Apakah Ciri-ciri Mekanisme Kegagalan dan Langkah-langkah Pencegahan bagi Kapasitor Kuasa

1 Mekanisme Kegagalan Kapasitor Kuasa

Kapasitor kuasa terutamanya terdiri daripada perumah, inti kapasitor, medium pemisah, dan struktur terminal. Perumah biasanya dibuat daripada baja nipis atau stainless steel, dengan bushing dielas ke tutupnya. Inti kapasitor digulung dari filem polipropilena dan foil aluminium (elektrod), dan interior perumah diisi dengan dielektrik cecair untuk pemisahan dan penyejukan.

Sebagai peranti yang sepenuhnya tertutup, jenis kegagalan umum kapasitor kuasa termasuk:

• Pecah lapisan elemen kapasitor dalaman;

• Pemutusan fesyen;

• Kerosakan pendek dalaman;

• Kerosakan pelepasan luaran.

Kegagalan dalaman lebih merosakkan kepada badan kapasitor dan, sekiranya berlaku, biasanya tidak dapat dibaiki di tempat, secara signifikan mempengaruhi kecekapan penggunaan peralatan.

1.1 Pecah Lapisan Elemen Kapasitor Dalaman

Pecah lapisan elemen kapasitor utamanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan dielektrik, masuknya kelembapan, cacat pembuatan, dan keadaan operasi yang keras. Jika elemen itu tidak mempunyai fesyen dalaman, pecah lapisan satu elemen akan mengakibatkan pendek rangkaian elemen-elemen yang disambung selari, mengeluarkannya daripada perkongsian voltan. Ini meningkatkan voltan operasi di sepanjang elemen-elemen siri yang tinggal. Tanpa pemisahan kerosakan yang tepat, ini membawa risiko keselamatan yang serius dan mungkin menyebabkan kegagalan bencana.Penggunaan fesyen dalaman membolehkan pemisahan efektif dan segera elemen yang rosak, meningkatkan keselamatan operasi.

Pecah lapisan kapasitor boleh diklasifikasikan kepada tiga jenis: pecah lapisan elektrik, pecah lapisan termal, dan pecah lapisan pelepasan separa.

• Pecah Lapisan Elektrik: Disebabkan oleh tegangan berlebihan atau harmonik, menyebabkan kekuatan medan elektrik yang sangat tinggi di sepanjang dielektrik, mengakibatkan kegagalan pemisahan pada titik-titik yang cacat. Ia ditandai dengan tempoh pendek dan kekuatan medan yang tinggi. Kekuatan pecah lapisan berkait rapat dengan ketumpatan medan tetapi kurang sensitif terhadap suhu dan tempoh tegangan.

• Pecah Lapisan Termal: Berlaku apabila penjanaan haba melebihi penyebaran, menyebabkan peningkatan suhu berterusan dalam dielektrik, mengakibatkan penurunan material dan akhirnya kegagalan pemisahan. Ini biasanya berlaku semasa operasi keadaan mantap, dengan tegangan pecah lapisan yang relatif lebih rendah dan tempoh aplikasi tegangan yang lebih lama berbanding pecah lapisan elektrik.

• Pecah Lapisan Pelepasan Separuh: Berhasil daripada medan elektrik setempat yang tinggi di dalam dielektrik, melampau kekuatan pecah lapisan kawasan permittiviti rendah seperti cecair, gas, atau impurities. Ini memulakan pelepasan separa yang secara beransur-ansur merosakkan prestasi pemisahan, akhirnya berkembang menjadi pecah lapisan melalui elektrod. Proses ini bertambah, berkembang daripada pelepasan yang tidak menembusi hingga kegagalan pemisahan penuh.

1.2 Pemutusan Fesyen

Perlindungan fesyen adalah salah satu langkah perlindungan yang paling biasa untuk kapasitor kuasa dan memainkan peranan penting dalam operasi yang selamat dan stabil sistem kompensasi. Ia dikategorikan sebagai perlindungan fesyen luaran dan dalaman.

• Perlindungan Fesyen Luaran: Apabila elemen kapasitor dalaman gagal, arus kerosakan melalui kapasitor dan fesyen luaran meningkat. Begitu arus mencapai ambang lebur fesyen, fesyen tersebut panas, putus keseimbangan termal, dan melebur, memutuskan kapasitor yang rosak untuk mencegah peningkatan kerosakan.

• Perlindungan Fesyen Dalaman: Atas kegagalan elemen, elemen-elemen selari melepaskan ke elemen yang rosak, menghasilkan arus transien yang cepat merosot dengan amplitud tinggi. Tenaga dari arus ini melebur fesyen siri dalaman, memisahkan elemen yang rosak dan membolehkan sisanya kapasitor terus beroperasi.

Dalam praktik, pemilihan fesyen yang tidak tepat atau kontak terminal yang buruk mungkin menyebabkan pemutusan fesyen abnormal semasa operasi normal, menghapuskan kapasitor yang sihat dan mengurangkan output kuasa reaktif.

Jika fesyen dalaman tidak disaizkan dengan betul dan gagal memisahkan kerosakan dengan segera, kerosakan mungkin bertambah parah, mungkin menyebabkan letupan atau kebakaran kapasitor.

1.3 Kerosakan Pendek Dalaman

Kerosakan pendek dalaman pada kapasitor kuasa terutamanya termasuk pendek antara elektrod hidup dengan perumah dan pendek antara elektrod. Ini utamanya disebabkan oleh penuaan dielektrik jangka panjang, masuknya kelembapan dalaman, stres tegangan berlebihan, atau cacat pemisahan inheren dari proses reka bentuk atau pembuatan, semua yang boleh mengakibatkan pecah lapisan jenis tusukan dan pendek dalaman.

1.4 Kerosakan Pelepasan Luaran

Kerosakan pelepasan luaran merujuk kepada kegagalan yang berlaku di luar badan kapasitor, disebabkan oleh faktor-faktor luaran seperti kilat permukaan bushing, tusukan bushing, pendek antara fasa atau antara fasa dan tanah, atau retak pada bushing porcelin disebabkan oleh tekanan mekanikal. Kerosakan ini mempunyai pelbagai penyebab tetapi berlaku dalam rangkaian luaran. Mereka biasanya boleh dikesan dan dikurangkan dengan tepat melalui tindakan perlindungan relay, inspeksi rutin, atau ujian offline. Kebarangkalian dan tahap keparahan mereka lebih rendah berbanding kerosakan dalaman, namun masih layak mendapat perhatian yang cukup.

2 Ciri-ciri dan Penyebab Umum Kegagalan Kapasitor Kuasa
2.1 Pencucuran Minyak dari Badan Kapasitor

Sebagai peranti yang sepenuhnya tertutup, kekuatan medan tinggi, dan arus tinggi, pencucuran minyak pada kapasitor kuasa tidak hanya mengurangkan tahap pemisahan kerana penurunan paras minyak tetapi juga membolehkan masuknya kelembapan disebabkan penurunan tekanan dalaman. Ini mengakibatkan kelembapan pemisahan, penurunan rintangan pemisahan, dan akhirnya pecah lapisan elemen dalaman atau bahkan letupan.

Penyebab utama pencucuran minyak termasuk: penyambungan yang buruk yang menyebabkan segelan yang tidak mencukupi; gasket yang usang atau ditekan secara tidak merata; kerosakan mekanikal semasa pengangkutan atau pemasangan; penyelenggaraan yang tidak mencukupi yang menyebabkan korosi perumah; dan tekanan mekanikal yang merosakkan segelan bushing.

2.2 Deformasi Perumah Kapasitor

Di bawah keadaan operasi normal, sedikit pembesaran atau penyusutan perumah kapasitor disebabkan variasi suhu dan voltan adalah dapat diterima. Walau bagaimanapun, apabila kekuatan medan elektrik dalaman berlebihan, menyebabkan pelepasan separa atau pendek, dielektrik terurai dan menghasilkan jumlah gas yang besar. Ini meningkatkan tekanan dalaman dalam bilik tertutup, menyebabkan perumah mengembung atau deformasi.

Sekiranya deformasi yang serius berlaku, baikan di tempat biasanya mustahil, dan penggantian diperlukan. Deformasi perumah tidak hanya memperburuk keadaan pemisahan dalaman tetapi mungkin juga merosakkan struktur elektrikal, mengubah jarak pemisahan asal. Dalam kes yang teruk, ia boleh menyebabkan fraktur bushing (lihat Gambar 1), mungkin mengakibatkan letupan atau kebakaran.

Deformasi perumah utamanya disebabkan oleh isu-isu kualiti produk, seperti: kualiti material elektrod atau dielektrik yang buruk; penggunaan minyak pemisah yang tidak menyerap gas; persekitaran atau proses pembuatan yang substandard; residu impurities semasa pengeluaran; pengejaran berlebihan terhadap metrik prestasi tertentu; atau material perumah yang terlalu nipis.

2.3 Penokokan Suhu Abnormal pada Kapasitor

Penokokan suhu abnormal pada kapasitor kuasa menyebabkan suhu badan yang berlebihan, yang mempercepatkan penuaan termal dielektrik dalaman, mengurangkan kekuatan pemisahannya, dan mungkin memicu pelepasan separa. Jangka hayat kapasitor kuasa umumnya mengikuti "peraturan 8°C": untuk setiap peningkatan 8°C di atas suhu operasi yang dibenarkan, jangka hidup yang diharapkan kira-kira dipotong dua.

Penokokan suhu abnormal utamanya disebabkan oleh ventilasi yang buruk atau keadaan arus berlebihan yang berpanjangan. Contohnya termasuk: susun atur ruang kapasitor yang tidak rasional atau penempatan peralatan ventilasi yang tidak sesuai yang menyebabkan penyejukan yang tidak mencukupi; peningkatan pemanasan disebabkan oleh operasi tegangan berlebihan yang menyebabkan arus berlebihan; dan arus harmonik yang dihasilkan oleh unit rektifier yang juga menyumbang kepada pemanasan kapasitor. Selain itu, penuaan dielektrik, masuknya kelembapan, atau kerosakan komponen dalaman boleh meningkatkan kerugian kuasa, memperburuk penokokan suhu.

2.4 Pelepasan Kilat Permukaan pada Bushing Kapasitor

Komponen dalam pemasangan kapasitor kuasa biasanya disusun secara padat. Semasa operasi, persekitaran sekitar mempunyai suhu dan kekuatan medan elektrik yang tinggi, membuat mudah partikel bercas udara untuk diserap. Ini mengakibatkan penumpukan kontaminasi pada permukaan bushing, meningkatkan arus bocor permukaan. Di bawah pengaruh gabungan harmonik sistem dan voltan, busur permukaan setempat mungkin berlaku pada porcelin bushing. Apabila kontaminasi menumpuk hingga tahap kritikal, ia boleh mengakibatkan pelepasan kilat permukaan, disertai dengan bunyi abnormal. Dalam kes yang teruk, ini mungkin mengakibatkan pendek antara fasa dan tanah luaran.

2.5 Bunyi Abnormal dari Kapasitor

Kapasitor kuasa adalah peranti kompensasi reaktif statik tanpa bahagian bergerak atau komponen eksitasi magnet. Semasa operasi normal, ia seharusnya tidak menghasilkan bunyi yang terdengar. Jika bunyi abnormal berlaku semasa operasi, ia mungkin menunjukkan pelepasan separa berenergi tinggi di dalam kapasitor, dan peralatan harus segera dimatikan untuk diperiksa.

2.6 Pecah Lapisan Kapasitor

Pecah lapisan kapasitor adalah kegagalan yang serius dengan akibat yang signifikan. Biasanya berlaku apabila elemen kapasitor dalaman mengalami pecah lapisan pemisahan antara elektrod atau antara elektrod dengan perumah, mengakibatkan pendek melalui kerosakan. Kapasitor lain yang beroperasi selari kemudian akan mengisi dan melepaskan dengan cepat ke unit yang rosak. Jika tenaga yang disuntikkan melebihi kekuatan mekanikal perumah, kapasitor mungkin pecah dan melepaskan minyak, mungkin mengakibatkan kebakaran, mengancam keselamatan seluruh substansi, dan bahkan mungkin menyebabkan kecederaan atau kematian orang ramai.

Insiden pecah lapisan berantai yang melibatkan seluruh bank kapasitor ditunjukkan dalam Gambar 2, dipicu oleh pecah lapisan elemen kapasitor dalaman; keadaan terperinci elemen yang rosak ditunjukkan dalam Gambar 3.

2.7 Pemanasan Berlebihan Terminal Bank Kapasitor

Setelah dialiri, bank kapasitor kuasa beroperasi di bawah beban penuh dengan arus rangkaian yang tinggi. Jika sambungan dalaman menunjukkan hubungan yang buruk, praktek reka bentuk atau pemasangan yang tidak mencukupi, atau penyelenggaraan yang tidak mencukupi, pemanasan setempat di titik sambungan mungkin berlaku. Pemanasan berpanjangan boleh menyebabkan penumpukan tenaga termal yang berlebihan, mungkin menyebabkan konduktor sambungan melebur. Kerosakan pemanasan berlebihan di terminal bank kapasitor adalah relatif biasa; keadaan sambungan yang melebur ditunjukkan dalam Gambar 4.

3 Langkah-langkah Pencegahan Kecelakaan

3.1 Menjamin Kualitas dalam Pembuatan dan Komisioning Pemasangan Peralatan

Operasi yang selamat kapasitor kuasa bergantung pada kualitas pembuatan dan komisioning pemasangan peralatan. Semasa pengeluaran, adalah penting untuk mengikuti proses aliran dengan ketat, menggunakan bahan mentah dan peralatan pengeluaran yang berkualiti, dan meningkatkan pengawasan kualitas sepanjang proses. Pemeriksaan pabrik yang ketat memastikan kualitas produk. Pemasangan di tapak harus dikelompokkan dengan wajar untuk memastikan pencocokan kapasitansi yang seimbang antara fasa dan bahagian. Selain itu, penekanan harus diberikan pada penyerahan dan penerimaan tapak selepas pemasangan untuk memastikan kualitas pemasangan dan mengurangi kerosakan semasa operasi.

3.2 Meningkatkan Cara Operasi dan Berjalan

• Semasa melakukan operasi dialiri dan mati untuk beban garis, bank kapasitor mesti mengikuti prinsip "putus dahulu, kemudian sambung," sementara garis beban harus mengikuti urutan "sambung dahulu, kemudian putus." Urutan ini tidak boleh diubah secara sewenang-wenang.

• Sebelum memulihkan operasi bank kapasitor, masa pelepasan yang mencukupi mesti dijamin. Penggantian bank kapasitor yang sering harus diminimalisir; hanya setelah pelepasan lengkap barulah penutupan boleh dilakukan. Jika kerosakan menyebabkan peranti perlindungan menjatuhkan bank kapasitor, ia tidak boleh disambungkan semula sebelum mengenal pasti penyebabnya untuk mencegah kecelakaan yang berkembang.

• Untuk mengelakkan harmonik tingkat tinggi yang mempengaruhi bank kapasitor, pilih kadar reaktor yang sesuai berdasarkan skenario aplikasi tertentu. Ini secara efektif menekan harmonik tingkat tinggi, mengurangi arus awal dan tegangan berlebihan semasa penutupan, memastikan operasi yang selamat bagi seluruh sistem.

3.3 Mengawal Suhu Lingkungan Operasi

Suhu operasi kapasitor secara langsung mempengaruhi prestasi dan jangka hidupnya. Suhu tinggi mempercepatkan penuaan pemisahan, memendekkan jangka hidup. Oleh itu, mengawal suhu lingkungan operasi adalah penting. Bank kapasitor yang dipasang di dalam bangunan harus memelihara ventilasi yang baik dan, jika perlu, menginstal sistem kawalan suhu automatik. Unit luaran harus mengelakkan paparan sinar matahari langsung dan memastikan ventilasi dan penyejukan yang baik. Secara berkala lakukan termografi inframerah hidup pada bank kapasitor dan peralatan terkait untuk mengambil langkah-langkah tepat waktu, memastikan suhu media dalaman dan suhu lingkungan mematuhi peraturan.

3.4 Melaksanakan Pemantauan Online Status Operasi Peralatan

Memasang peranti pemantauan online pada bank kapasitor memudahkan pemantauan status operasi secara real-time, membantu dalam pengesanan dan penanganan segera potensi kerosakan. Ini termasuk memantau voltan operasi sebenar, pelepasan separa, kerugian dielektrik, kapasitansi, arus bocor, dan sinyal karakteristik lain. Tidak hanya ini membantu dalam diagnosis dan pemisahan kerosakan, tetapi juga memungkinkan analisis cacat potensial, mencapai peringatan kerosakan prediktif.

3.5 Meningkatkan Pemeriksaan Rutin Peralatan

Memperkuat pemeriksaan rutin adalah penting untuk memastikan operasi normal bank kapasitor. Fokus harus diberikan pada pemeriksaan deformasi perumah, kebocoran minyak, tahap kontaminasi isolator porcelin, tanda-tanda pelepasan, jarak elektrikal, dan suhu lingkungan. Metode bantu seperti termografi inframerah dapat mendeteksi pemanasan berlebihan di sambungan, memungkinkan penyelenggaraan tepat waktu dan memastikan operasi yang selamat bagi perakitan kapasitor kuasa.

Kesimpulan

Dengan menganalisis mekanisme, ciri-ciri, dan penyebab kegagalan kapasitor kuasa, artikel ini mengajukan langkah-langkah pencegahan dari lima aspek: kualitas pembuatan dan komisioning pemasangan, cara operasi, pengawalan suhu lingkungan operasi, pemantauan online status operasi, dan pemeriksaan rutin. Saran-saran ini memberikan panduan praktis untuk penerapan efektif kapasitor kuasa.