Τι είναι οι Χαρακτηριστικά και Προληπτικά Μέτρα των Μηχανισμών Αποτυχίας των Ηλεκτρικών Καπακιτόρων；

1 Μηχανισμοί Αποτυχίας των Καταθετών Ισχύος

Ένας καταθέτης ισχύος αποτελείται κυρίως από μια θήκη, πυρήνα καταθέτη, απομονωτικό μέσο και δομή συνδέσμων. Η θήκη είναι συνήθως κατασκευασμένη από λεπτό χάλυβα ή ανοξείδωτο χάλυβα, με βουλώματα που είναι συγκολλημένα στο κάλυμμα. Ο πυρήνας του καταθέτη είναι εντυλιγμένος από μεμβράνη πολυπροπυλήνης και αλουμινίο (ηλεκτρόδες), ενώ το εσωτερικό της θήκης είναι γεμάτο με υγρό απομονωτικό μέσο για απομόνωση και αποδόση θερμότητας.

Ως εντελώς σφραγισμένη συσκευή, οι κοινές μορφές αποτυχίας των καταθετών ισχύος περιλαμβάνουν:

• Αποτυχία εσωτερικών στοιχείων καταθέτη;

• Σπασίμο φίδιας;

• Εσωτερικά σφάλματα κοροϊδίων;

• Εξωτερικά σφάλματα αποδόσεων.

Οι εσωτερικές αποτυχίες είναι πιο καταστροφικές για το σώμα του καταθέτη και, όταν συμβούν, συνήθως δεν μπορούν να επισκευαστούν επιτόπου, επηρεάζοντας σημαντικά την αποδοτικότητα λειτουργίας της εξοπλισμού.

1.1 Αποτυχία Εσωτερικών Στοιχείων Καταθέτη

Η αποτυχία των στοιχείων καταθέτη είναι κυρίως αποτέλεσμα παραγόντων όπως γήρανση του απομονωτικού μέσου, εισδοχή υγρασίας, ελλείψεις κατασκευής και αυστηρές συνθήκες λειτουργίας. Εάν το στοιχείο έχει ένα εσωτερικό φίδι, η αποτυχία ενός μόνου στοιχείου θα προκαλέσει κοροϊδία των παράλληλων συνδεδεμένων στοιχείων, αφαιρώντας τα από την κοινή μεταδοχή τάσης. Αυτό αυξάνει τη λειτουργική τάση στα υπόλοιπα σειριακά συνδεδεμένα στοιχεία. Χωρίς εγκαίρη απομόνωση της παρανόμη, αυτό παρουσιάζει σοβαρά κίνδυνα ασφάλειας και μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικές αποτυχίες.Η χρήση εσωτερικών φίδιων επιτρέπει την αποτελεσματική και εγκαίρη απομόνωση των αποτυχημένων στοιχείων, ενισχύοντας την λειτουργική ασφάλεια.

Η αποτυχία καταθέτη μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις τύπους: ηλεκτρική αποτυχία, θερμική αποτυχία και αποτυχία μερικής απόδοσης.

• Ηλεκτρική Αποτυχία: Προκαλείται από υπερτάση ή αρμονικές, οδηγώντας σε υπερβολικά υψηλή ηλεκτρική πεδίο στο απομονωτικό μέσο, που οδηγεί σε αποτυχία της απομόνωσης σε ελλειμματικά σημεία. Χαρακτηρίζεται από μικρή διάρκεια και υψηλή ένταση πεδίου. Η ισχύς αποτυχίας είναι στενά συνδεδεμένη με την ομοιογένεια του πεδίου, αλλά λιγότερο ευαίσθητη στη θερμοκρασία και τη διάρκεια τάσης.

• Θερμική Αποτυχία: Συμβαίνει όταν η παραγωγή θερμότητας υπερβαίνει την διάχυση, προκαλώντας συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας στο απομονωτικό μέσο, οδηγώντας σε κατάρρευση του υλικού και τελικά σε αποτυχία της απομόνωσης. Αυτό συνηθίζει να συμβαίνει κατά τη σταθερή λειτουργία, με χαμηλότερη τάση αποτυχίας και μεγαλύτερη διάρκεια εφαρμογής τάσης σε σύγκριση με την ηλεκτρική αποτυχία.

• Αποτυχία Μερικής Απόδοσης: Προκαλείται από τοπικά υψηλά ηλεκτρικά πεδία μέσα στο απομονωτικό μέσο, που υπερβαίνουν την ισχύ αποτυχίας περιοχών χαμηλής διελκτικότητας, όπως υγρά, αέρια ή εκχωρήσεις. Αυτό ξεκινά μερικές αποδόσεις που σταδιακά επιβαρύνουν την απομόνωση, τελικά εξελισσόμενες σε ολοκληρωμένη αποτυχία απόδοσης. Ο προσανατολισμός είναι προοδευτικός, αναπτύσσοντας από μη διατρέχουσες αποδόσεις σε ολοκληρωμένη αποτυχία απομόνωσης.

1.2 Σπασίμο Φίδιας

Η προστασία με φίδια είναι μία από τις πιο κοινές προσταστικές μέτρα για τους καταθέτες ισχύος και παίζει κρίσιμο ρόλο στην ασφαλή και σταθερή λειτουργία των συστημάτων αντιστάθμισης. Κατατάσσεται σε εξωτερική και εσωτερική προστασία με φίδια.

• Εξωτερική Προστασία με Φίδια: Όταν αποτυχεί ένα εσωτερικό στοιχείο καταθέτη, ο ρευστός σφάλματος μέσω του καταθέτη και του εξωτερικού φίδιου αυξάνεται. Όταν ο ρευστός φθάνει στον ρυθμιζόμενο θερμικό οριακό όριο του φίδιου, το φίδι θερμαίνεται, διακόπτει τη θερμική ισορροπία και ξεθερμαίνεται, αποσυνδέοντας τον αποτυχημένο καταθέτη για να προληφθεί η εξάπλωση του σφάλματος.

• Εσωτερική Προστασία με Φίδια: Σε περίπτωση αποτυχίας στοιχείου, τα παράλληλα στοιχεία αποδίδουν στο σφαλμένο στοιχείο, παράγοντας υψηλής έντασης, γρήγορα μειωμένο μεταβαλλόμενο ρεύμα. Η ενέργεια αυτού του ρεύματος ξεθερμαίνει το σειριακά συνδεδεμένο εσωτερικό φίδι, απομονώνοντας το αποτυχημένο στοιχείο και επιτρέποντας στον υπόλοιπο καταθέτη να συνεχίσει τη λειτουργία.

Στην πράξη, η ανάλογη επιλογή φίδιων ή η κακή επαφή στους συνδέσμους μπορεί να προκαλέσει αναντίρρητη ξεθέρμανση φίδιων κατά την κανονική λειτουργία, παρερχόμενα απομακρύνοντας υγιείς καταθέτες και μειώνοντας την εξόδο αντισταθμιστικής ισχύος.

Εάν τα εσωτερικά φίδια είναι ανάλογα επιλεγμένα και δεν απομονώνουν εγκαίρως τα σφάλματα, το σφάλμα μπορεί να επιδεινωθεί, με δυνατότητα να οδηγήσει σε εκρήξη ή πυρκαγιά του καταθέτη.

1.3 Εσωτερικά Σφάλματα Κοροϊδίων

Τα εσωτερικά σφάλματα κοροϊδίων στους καταθέτες ισχύος περιλαμβάνουν κυρίως κοροϊδίες μεταξύ ζωντανών ηλεκτρόδων και θήκης και μεταξύ ηλεκτρόδων. Αυτά προκαλούνται κυρίως από μακροχρόνια γήρανση του απομονωτικού μέσου, εισδοχή υγρασίας στο εσωτερικό, υπερτάση ή εγγενείς ελλείψεις απομόνωσης από τη σχεδίαση ή την κατασκευή, όλα τα οποία μπορούν να οδηγήσουν σε τύπο καταστροφής της απομόνωσης και εσωτερικές κοροϊδίες.

1.4 Εξωτερικά Σφάλματα Απόδοσης

Τα εξωτερικά σφάλματα απόδοσης αναφέρονται σε αποτυχίες που συμβαίνουν εκτός του σώματος του καταθέτη, που προκαλούνται από εξωτερικούς παράγοντες όπως παραστροφή επιφάνειας των βουλώματων, διάνυξη βουλώματος, κοροϊδίες μεταξύ φάσεων ή μεταξύ φάσης και γης, ή ρωγμές στα πορσελάνια βουλώματα λόγω μηχανικού στρες. Αυτά τα σφάλματα έχουν ποικίλες αιτίες αλλά συμβαίνουν στην εξωτερική κύκλωση. Συνήθως μπορούν να ανιχνευθούν και να αντιμετωπιστούν εγκαίρως μέσω ενεργειών προστασίας ρελέ, συνήθων ελέγχων ή εξωτερικών δοκιμών. Η πιθανότητα και η σοβαρότητά τους είναι μικρότερη από τα εσωτερικά σφάλματα, αλλά αξίζει αρκετή προσοχή.

2 Κοινές Χαρακτηριστικές και Αιτίες Σφαλμάτων των Καταθετών Ισχύος
2.1 Διαρροή Λάδιου από το Σώμα του Καταθέτη

Ως εντελώς σφραγισμένη, υψηλής ηλεκτρικής πεδίου, υψηλής ροής συσκευή, η διαρροή λαδιού σε έναν καταθέτη ισχύος μειώνει το επίπεδο απομόνωσης λόγω της μειωμένης επιπέδου λαδιού, επιτρέποντας εισδοχή υγρασίας λόγω της μειωμένης εσωτερικής πίεσης. Αυτό οδηγεί σε υγρασία της απομόνωσης, μείωση της αντίστασης απομόνωσης και τελικά σε αποτυχία εσωτερικών στοιχείων ή ακόμη και εκρήξη.

Κύριες αιτίες διαρροής λαδιού περιλαμβάνουν: κακή συγκόλληση που οδηγεί σε ανεπαρκή σφράγιση; γήρανση ή ανομοιογένεια σε διατμητικά; μηχανική ζημία κατά τη μεταφορά ή εγκατάσταση; ανεπαρκής συντήρηση που προκαλεί κατάσταση ρύζιου; και μηχανικό στρες που ζημιώνει τις σφραγίδες των βουλώματων.

2.2 Μεταμόρφωση της Θήκης του Καταθέτη

Κατά την κανονική λειτουργία, μικρές επεκτάσεις ή συστολές της θήκης του καταθέτη λόγω μεταβολών θερμοκρασίας και τάσης είναι αποδεκτές. Ωστόσο, όταν η εσωτερική ηλεκτρική πεδίο είναι υπερβολική, προκαλώντας μερική απόδοση ή κοροϊδίες, το απομονωτικό μέσο αναλύεται και παράγει μεγάλες ποσότητες αερίων. Αυτό αυξάνει την εσωτερική πίεση στη σφραγισμένη κάμπα, οδηγώντας σε φουσκώματα ή μεταμόρφωση της θήκης.

Μόλις συμβεί σοβαρή μεταμόρφωση, συνήθως δεν είναι δυνατή η επίτοπη επισκευή και απαιτείται αντικατάσταση. Η μεταμόρφωση της θήκης όχι μόνο επιδεινώνει την εσωτερική απομόνωση, αλλά μπορεί επίσης να ζημιώσει την ηλεκτρική δομή, αλλάζοντας τις αρχικές αποστάσεις απομόνωσης. Σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να προκαλέσει σπάσιμο των βουλώματων (βλέπε Σχήμα 1), με δυνατότητα να οδηγήσει σε εκρήξη ή πυρκαγιά.

Η μεταμόρφωση της θήκης είναι κυρίως αποτέλεσμα ζητημάτων ποιότητας προϊόντος, όπως: κακή ποιότητα υλικών ηλεκτρόδων ή απομονωτικού μέσου; χρήση μη απορροφώντος αερίων λαδιού; υποδεέστερη παραγωγική περιβάλλον ή διαδικασίες; υπόλοιπα επιμέρισμα κατά την παραγωγή; υπερβολική διώξη συγκεκριμένων επιδόσεων; ή το υλικό της θήκης να είναι πολύ λεπτό.

2.3 Ανωμαλία Αύξησης Θερμοκρασίας στους Καταθέτες

Η ανωμαλία αύξησης θερμοκρασίας σε καταθέτες ισχύος οδηγεί σε υπερβολική θερμοκρασία του σώματος, η οποία επιταχύνει τη θερμική γήρανση του εσωτερικού απομονωτικού μέσου, μειώνοντας την αντοχή της απομόνωσης και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει μερική απόδοση.