Protection des banques de condensateurs
Comme d'autres équipements électriques, les condensateurs en dérivation peuvent également être sujets à des défauts internes et externes. Par conséquent, cet équipement doit également être protégé contre ces défauts. Il existe de nombreux schémas disponibles pour la protection de la banque de condensateurs, mais lors de l'application de l'un de ces schémas, nous devons tenir compte de l'investissement initial dans ce condensateur du point de vue économique. Nous devons comparer l'investissement initial et le coût de la protection appliquée. Il y a principalement 3 types de dispositifs de protection qui sont appliqués à une banque de condensateurs.
Fusible d'élément.
Fusible d'unité.
Protection de la banque.
Fusibles d'éléments
Les fabricants d'unités de condensateurs fournissent généralement un fusible intégré dans chaque élément de l'unité. Dans ce cas, si un défaut se produit dans un élément, il est automatiquement déconnecté du reste de l'unité. L'unité continue de fonctionner, mais avec une puissance de sortie réduite. Pour les banques de condensateurs de faible capacité, seul ce schéma de protection intégrée est appliqué pour éviter les dépenses liées à d'autres équipements de protection spéciaux.
Fusible d'unité
La protection par fusible d'unité est généralement fournie pour limiter la durée de l'arc électrique à l'intérieur d'une unité de condensateur défectueuse. Comme la durée de l'arc est limitée, il y a moins de risque de déformation mécanique majeure et de production massive de gaz dans l'unité défectueuse, ce qui permet de sauver les unités voisines de la banque. Si chaque unité d'une banque de condensateurs est individuellement protégée par un fusible, alors en cas de défaillance d'une unité, la banque de condensateurs peut continuer à fonctionner sans interruption avant de retirer et de remplacer l'unité défectueuse.
Un autre avantage majeur de la protection par fusible de chaque unité de la banque est qu'elle indique l'emplacement exact de l'unité défectueuse. Mais lors du choix de la taille du fusible pour cette application, il faut prendre en compte que l'élément du fusible doit résister à la surcharge due aux harmoniques dans le système. Ainsi, le courant nominal de l'élément du fusible pour cette application est pris à 65% au-dessus du courant nominal. Lorsque l'unité individuelle de la banque de condensateurs est protégée par un fusible, il est nécessaire de fournir une résistance de décharge dans chacune des unités.
Protection de la banque
Bien que, en général, une protection par fusible soit fournie avec chaque unité de condensateur, lorsque une unité de condensateur est en défaut et que l'élément de fusible associé est coupé, la tension sur les autres unités de condensateurs connectées en série dans la même rangée augmente. Généralement, chaque unité de condensateur est conçue pour supporter 110% de sa tension nominale normale. Si une autre unité de condensateur sort de service dans la même rangée où une unité était déjà endommagée, la tension sur les autres unités saines de cette rangée augmentera encore et dépassera facilement la limite de tension maximale admissible de ces unités.
Il est donc toujours souhaitable de remplacer l'unité de condensateur endommagée de la banque dès que possible pour éviter un stress de tension excessif sur les autres unités saines. Il doit donc y avoir un dispositif d'indication pour identifier l'unité défectueuse exacte. Dès que l'unité défectueuse est identifiée dans une banque, la banque doit être retirée du service pour remplacer l'unité défectueuse. Il existe plusieurs méthodes de détection de la tension déséquilibrée causée par la défaillance d'une unité de condensateur.
La figure ci-dessous montre l'arrangement le plus courant de protection de la banque de condensateurs. Ici, la banque de condensateurs est connectée en étoile. Le primaire d'un transformateur de tension est connecté entre chaque phase. Les secondaires de tous les trois transformateurs de tension sont connectés en série pour former un delta ouvert et un relais sensible à la tension est connecté à travers ce delta ouvert. Dans des conditions parfaitement équilibrées, aucune tension ne doit apparaître à travers le relais sensible à la tension car la somme des tensions triphasées équilibrées est nulle. Mais en cas de déséquilibre de tension dû à la défaillance d'une unité de condensateur, la tension résultante apparaîtra à travers le relais et le relais sera actionné pour fournir un signal d'alarme et un signal de déclenchement.
Le relais sensible à la tension peut être réglé de telle sorte que jusqu'à un certain déséquilibre de tension, seuls les contacts d'alarme seraient fermés et pour un niveau de tension plus élevé, les contacts de déclenchement ainsi que les contacts d'alarme seraient fermés. Le transformateur de tension connecté entre les condensateurs de chaque phase sert également à décharger la banque après son arrêt.
Dans un autre schéma, les condensateurs de chaque phase sont divisés en deux parties égales connectées en série. Une bobine de décharge est connectée entre chaque partie comme indiqué sur la figure. Entre le secondaire de la bobine de décharge et le relais sensible à la tension qui détecte le déséquilibre, un transformateur auxiliaire est connecté qui sert à réguler la différence de tension entre les tensions secondaires de la bobine de décharge dans des conditions normales.
Ici, la banque de condensateurs est connectée en étoile et le point neutre est connecté à la terre via un transformateur de tension. Un relais sensible à la tension est connecté à travers le secondaire du transformateur de tension. Dès qu'il y a un déséquilibre entre les phases, la tension résultante apparaît à travers le transformateur de tension et donc le relais sensible à la tension est actionné au-delà d'une valeur prédéfinie.
Ici, la banque de condensateurs de chaque phase est divisée en deux parties égales connectées en parallèle et les points d'étoile des deux parties sont interconnectés via un transformateur de courant. Les secondaires du transformateur de courant sont connectés à travers un relais sensible au courant. En cas de déséquilibre entre les deux parties de la banque, il y aurait un courant déséquilibré circulant à travers le transformateur de courant et donc le relais sensible au courant sera actionné. Dans ce schéma, pour décharger la banque après son arrêt, une bobine de décharge peut être connectée entre les condensateurs de chaque phase.
Dans un autre schéma de protection de la banque de condensateurs, le point d'étoile d'une banque de condensateurs triphasée est connecté à la terre via un transformateur de courant et un relais sensible au courant est connecté à travers le secondaire du transformateur de courant. Dès qu'il y a un déséquilibre entre les phases de la banque de condensateurs, il y aura un courant circulant vers la terre à travers le transformateur de courant et donc le relais sensible au courant sera actionné pour déclencher l'interrupteur associé à la banque de condensateurs.
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