Ano ang mga Katangian ng Mekanismo ng Pagkasira at mga Pamprepektibong Paraan ng mga Power Capacitors

1 Mga Mechanismo ng Pagkabigo ng Power Capacitors

Ang isang power capacitor ay pangunahing binubuo ng housing, capacitor core, insulating medium, at terminal structure. Ang housing ay karaniwang gawa sa matipid na bakal o stainless steel, na may bushings na inweld sa takip. Ang capacitor core ay nakawinding mula sa polypropylene film at aluminum foil (electrodes), at ang loob ng housing ay puno ng likidong dielectric para sa insulation at pagdalisdis ng init.

Bilang isang ganap na sealed na device, ang mga karaniwang uri ng pagkabigo ng power capacitors ay kinabibilangan ng:

• Pagbigo ng internal capacitor element;

• Pagsira ng fuse;

• Internal short-circuit faults;

• External discharge faults.

Ang mga internal failures ay mas mapanganib sa katawan ng capacitor at, kapag nangyari, hindi kadalasang maaaring maayos on-site, na may malaking epekto sa efficiency ng pagsasamantal ng equipment.

1.1 Pagbigo ng Internal Capacitor Element

Ang pagbigo ng capacitor element ay pangunahing dulot ng mga factor tulad ng aging ng dielectric, pagpasok ng moisture, manufacturing defects, at mahigpit na kondisyon ng operasyon. Kung ang element ay walang internal fuse, ang isang pagbigo ng element ay magiging short circuit sa kanyang parallel-connected counterparts, inaalisan sila ng voltage sharing. Ito ay lumalaki ang operating voltage sa natitirang series-connected elements. Kung walang agad na isolation ng fault, ito ay nagbibigay ng seryosong mga panganib sa kaligtasan at maaaring humantong sa catastrophic failures.Ang paggamit ng internal fuses ay nagbibigay ng epektibong at agad na isolation ng mga faulty elements, na nagpapataas ng operational safety.

Ang pagbigo ng capacitor ay maaaring ikategorya sa tatlong uri: electrical breakdown, thermal breakdown, at partial discharge breakdown.

• Electrical Breakdown: Dulot ng overvoltage o harmonics, na nagiging sanhi ng napakataas na electric field strength sa dielectric, na nagresulta sa pagbigo ng insulation sa defective points. Ito ay kilala sa maikling duration at mataas na field intensity. Ang breakdown strength ay malapit na nauugnay sa uniformity ng field ngunit hindi sensitibo sa temperatura at duration ng voltage.

• Thermal Breakdown: Nangyayari kapag ang paggawa ng init ay lumampas sa pagdalisdis, na nagiging sanhi ng patuloy na pagtaas ng temperatura sa dielectric, na nagresulta sa degradation ng material at eventual insulation failure. Ito ay karaniwang nangyayari sa steady-state operation, na may mas mababang breakdown voltage at mas mahabang application time ng voltage kumpara sa electrical breakdown.

• Partial Discharge Breakdown: Nagreresulta mula sa lokal na mataas na electric fields sa dielectric, na lumalampas sa breakdown strength ng low-permittivity regions tulad ng liquids, gases, o impurities. Ito ay nagsisimula ng partial discharges na unti-unting nagdegrade ng insulation performance, hanggang sa lumago sa isang buong through-electrode breakdown. Ang proseso ay gradual, na umuunlad mula sa non-penetrating discharges hanggang sa full insulation failure.

1.2 Pagsira ng Fuse

Ang fuse protection ay isa sa pinaka-karaniwang mga protective measures para sa power capacitors at naglalaro ng vital na papel sa ligtas at stable na operasyon ng compensation systems. Ito ay ikategorya bilang external at internal fuse protection.

• External Fuse Protection: Kapag ang isang internal capacitor element ay nabigo, ang fault current sa capacitor at external fuse ay lumalaki. Kapag ang current ay umabot sa rated melting threshold ng fuse, ang fuse ay init, bumabali ang thermal equilibrium, at melts, nagdidisconnect ng faulty capacitor upang iprevent ang paglalago ng fault.

• Internal Fuse Protection: Kapag ang element ay nabigo, ang parallel elements ay nag-discharge sa faulted element, na nag-generate ng mataas na amplitude, mabilis na namamatay na transient current. Ang enerhiya mula sa current na ito ay melts ang series-connected internal fuse, na nagii-isolate ng faulty element at pinapayagan ang natitirang bahagi ng capacitor na magpatuloy sa operasyon.

Sa praktikal, ang hindi tama na pagpili ng fuse o mahina na terminal contact ay maaaring maging sanhi ng abnormal fuse blowing sa normal na operasyon, kasalanan na inaalisan ng healthy capacitors at pabababa ng reactive power output.

Kung ang internal fuses ay hindi tama ang sukat at hindi nag-a-isolate ng mga fault agad, ang fault ay maaaring lumala, na maaaring humantong sa explosion o sunog ng capacitor.

1.3 Internal Short-Circuit Faults

Ang mga internal short-circuit faults sa power capacitors ay pangunahing kinabibilangan ng live electrode-to-housing shorts at inter-electrode shorts. Ang mga ito ay dulot ng long-term dielectric aging, internal moisture ingress, overvoltage stress, o inherent insulation defects mula sa design o manufacturing processes, lahat ng ito ay maaaring humantong sa puncture-type insulation breakdown at internal short circuits.

1.4 External Discharge Faults

Ang mga external discharge faults ay tumutukoy sa mga pagkabigo na nangyayari sa labas ng katawan ng capacitor, dulot ng mga external factors tulad ng surface flashover ng bushing, bushing puncture, phase-to-phase o phase-to-ground short circuits, o cracks sa porcelain bushings dahil sa mechanical stress. Ang mga fault na ito ay may iba't ibang sanhi ngunit nangyayari sa external circuitry. Karaniwan itong maaaring matukoy at mabawasan sa oras gamit ang relay protection actions, routine inspections, o offline testing. Ang kanilang probability at severity ay mas mababa kaysa sa internal faults, ngunit parin ito nararapat na bigyan ng sapat na pansin.

2 Common Fault Characteristics and Causes of Power Capacitors
2.1 Oil Leakage from Capacitor Body

Bilang isang ganap na sealed, high-field-strength, high-current device, ang oil leakage sa power capacitor hindi lamang pabababa sa insulation level dahil sa baba na lebel ng langis kundi pati na rin nagpapapasok ng moisture dahil sa baba na internal pressure. Ito ay nagiging sanhi ng dampness ng insulation, pabababa ng insulation resistance, at sa huli ay internal element breakdown o kaya pa explosion.

Ang pangunahing sanhi ng oil leakage ay kinabibilangan ng: mahina na welding na nagiging sanhi ng insufficient sealing; aging o unevenly stressed gaskets; mechanical damage sa panahon ng transport o installation; insufficient maintenance na nagiging sanhi ng corrosion ng housing; at mechanical stress na nag-damage sa bushing seals.

2.2 Capacitor Housing Deformation

Sa normal na operasyon, ang kaunti-kaunting paglaki o pagsiksik ng capacitor housing dahil sa variation ng temperatura at voltage ay tanggap. Gayunpaman, kapag ang internal electric field strength ay sobrang mataas, nagiging sanhi ng partial discharge o short circuits, ang dielectric ay nagdecompose at gumagawa ng malaking halaga ng gas. Ito ay nagpapataas ng internal pressure sa sealed chamber, na nagiging sanhi ng bulging o deformation ng housing.

Kapag nangyari ang severe deformation, karaniwang hindi na maaaring maayos on-site at kailangan na palitan. Ang deformation ng housing hindi lamang nagpapalala sa internal insulation deterioration kundi maaari ring magdamage sa electrical structure, na nagbabago sa original na insulation clearances. Sa severe cases, ito ay maaaring maging sanhi ng bushing fracture (tingnan ang Fig. 1), na maaaring humantong sa explosion o sunog.

Ang deformation ng housing ay pangunahing dulot ng product quality issues, tulad ng: mahina na kalidad ng electrode o dielectric material; paggamit ng hindi gas-absorbing insulating oil; substandard na manufacturing environment o processes; residual impurities sa panahon ng produksyon; excessive pursuit ng specific performance metrics; o housing material na masyadong mababa.

2.3 Abnormal Temperature Rise in Capacitors

Ang abnormal temperature rise sa power capacitors ay nagiging sanhi ng sobrang init ng katawan, na nagpapabilis ng thermal aging ng internal dielectric, pabababa ng insulation strength, at maaaring maging trigger ng partial discharge. Ang service life ng power capacitors karaniwang sumusunod sa "8°C rule": para sa bawat 8°C increase sa itaas ng design-allowed operating temperature, ang expected lifespan ay tinatantiyahang kalahati.

Ang abnormal temperature rise ay pangunahing dulot ng mahina na ventilation o prolonged overcurrent conditions. Halimbawa: unreasonable spatial layout ng capacitor room o improper placement ng ventilation equipment na nagiging sanhi ng insufficient heat dissipation; increased heating dahil sa overvoltage operation na nagiging sanhi ng overcurrent; at harmonic currents na ginagawa ng rectifier units na nagiging sanhi din ng overheating ng capacitor. Bukod dito, ang dielectric aging, moisture ingress, o internal component faults ay maaaring magdagdag sa power losses, na nagpapalala pa ng temperature rise.

2.4 Surface Flashover Discharge on Capacitor Bushings

Ang mga komponente sa power capacitor installations ay karaniwang compactly arranged. Sa panahon ng operasyon, ang paligid na environment ay may mataas na temperatura at electric field intensity, na nagiging sanhi ng madaling pag-adsorb ng airborne charged particles. Ito ay nagiging sanhi ng contamination buildup sa bushing surfaces, na nagpapataas ng surface leakage current. Sa combined influence ng system harmonics at voltage, maaaring magkaroon ng localized surface arcing sa bushing porcelain. Kapag ang contamination ay umabot sa critical level, ito ay maaaring magresulta sa surface flashover discharge, kasama ng abnormal noise. Sa severe cases, ito ay maaaring magresulta sa external phase-to-ground short circuits.

2.5 Abnormal Noise from Capacitors

Ang power capacitors ay static reactive compensation devices na walang moving parts o electromagnetic excitation components. Sa normal na operasyon, dapat itong walang tunog na maaaring marinig. Kung may abnormal noise na nangyari sa panahon ng operasyon, ito ay maaaring indicator ng high-energy partial discharge sa loob ng capacitor, at ang equipment ay dapat agad na i-de-energize para sa inspection.

2.6 Capacitor Rupture

Ang capacitor rupture ay isang severe na pagkabigo na may malaking consequence. Karaniwan itong nangyayari kapag ang isang internal capacitor element ay nabigo sa inter-electrode o electrode-to-housing insulation breakdown, na nagiging sanhi ng through-fault short circuit. Ang iba pang capacitors na nag-ooperate sa parallel ay maaaring mabilis na mag-charge at mag-discharge sa faulty unit. Kung ang injected energy ay lumampas sa mechanical strength ng housing, ang capacitor ay maaaring mabreak at ilabas ang langis, na maaaring maging sanhi ng sunog, nagpapanganib sa seguridad ng buong substation, at maaaring humantong sa pagkasaktan o kamatayan ng mga tauhan.

Isang cascading rupture incident na kasama ang buong capacitor bank ay ipinapakita sa Figure 2, na triggered ng internal capacitor element breakdown; ang detalyadong kondisyon ng failed element ay ipinapakita sa Figure 3.

2.7 Overheating of Capacitor Bank Connection Terminals

Kapag energized, ang power capacitor banks ay nag-ooperate sa full load na may mataas na circuit currents. Kung ang internal connections ay may poor contact, inadequate design o installation practices, o insufficient maintenance, maaaring magkaroon ng localized overheating sa connection points. Ang prolonged overheating ay maaaring magresulta sa excessive thermal energy accumulation, na maaaring magmelt ang connecting conductors. Ang overheating faults sa capacitor bank terminals ay relatively common; ang kondisyon ng melted connection ay ipinapakita sa Figure 4.

3 Preventive Measures Against Accidents

3.1 Ensuring Quality in Equipment Manufacturing and Installation Commissioning

Ang ligtas na operasyon ng power capacitors ay depende sa kalidad ng equipment manufacturing at installation commissioning. Sa panahon ng produksyon, mahalagang sundin ang process flows, gamitin ang qualified raw materials at production equipment, at palakasin ang quality supervision sa buong proseso. Ang rigorous factory inspections ay nagse-secure ng product quality. Sa on-site installations, dapat itong reasonable na "phased and grouped" upang siguraduhin ang balanced capacitance matching sa pagitan ng phases at sections. Bukod dito, dapat bigyang-diin ang site handover at acceptance pagkatapos ng installation upang tiyakin ang kalidad ng installation at mabawasan ang mga fault sa panahon ng operasyon.

3.2 Improving Operation and Running Methods

• Kapag ginagawa ang power-on at power-off operations para sa line loads, ang capacitor banks dapat sumunod sa principle ng "disconnect first, then connect," habang ang load lines dapat sumunod sa sequence ng "connect first, then disconnect." Hindi maaaring baguhin ang order na ito.

• Bago irestore ang capacitor bank operations, dapat siguraduhin ang sapat na discharge time. Dapat mabawasan ang frequent switching ng capacitor banks; maaari lamang ang re-closing pagkatapos ng complete discharge. Kung ang isang fault ang nag-cause ng tripping ng capacitor bank ng protective devices, hindi maaaring ire-connect bago matukoy ang cause upang iprevent ang paglalago ng accident.

• Upang maiwasan ang high-order harmonics na nag-aapekto sa capacitor banks, dapat pumili ng appropriate reactor rates batay sa specific application scenarios. Ito ay epektibong nag-suppress ng high-order harmonics, nagbabawas ng inrush currents at overvoltage upon closing, at nagse-secure ng ligtas na operasyon ng buong sistema.

3.3 Controlling Operating Environment Temperature

Ang operational temperature ng capacitors ay direktang nag-apekto sa kanilang performance at lifespan. Ang mataas na temperatura ay nagpapabilis ng insulation aging, na nagpapakonti ng service life. Kaya, mahalagang kontrolin ang operating environment temperature. Ang indoor-installed capacitor banks dapat may mahusay na ventilation at, kung kinakailangan, mag-install ng automatic temperature control systems. Ang outdoor units dapat iwasan ang direct sunlight exposure at siguraduhin ang proper ventilation at heat dissipation. Regularly perform live infrared thermography sa capacitor banks at associated equipment upang makuha ang timely measures, tiyakin ang internal medium temperatures at environmental temperatures ay sumusunod sa regulations.

3.4 Implementing Online Monitoring of Equipment Operational Status

Ang pag-install ng online monitoring devices sa capacitor banks ay nagbibigay ng real-time monitoring ng operational status, na nagtutulong sa prompt detection at handling ng potential faults. Ito ay kasama ang pag-monitor ng actual operating voltage, partial discharges, dielectric loss, capacitance, leakage current, at iba pang characteristic signals. Hindi lamang ito tumutulong sa diagnosis at isolation ng faults, kundi pati na rin sa analysis ng potential defects, na nagagawa ang predictive fault warnings.

3.5 Enhancing Routine Inspection of Equipment

Ang pagpalakas ng routine inspection ay mahalaga upang tiyakin ang normal na operasyon ng capacitor banks. Dapat bigyang-diin ang pagsusuri ng deformations sa casing, oil leaks, contamination levels ng porcelain insulators, signs ng discharge, electrical distances, at environmental temperatures. Ang auxiliary methods tulad ng infrared thermography ay maaaring makatuklas ng overheating sa connections, na nagbibigay ng timely maintenance at nagse-secure ng ligtas na operasyon ng power capacitor assemblies.

Conclusion

Sa pamamagitan ng pag-analyze ng mga mechanism ng pagkabigo, characteristics, at causes ng power capacitors, ang artikulo na ito ay nagpopropona ng preventive measures mula sa limang aspeto: kalidad ng equipment at installation commissioning, operation methods, control ng operating environment temperature, online monitoring ng running conditions, at routine inspections. Ang mga rekomendasyon na ito ay nagbibigay ng practical guidance para sa effective application ng power capacitors.