольтный предохранитель, ограничивающий ток) быстро плавится, изолируя неисправный конденсатор от батареи.

Это предотвращает распространение неисправности на другие конденсаторы в батарее (предупреждая «разрыв цепи»), сохраняя при этом работу всей батареи конденсаторов и обеспечивая непрерывность функции компенсации реактивной мощности системы.

2. Capacitor Bank Short-Circuit Protection

При возникновении короткого замыкания в шинах конденсаторной батареи, соединительных проводах или нескольких конденсаторах одновременно:

В главной цепи сработает «предохранитель защиты батареи» (с более высоким номинальным током и более высокой отключающей способностью), который отключит питание всей батареи конденсаторов, предотвратит распространение неисправности на вышестоящую энергосистему и защитит такое оборудование, как трансформаторы и выключатели.

3. Защита от перегрузки

Перегрузка конденсатора может возникнуть в следующих случаях:

Напряжение системы превышает номинальное напряжение конденсатора в течение длительного периода времени (увеличение напряжения на 10% приводит к увеличению тока примерно на 21%);

Содержание гармоник в сети превышает установленный предел (гармонические токи накладываются на основной ток, увеличивая общий ток);

Неправильная проводка конденсаторной батареи (например, недостаточное последовательное соединение, приводящее к чрезмерному делению напряжения).

Ампер-секундная характеристика предохранителя приводит к его перегоранию после того, как ток перегрузки сохраняется в течение определенного периода времени, что предотвращает перегрев конденсатора в течение длительного времени, что может привести к ускоренному старению диэлектрика, выходу из строя изоляции или даже взрыву.

Типичные сценарии применения

Шкафы низковольтных конденсаторов: каждый низковольтный конденсатор (например, самовосстанавливающийся шунтирующий конденсатор) обычно последовательно подключается к низковольтному высоковольтному предохранителю (например, серии RT18) для индивидуальной защиты. Для групповой защиты в главной цепи шкафа устанавливается главный предохранитель или автоматический выключатель.

Высоковольтные конденсаторные батареи: каждый высоковольтный конденсатор последовательно соединён с высоковольтным токоограничивающим предохранителем (например, XRNT-10kV). Несколько конденсаторов соединены параллельно, образуя «блок конденсаторов», и каждый блок защищён главным предохранителем или высоковольтным автоматическим выключателем.

Подводя итог, можно сказать, что предохранители — это «точные и эффективные стражи» защиты конденсаторов. Их основная ценность заключается в том, что они не мешают нормальной работе, но и устраняют риски в момент неисправности. Правильный выбор, разумная конфигурация и регулярное обслуживание — залог полной реализации их защитной функции.