چه مشخصات و اقدامات پیشگیرانه‌ای برای خازن‌های برق وجود دارد؟
1 مکانیزم‌های خرابی کندانسورهای قدرت
یک کندانسور قدرت عمدتاً شامل پوسته، هسته کندانسور، ماده دی الکتریک و ساختار ترمینال است. پوسته معمولاً از فولاد رول نازک یا فولاد ضد زنگ ساخته شده و بوشینگ‌ها به پوشش آن جوش داده می‌شوند. هسته کندانسور از فیلم پلی‌پروپیلن و فوم آلومینیوم (الکترود) پیچیده شده و داخل پوسته با مایع دی الکتریک برای عایق بندی و تản 열 پر شده است.
به عنوان یک دستگاه کاملاً بسته، انواع خرابی‌های رایج در کندانسورهای قدرت شامل:
خرابی المان داخلی کندانسور؛
قطع فیوز؛
خطاهای کوتاه مداری داخلی؛
خطاهای تخلیه خارجی.
خطاهای داخلی بیشتر مخرب بدن کندانسور هستند و یک بار رخ داده، عموماً نمی‌توانند در محل تعمیر شوند و به طور قابل توجهی کارایی استفاده از تجهیزات را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
1.1 خرابی المان داخلی کندانسور
خرابی المان کندانسور عمدتاً به دلیل عواملی مانند پیری دی الکتریک، ورود رطوبت، خطاهای تولید و شرایط عملکرد سخت ایجاد می‌شود. اگر المان فیوز داخلی نداشته باشد، خرابی یک المان منجر به کوتاه مداری المان‌های موازی آن می‌شود و آنها را از تقسیم ولتاژ حذف می‌کند. این موجب افزایش ولتاژ عملکردی المان‌های سری‌بسته باقی‌مانده می‌شود. بدون جدا کردن به موقع خطا، این وضعیت خطرات جدی ایمنی ایجاد می‌کند و ممکن است منجر به خرابی‌های فاجعه‌بار شود.استفاده از فیوزهای داخلی امکان جداسازی مؤثر و به موقع المان‌های معیوب را فراهم می‌کند و ایمنی عملکرد را افزایش می‌دهد.
خرابی کندانسور می‌تواند به سه نوع تقسیم شود: خرابی الکتریکی، خرابی حرارتی و خرابی تخلیه جزئی.
خرابی الکتریکی: به دلیل ولتاژ بیش از حد یا هارمونیک‌ها ایجاد می‌شود که موجب ایجاد میدان الکتریکی بسیار قوی در دی الکتریک می‌شود و منجر به خرابی عایق در نقاط معیوب می‌گردد. این نوع خرابی با مدت زمان کوتاه و شدت میدان بالا مشخص می‌شود. مقاومت خرابی به یکنواختی میدان بستگی دارد اما به دمای محیط و مدت زمان ولتاژ حساسیت کمتری دارد.
خرابی حرارتی: زمانی رخ می‌دهد که تولید گرما بیش از تشعشع آن باشد، که موجب افزایش مداوم دما در دی الکتریک، تجزیه ماده و در نهایت خرابی عایق می‌شود. این معمولاً در حالت عملکرد پایدار رخ می‌دهد و ولتاژ خرابی نسبتاً کمتر و مدت زمان ولتاژ بیشتری نسبت به خرابی الکتریکی دارد.
خرابی تخلیه جزئی: به دلیل وجود میدان‌های الکتریکی محلی بسیار قوی در دی الکتریک که بیش از مقاومت خرابی مناطق با ضریب دی الکتریک کم مانند مایعات، گازها یا آلودگی‌ها می‌باشد، ایجاد می‌شود. این موجب تخلیه‌های جزئی می‌شود که به تدریج عملکرد عایق را تضعیف می‌کند و در نهایت به خرابی کامل از الکترود به الکترود تبدیل می‌شود. این فرآیند تدریجی است و از تخلیه‌های غیر نفوذی تا خرابی کامل عایق تکامل می‌یابد.
1.2 قطع فیوز
حفاظت فیوز یکی از متداول‌ترین اقدامات محافظتی برای کندانسورهای قدرت است و نقش مهمی در عملکرد ایمن و پایدار سیستم‌های جبرانی دارد. این حفاظت به دو نوع فیوز خارجی و داخلی تقسیم می‌شود.
حفاظت فیوز خارجی: وقتی که یک المان داخلی کندانسور خراب می‌شود، جریان خطا از کندانسور و فیوز خارجی افزایش می‌یابد. هنگامی که جریان به آستانه ذوب فیوز می‌رسد، فیوز گرم می‌شود، تعادل گرمایی را می‌شکند و ذوب می‌شود، کندانسور معیوب را قطع می‌کند تا از تشدید خطا جلوگیری شود.
حفاظت فیوز داخلی: در صورت خرابی المان، المان‌های موازی به المان معیوب تخلیه می‌کنند و جریان موقتی با شدت بالا و سرعت زوال سریع ایجاد می‌شود. انرژی این جریان فیوز سری‌بسته داخلی را ذوب می‌کند، المان معیوب را جداسازی می‌کند و اجازه می‌دهد که بخش باقی‌مانده کندانسور به عملکرد خود ادامه دهد.
در عمل، انتخاب نادرست فیوز یا تماس ضعیف ترمینال‌ها ممکن است منجر به قطع غیرطبیعی فیوز در حالت عادی شود، که موجب حذف غلط کندانسورهای سالم و کاهش توان واکنشی خروجی می‌شود.
اگر فیوزهای داخلی به درستی تنظیم نشده و نتوانند خطا را به موقع جداسازی کنند، خطا ممکن است تشدید شده و منجر به انفجار یا آتش‌سوزی کندانسور شود.
1.3 خطاهای کوتاه مداری داخلی
خطاهای کوتاه مداری داخلی در کندانسورهای قدرت عمدتاً شامل کوتاه مداری الکترود زنده به پوسته و کوتاه مداری بین الکترودها می‌شود. این خطاهای عمدتاً به دلیل پیری طولانی مدت دی الکتریک، ورود رطوبت داخلی، استرس ولتاژ بیش از حد یا نقصان‌های عایقی ذاتی از طراحی یا فرآیندهای تولید، که می‌تواند منجر به خرابی‌های نفوذی عایق و کوتاه مداری داخلی شود.
1.4 خطاهای تخلیه خارجی
خطاهای تخلیه خارجی به خطاهایی اشاره دارد که خارج از بدن کندانسور رخ می‌دهند و به دلایل خارجی مانند تخلیه سطحی بوشینگ، خرابی بوشینگ، کوتاه مداری بین فازها یا فاز به زمین، یا شکست بوشینگ‌های سرامیکی به دلیل تنش مکانیکی ایجاد می‌شوند. این خطاهای دلایل مختلفی دارند اما در مدار خارجی رخ می‌دهند. آنها معمولاً می‌توانند از طریق اقدامات حفاظتی رله، بازرسی‌های معمولی یا تست‌های آفلاین به موقع شناسایی و کنترل شوند. احتمال و شدت رخ دادن آنها کمتر از خطاهای داخلی است، اما همچنان نیاز به توجه کافی دارند.
2 ویژگی‌ها و دلایل رایج خطاهای کندانسورهای قدرت
2.1 نشت روغن از بدن کندانسور
به عنوان یک دستگاه کاملاً بسته با میدان الکتریکی و جریان بالا، نشت روغن در کندانسور قدرت نه تنها سطح عایق بندی را به دلیل کاهش سطح روغن کاهش می‌دهد، بلکه با کاهش فشار داخلی، ورود رطوبت را ممکن می‌سازد. این موجب مرطوب شدن عایق، کاهش مقاومت عایق و در نهایت خرابی المان‌های داخلی یا حتی انفجار می‌شود.
دلایل اصلی نشت روغن شامل: جوش دادن ضعیف که منجر به عدم بسته بودن کافی می‌شود؛ پیری یا استرس نامتوازن تیغه‌ها؛ آسیب مکانیکی در حین حمل یا نصب؛ نگهداری ناکافی که منجر به فرسودگی پوسته می‌شود؛ و تنش مکانیکی که ختم‌بندی بوشینگ‌ها را آسیب می‌بیند.
2.2 تغییر شکل پوسته کندانسور
در شرایط عملکرد عادی، گسترش یا انقباض کمی پوسته کندانسور به دلیل تغییرات دما و ولتاژ قابل قبول است. اما هنگامی که قدرت میدان الکتریکی داخلی بیش از حد باشد و منجر به تخلیه جزئی یا کوتاه مدار شود، دی الکتریک تجزیه شده و مقدار زیادی گاز تولید می‌کند. این موجب افزایش فشار داخلی در کامره بسته و در نتیجه گسترش یا تغییر شکل پوسته می‌شود.
هنگامی که تغییر شکل شدید رخ دهد، تعمیر در محل معمولاً غیرممکن است و جایگزینی لازم است. تغییر شکل پوسته نه تنها تجزیه عایق داخلی را تشدید می‌کند، بلکه ممکن است ساختار الکتریکی را آسیب ببیند و فاصله‌های عایق اولیه را تغییر دهد. در موارد شدید، می‌تواند منجر به شکست بوشینگ (به شکل 1 مراجعه کنید) شود که ممکن است منجر به انفجار یا آتش‌سوزی شود.
تغییر شکل پوسته عمدتاً به دلیل مشکلات کیفیت محصول، مانند: کیفیت ضعیف مواد الکترود یا دی الکتریک؛ استفاده از روغن عایق‌بندی غیر جاذب گاز؛ محیط یا فرآیندهای تولید استاندارد ناکافی؛ باقی‌ماندن آلودگی‌ها در طی تولید؛ تعیین بیش از حد شاخص‌های عملکرد خاص؛ یا ضخامت پوسته بسیار کم، ایجاد می‌شود.
2.3 افزایش غیرعادی دما در کندانسورها
افزایش غیرعادی دما در کندانسورهای قدرت موجب افزایش بیش از حد دما در بدن آنها می‌شود که موجب تسریع پیری حرارتی دی الکتریک داخلی، کاهش قدرت عایق و حتی ممکن است منجر به تخلیه جزئی شود. عمر کندانسورهای قدرت معمولاً به "قاعده 8 درجه سانتیگراد" پیروی می‌کند: برای هر 8 درجه سانتیگراد افزایش بیش از حد دمای طراحی شده، عمر مورد انتظار تقریباً نصف می‌شود.
افزایش غیرعادی دما عمدتاً به دلیل تهویه ضعیف یا شرایط جریان بیش از حد طولانی مدت ایجاد می‌شود. مثال‌ها شامل: ترتیب فضایی نامناسب اتاق کندانسور یا نصب نامناسب تجهیزات تهویه که موجب تخلیه گرما ناکافی می‌شود؛ گرم شدن افزایش یافته به دلیل عملکرد با ولتاژ بیش از حد که منجر به جریان بیش از حد می‌شود؛ و جریان‌های هارمونیک تولید شده توسط واحد مستقیم‌کننده که نیز به گرم شدن کندانسور کمک می‌کنند. علاوه بر این، پیری دی الکتریک، ورود رطوبت یا خطاهای المان‌های داخلی می‌توانند از دست دادهای توان را افزایش دهند و افزایش دما را بیشتر کنند.
2.4 تخلیه خروجی سطحی روی بوشینگ‌های کندانسور
اجزای نصب کندانسورهای قدرت معمولاً به صورت فشرده تنظیم می‌شوند. در حین عملکرد، محیط اطراف دارای دما و شدت میدان الکتریکی بالا است که موجب جذب ذرات باردار هوایی می‌شود. این موجب تجمع آلودگی روی سطح بوشینگ‌ها، افزایش جریان تسربیح سطحی می‌شود. تحت تأثیر هارمونیک‌ها و ولتاژ سیستم، ممکن است تخلیه محلی روی سرامیک بوشینگ رخ دهد. هنگامی که آلودگی به سطح بحرانی برسد، می‌تواند منجر به تخلیه خروجی سطحی شود که با صدای غیرعادی همراه است. در موارد شدید، ممکن است منجر به کوتاه مدار خارجی بین فاز و زمین شود.
2.5 صدای غیرعادی از کندانسورها
کندانسورهای قدرت دستگاه‌های جبرانی واکنشی ثابت هستند و بدون قطعه‌های متحرک یا مولفه‌های تحریک الکترومغناطیسی. در حالت عادی، باید هیچ صدای شنیده‌پذیری تولید نکنند. اگر صدای غیرعادی در حین عملکرد رخ دهد، ممکن است نشان‌دهنده تخلیه جزئی با انرژی بالا در کندانسور باشد و باید دستگاه به طور فوری از تغذیه خارج شود و بازرسی شود.
2.6 شکست کندانسور
شکست کندانسور یک خرابی شدید با پیامدهای جدی است. معمولاً زمانی رخ می‌دهد که یک المان داخلی کندانسور دچار خرابی عایق بین الکترودها یا بین الکترود و پوسته می‌شود که موجب کوتاه مدار کامل می‌شود. کندانسورهای دیگر که به صورت موازی کار می‌کنند سپس به سرعت به کندانسور معیوب شارژ و تخلیه می‌کنند. اگر انرژی تزریق شده از مقاومت مکانیکی پوسته بیشتر باشد، کندانسور ممکن است شکسته شود و روغن را خارج کند که ممکن است منجر به آتش‌سوزی، خطر برای ایمنی تمامی زیرگذر و حتی آسیب‌های شخصی یا مرگ شود.
یک حادثه شکست متوالی شامل کل بانک کندانسور در شکل 2 نشان داده شده است که توسط خرابی المان داخلی کندانسور ایجاد شده است؛ حالت دقیق المان معیوب در شکل 3 نشان داده شده است.
2.7 گرم شدن بیش از حد ترمینال‌های اتصال بانک کندانسور
پس از تغذیه، بانک‌های کندانسور با بار کامل کار می‌کنند و جریان‌های مداری بالا دارند. اگر اتصالات داخلی تماس ضعیف داشته باشند، طراحی یا نصب نامناسب یا نگهداری ناکافی، گرم شدن محلی در نقاط اتصال ممکن است رخ دهد. گرم شدن طولانی مدت می‌تواند منجر به تجمع بیش از حد انرژی گرمایی و ذوب هادی‌های اتصال شود. خطاهای گرم شدن در ترمینال‌های بانک کندانسور نسبتاً رایج هستند؛ حالت ذوب اتصال در شکل 4 نشان داده شده است.
3 اقدامات پیشگیرانه برای جلوگیری از حوادث
3.1 تضمین کیفیت در تولید و نصب تجهیزات
عملکرد ایمن کندانسورهای قدرت به کیفیت تولید و نصب تجهیزات بستگی دارد. در طول تولید، باید به طور دقیق به فرآیندهای تولید پایبند شود، از مواد اولیه و تجهیزات تولید مناسب استفاده شود و نظارت کیفیت در طول فرآیند تقویت شود. بازرسی‌های کارخانه‌ای دقیق کیفیت محصول را تضمین می‌کنند. نصب‌ها باید به طور مناسب "مرحله‌بندی و گروه‌بندی" شوند تا تطابق ظرفیت متعادل بین فازها و بخش‌ها تضمین شود. علاوه بر این، تأکید باید بر تحویل و پذیرش مکان پس از نصب باشد تا کیفیت نصب تضمین شود و خطاهای عملکردی کاهش یابند.
3.2 بهبود روش‌های عملیاتی و اجرایی
در زمان انجام عملیات تغذیه و قطع بار خطوط، بانک‌های کندانسور باید به اصول "ابتدا قطع و سپس تغذیه" پایبند باشند، در حالی که خطوط بار باید به ترتیب "ابتدا تغذیه و سپس قطع" عمل کنند. این ترتیب نمی‌تواند به طور دلخواه تغییر کند.
قبل از بازگرداندن عملیات بانک کندانسور، باید زمان تخلیه کافی تضمین شود. تغییرات مکرر بانک کندانسور باید به حداقل رسیده و فقط پس از تخلیه کامل می‌تواند دوباره تغذیه شود. اگر خطا باعث قطع حفاظتی بانک کندانسور شود، نمی‌توان آن را قبل از شناسایی دلیل خطا دوباره تغذیه کرد تا از تشدید حادثه جلوگیری شود.
برای جلوگیری از تأثیر هارمونیک‌های مرتبه بالا بر بانک‌های کندانسور، باید نرخ‌های راکتور مناسب بر اساس سناریوهای کاربردی خاص انتخاب شود. این کار به طور مؤثر هارمونیک‌های مرتبه بالا را کاهش می‌دهد، جریان‌های اولیه و ولتاژ بیش از حد را در زمان تغذیه کاهش می‌دهد و ایمنی عملکرد کل سیستم را تضمین می‌کند.
3.3 کنترل دمای محیط
