Koji su mehanizmi grešaka karakteristike i preventivne mjere za naponske kondenzatore

1 Mekhanizmi otkaza električnih kondenzatora

Električni kondenzator uglavnom se sastoji od kuće, jezgre kondenzatora, izolacijskog sredstva i terminalne strukture. Kuća obično izrađena je od tankog čelika ili nerjavećeg čelika, s bushingom zavaranim na poklopac. Jezgra kondenzatora savijena je od folije polipropilena i aluminija (elektrode), a unutrašnjost kuće ispunjena je tekućim dielektrikom za izolaciju i odvajanje topline.

Kao potpuno zatvoreno uređenje, uobičajeni tipovi otkaza električnih kondenzatora uključuju:

• Otkaz unutarnjih elemenata kondenzatora;

• Prekid prekidača;

• Unutarnji kvarovi kratkog spoja;

• Vanjski kvarovi razljega.

Unutarnji kvarovi su veći uništavajući za tijelo kondenzatora, i jednom kad se pojave, obično se ne mogu popraviti na mjestu, što značajno utječe na efikasnost korištenja opreme.

1.1 Otkaz unutarnjih elemenata kondenzatora

Otkaz elemenata kondenzatora uglavnom je uzrokovan faktorima poput starenja dielektrika, prolaska vlage, proizvodnih nedostataka i teških uvjeta rada. Ako element nema unutarnji prekidač, otkaz jednog elementa dovest će do kratkog spoja njegovih paralelnih protivnika, uklanjajući ih iz dijeljenja napona. To povećava radni napon na preostalim serijskim spojenim elementima. Bez pravnog izoliranja greške, to predstavlja ozbiljan sigurnosni rizik i može dovesti do katastrofalan kvar.Upotreba unutarnjih prekidača omogućuje učinkovito i brzo izoliranje kvarnih elemenata, povećavajući operativnu sigurnost.

Otkaz kondenzatora može se podijeliti u tri vrste: elektromehanički otkaz, toplinski otkaz i djelomični otkaz razljega.

• Elektromehanički otkaz: Uzrokovan nadnaponom ili harmonikama, što dovodi do previše visokog električnog polja na dielektriku, rezultirajući otkazom izolacije na defektne točke. Karakterizira ga kratka trajanja i visoka intenzitet polja. Snaga otkaza tesno je povezana s uniformnošću polja, ali manje osjetljiva na temperaturu i trajanje napona.

• Toplinski otkaz: Događa se kada generacija toplote premaši rasipanje, uzrokujući kontinuiran porast temperature u dielektriku, što dovodi do degradacije materijala i konačnog otkaza izolacije. Ovo obično događa tijekom stabilnog stanja, s relativno nižim naponom otkaza i dužim vremenom primjene napona u usporedbi s elektromehaničkim otkazom.

• Djelomični otkaz razljega: Rezultira lokalnim visokim električnim poljima unutar dielektrika, premašujući snagu otkaza regiona s niskom permitivnošću, kao što su tekućine, plinovi ili završetci. To inicira djelomične razljege koji postepeno degradiraju performanse izolacije, konačno evoluirajući u potpuni otkaz putem elektroda. Proces je postupan, razvijajući se od neprohodnih razljegea do potpune otkaze izolacije.

1.2 Prekid prekidača

Zaštita prekidačem je jedna od najčešćih zaštitnih mjera za električne kondenzatore i igra ključnu ulogu u sigurnoj i stabilnoj operaciji sustava kompenzacije. Podijeljena je u vanjsku i unutarnju zaštitu prekidačem.

• Vanjska zaštita prekidačem: Kada unutarnji element kondenzatora otkazi, struja kvara preko kondenzatora i vanjskog prekidača povećava se. Kada struja doseže ograničenje taloženja prekidača, prekidač se zagrijava, prekida termodinamičku ravnotežu i taloži, odspajajući kvarni kondenzator kako bi se spriječio daljnji razvoj kvara.

• Unutarnja zaštita prekidačem: Nakon otkaza elementa, paralelni elementi se razlježu u kvarni element, generirajući visoku amplitudu, brzo opadajuću prekostrujnu struju. Energija ove struje taloži serijski spojeni unutarnji prekidač, izolirajući kvarni element i dopuštajući ostatak kondenzatora da nastavi raditi.

Na praksi, pogrešan izbor prekidača ili loš kontakt pri terminalima može uzrokovati nepravilan prekid prekidača tijekom normalnog rada, pogrešno uklanjajući zdrave kondenzatore i smanjujući reaktivnu snagu.

Ako su unutarnji prekidači pogrešno veličini i ne izoliraju kvarove pravo vrijeme, kvar se može pogoršati, potencijalno dovedući do eksplozije ili požara kondenzatora.

1.3 Unutarnji kvarovi kratkog spoja

Unutarnji kvarovi kratkog spoja u električnim kondenzatorima uključuju kratak spoj žive elektrode s kućom i kratak spoj između elektroda. Ovi su uglavnom uzrokovani dugotrajnim starenjem dielektrika, unutarnjim prolazom vlage, stresom nadnapona ili intrinskim defektima izolacije iz dizajna ili procesa proizvodnje, svi koji mogu dovesti do probijanja tipa izolacije i unutarnjeg kratkog spoja.

1.4 Vanjski kvarovi razljega

Vanjski kvarovi razljega odnose se na kvarove koji se javljaju van tijela kondenzatora, uzrokovane vanjskim faktorima poput površinskog razljega na bushingu, probijanja bushinga, kratkog spoja između faza ili faza sa zemljom, ili pukotina u porcelanskom bushingu zbog mehaničkog stresa. Ovi kvarovi imaju različite uzroke, ali se javljaju u vanjskoj cijevi. Obično se mogu otkriti i ublažiti pravnim zaštitnim radnjama, redovitim pregledima ili ispitivanjima izvan radnog stanja. Njihova vjerojatnost i težina su manje od unutarnjih kvarova, ali ipak zaslužuju dovoljnu pažnju.

2 Uobičajene karakteristike i uzroci kvarova električnih kondenzatora
2.1 Curenje ulja iz tijela kondenzatora

Kao potpuno zatvoreno, visoko polje, visok strujni uređenje, curenje ulja u električnom kondenzatoru ne samo smanjuje razinu izolacije zbog smanjenog nivoa ulja, već dozvoljava prolaz vlage zbog smanjenog internog tlaka. To dovodi do vlage izolacije, smanjenog otpora izolacije i konačno do unutarnjeg otkaza elementa ili čak eksplozije.

Glavni uzroci curenja ulja uključuju: lošu zavarivanje koja dovodi do nedostatne zatvaranja; starenje ili neuniformno opterećenih gumenih prozornica; mehaničku štetu tijekom prijevoza ili montaže; nedostatak održavanja koji dovodi do korozije kuće; i mehanički stres koji šteti zatvaraju bushinga.

2.2 Deformacija kuće kondenzatora

Pod normalnim uvjetima rada, lagan proširenje ili skraćivanje kuće kondenzatora zbog promjena temperature i napona je prihvatljivo. Međutim, kada je interna jakost električnog polja prevelika, uzrokujući djelomični razljez ili kratak spoj, dielektrik se dekomponira i generira veliku količinu plinova. To povećava interni tlak u zatvorenoj komori, dovođući do pucajuće ili deformiran kuće.

Kada se pojavi ozbiljna deformacija, obično nije moguće popraviti na mjestu, i potrebno je zamijeniti. Deformacija kuće ne samo da ubrzava unutarnju degradaciju izolacije, već može dovesti do oštećenja električne strukture, mijenjajući originalne razmaci izolacije. U težim slučajevima, može dovesti do pucanja bushinga (vidi Sliku 1), potencijalno do eksplozije ili požara.

Deformacija kuće uglavnom je uzrokovana problemima s kvalitetom proizvoda, kao što su: loša kvaliteta materijala elektrode ili dielektrika; upotreba neapsoventnog izolacijskog ulja; substandardni okruženje ili procesi izrade; ostatci impureta tijekom produkcije; prekomjerna potraga za specifičnim performansama; ili materijal kuće koji je pretanki.

2.3 Neobičan porast temperature u kondenzatorima

Neobičan porast temperature u električnim kondenzatorima dovodi do prekomjerne temperature tijela, što ubrzava toplinsko starenje internog dielektrika, smanjuje njegovu izolacijsku snagu i može čak dovesti do djelomičnog razljeza. Vrijeme života električnih kondenzatora obično slijedi "8°C pravilo": za svaki porast temperature od 8°C iznad dozvoljene temperature rada, očekivano vrijeme života se približno polovi.

Neobičan porast temperature uglavnom je uzrokovan lošom ventilacijom ili dugotrajnim prekomjernim strujama. Primjeri uključuju: nerazičljiv prostorni raspored sobe kondenzatora ili nepravilno postavljanje ventilacijskog opreme što dovodi do nedostatka otopine; povećanje zagrijavanja zbog rada nadnaponom što dovodi do prekomjerne struje; i harmonijske struje generirane od jedinica pravilnog toka koje također doprinose prekomjernom zagrijavanju kondenzatora. Također, starenje dielektrika, prolaz vlage ili interne komponente kvarova mogu povećati gubitke snage, dodatno ubrzavajući porast temperature.

2.4 Površinski razljez na bushingima kondenzatora

Komponente u instalacijama električnih kondenzatora obično su kompaktno raspoređene. Tijekom rada, okruženje oko njih ima visoku temperaturu i jakost električnog polja, što olakšava adsorpciju nabijenih čestica iz zraka. To dovodi do zagađenja površine bushinga, povećavajući površinsku struju izbijanja. Pod kombiniranim utjecajem harmonika sistema i napona, mogu se javiti lokalni površinski lukovi na porcelanskom bushingu. Kada zagađenje dosegne kritičnu razinu, može dovesti do površinskog razljeza, prateći se neobičnim bukom. U težim slučajevima, to može dovesti do vanjskog kratkog spoja između faze i zemlje.

2.5 Neobičan buk od kondenzatora

Električni kondenzatori su statički reaktivni kompenzacijski uređaji bez pokretnih dijelova ili elektromagnetskih pobudnih komponenti. Tijekom normalnog rada, ne trebaju proizvoditi nikakav auditivni zvuk. Ako se tokom rada pojavi neobičan buk, to može ukazivati na visokoumanski djelomični razljez unutar kondenzatora, i oprema treba biti odmah deenergetizirana za pregled.

2.6 Ruptura kondenzatora

Ruptura kondenzatora je težak kvar s značajnim posljedicama. Obično se javlja kada unutarnji element kondenzatora pati od izolacijskog otkaza između elektroda ili elektrode i kuće, rezultirajući kroz-fault kratkim spojem. Ostali kondenzatori koji rade u paraleli će se brzo napuniti i razlježiti u kvarni unit. Ako je unesen energija premaši mehaničku čvrstoću kuće, kondenzator može rupturirati i izbaciti ulje, potencijalno dovedući do požara, ugrožavajući sigurnost cijele podstanice, čime bi dovelo do ozljeda ili smrti osoba.

Kaskadna incident ruptura cijelog banka kondenzatora prikazan je na Slici 2, pokrenut unutarnjim otkazom elementa kondenzatora; detaljno stanje kvarnog elementa ilustrirano je na Slici 3.

2.7 Pretop terminala banka kondenzatora

Nakon energiziranja, banka kondenzatora radi pod punom opterećenosti s visokim strujama u cijevi. Ako interne spojeve karakteriziraju loš kontakt, nedostatak dizajna ili montaže, ili nedostatak održavanja, mogu se javiti lokalni pretopovi na spojnim točkama. Dugotrajni pretop može dovesti do prekomjernog nagomilavanja toplinske energije, potencijalno dovodeći do topnje spojnih vodova. Incidenata pretopa na terminalima banka kondenzatora su relativno česti; stanje topnog spoja prikazano je na Slici 4.

3 Preventivne mjere protiv nesreća

3.1 Osiguranje kvalitete u izradi i komisiji opreme

Sigurno funkcioniranje električnih kondenzatora ovisi o kvaliteti izrade i komisije opreme. Tijekom proizvodnje, nužno je strogo slijediti procesne tokove, koristiti kvalificirane sirovine i opremu za proizvodnju, i unaprijediti nadzor kvalitete tijekom cijelog procesa. Strog inspekcije u tvornici osiguravaju kvalitetu produkta. Na mjestu instalacije trebaju biti razumno "razdijeljene i grupirane" kako bi se osiguralo ravnotežno podudaranje kapacitance između faza i sekcija. Također treba naglasiti prenos i prihvaćanje lokacije nakon instalacije kako bi se osigurala kvaliteta instalacije i smanjila greške tijekom rada.

3.2 Unaprijeđivanje metoda rada i operiranja

• Pri provođenju radnji uključivanja i isključivanja opterećenja linije, banke kondenzatora moraju prati princip "prvo isključiti, zatim uključiti", dok treba prati redoslijed "prvo uključiti, zatim isključiti" za linije opterećenja. Ovaj redoslijed ne može se nasumično mijenjati.

• Prije vraćanja banki kondenzatora u rad, mora se osigurati dovoljno vrijeme razljeza. Treba minimizirati često preklopno uključivanje i isključivanje banki kondenzatora; samo nakon potpunog razljeza može se ponovno uključiti. Ako kvar dovede do ispaljenja banki kondenzatora zaštitnim uređajima, ne može se ponovno uključiti prije identifikacije uzroka kako bi se spriječilo eskalacija nesreće.

• Da bi se izbjegao utjecaj viših harmonika na banke kondenzatora, treba odabrati odgovarajuće rate reaktora na temelju specifičnih situacija primjene. To učinkovito suzbija više harmonike, smanjuje strujne udarce i prenapone pri zatvaranju, osiguravajući sigurno funkcioniranje cijelog sustava.

3.3 Kontrola temperature radnog okruženja

Temperatura rada kondenzatora direktno utječe na njihovo performanse i vijek trajanja. Visoke temperature ubrzavaju starenje izolacije, skraćujući vijek trajanja. Stoga je ključno kontrolirati temperaturu radnog okruženja. Banki kondenzatora instalirane unutar zgrade trebaju održavati dobru ventilaciju i, gdje je potrebno, instalirati automatizirane sisteme kontrole temperature. Vanjske jedinke trebaju izbjegavati izravno izlaganje suncu i osiguravati pravilnu ventilaciju i otopinu. Redovito provodite infracrvenu termografsku analizu banki kondenzatora i povezane opreme kako biste pravo vrijeme poduzeli mjere, osiguravajući da unutarnja temperatura medija i temperatura okruženja budu u skladu s propisima.

3.4 Implementacija online nadzora statusa operativnog stanja opreme

Instalacija uređaja za online nadzor na bankama kondenzatora omogućuje stvarno-vrijeme nadzor stanja rada, što pomaže u brzom otkrivanju i obradi potencijalnih kvarova. To uključuje nadzor stvarne radne napona, djelomičnih razljeza, gubitaka dielektrika, kapacitanci, strujnih izleta i drugih karakterističnih signala. Ovo ne samo pomaže u dijagnozi i izolaciji kvarova, već omogućuje analizu potencijalnih defekata, ostvarujući prediktivna upozorenja o kvarovima.

3.5 Unaprijeđivanje redovitog pregleda opreme

Jačanje redovitih pregleda ključno je za osiguranje normalnog rada banki kondenzatora. Treba se fokusirati na provjeru deformacija kuće, curenja ulja, razina zagađenja porcelanskih izolatora, znakova razljeza, električnih razmaka i temperatura okruženja. Pomoćne metode poput infracrvene termografije mogu otkriti pretopove na spojevima, omogućujući pravo vrijeme održavanje i osiguravajući sigurno funkcioniranje skupova električnih kondenzatora.

Zaključak

Analizirajući mehanizme kvarova, karakteristike i uzroke električnih kondenzatora, ovaj članak predlaže preventivne mjere s pet aspekata: kvaliteta opreme i komisije, metode rada, kontrola temperature radnog okruženja, online nadzor stanja rada i redoviti pregledi. Ovi prijedlozi nude praktične smjernice za učinkovitu primjenu električnih kondenzatora.