Jakie są mechanizmy awarii cechy i środki zapobiegawcze kondensatorów elektrycznych

1 Mechanizmy awarii kondensatorów mocy

Kondensator mocy składa się głównie z obudowy, rdzenia kondensatora, izolującego medium i struktury końcówek. Obudowa jest zwykle wykonana ze stali lub nierdzewnej stali, z wlotami spawanymi do pokrywy. Rdzeń kondensatora jest nawinięty z folii polipropylenowej i folii aluminium (elektrody), a wnętrze obudowy jest wypełnione płynnym介质似乎在翻译过程中被意外截断了。根据您的要求，我将继续完成剩余部分的波兰语翻译： ```html

Rdzeń kondensatora jest nawinięty z folii polipropylenowej i folii aluminium (elektrody), a wnętrze obudowy jest wypełnione płynnym dielektrykiem do izolacji i odprowadzania ciepła.

Jako urządzenie całkowicie szczelne, typowe rodzaje uszkodzeń kondensatorów mocy obejmują:

• Przepalanie elementu wewnętrznego kondensatora;

• Przepalenie bezpiecznika;

• Wewnętrzne uszkodzenia przepustowe;

• Zewnętrzne uszkodzenia przepustowe.

Uszkodzenia wewnętrzne są bardziej destrukcyjne dla korpusu kondensatora i, raz wystąpiwszy, zazwyczaj nie mogą być naprawione na miejscu, co znacznie wpływa na efektywność wykorzystania sprzętu.

1.1 Przepalanie elementu wewnętrznego kondensatora

Przepalanie elementu kondensatora jest głównie spowodowane czynnikami takimi jak starzenie się dielektryka, nacieranie wilgoci, wady produkcji i surowe warunki pracy. Jeśli element nie posiada wewnętrznego bezpiecznika, pojedyncze przepalanie elementu powoduje krótkozamknięcie połączonych równolegle elementów, usuwając je z podziału napięcia. To zwiększa napięcie robocze na pozostałych szeregowo połączonych elementach. Bez szybkiego odizolowania usterki, stanowi to poważne ryzyko bezpieczeństwa i może prowadzić do katastrofalnych awarii.Użycie wewnętrznych bezpieczników umożliwia skuteczne i szybkie odizolowanie uszkodzonych elementów, zwiększając bezpieczeństwo eksploatacji.

Awaria kondensatora może być podzielona na trzy typy: przepalanie elektryczne, przepalanie termiczne i przepalanie częściowe.

• Przepalanie elektryczne: Wywoływane przez przetarczenie lub harmoniki, prowadzące do nadmiernie wysokiej siły pola elektrycznego w dielektryku, co powoduje przepalanie izolacji w punktach defektowych. Charakteryzuje się krótkotrwałością i wysoką intensywnością pola. Siła przepalania jest ściśle związana z jednorodnością pola, ale mniej wrażliwa na temperaturę i czas napięcia.

• Przepalanie termiczne: Występuje, gdy generacja ciepła przekracza jego odprowadzanie, powodując ciągłe wzrost temperatury w dielektryku, co prowadzi do degradacji materiału i ostatecznego przepalania izolacji. Zwykle występuje w stanie ustalonego działania, z względnie niższym napięciem przepalania i dłuższym czasem zastosowania napięcia w porównaniu do przepalania elektrycznego.

• Przepalanie częściowe: Wynika z lokalnych wysokich pól elektrycznych w dielektryku, przekraczających siłę przepalania obszarów o niskiej przenikalności, takich jak ciecze, gazy lub domieszki. Inicjuje częściowe rozładowania, które stopniowo degradują wydajność izolacji, ostatecznie ewoluując w pełne przepalanie przez elektrodę. Proces jest postępowy, rozwijający się od nieprzenikających rozładowań do pełnej awarii izolacji.

1.2 Przepalenie bezpiecznika

Ochrona bezpiecznikami jest jedną z najbardziej powszechnych form ochrony kondensatorów mocy i odgrywa kluczową rolę w bezpiecznej i stabilnej pracy systemów kompensacyjnych. Dzieli się ona na ochronę zewnętrzną i wewnętrzną.

• Ochrona zewnętrznym bezpiecznikiem: Gdy wewnętrzny element kondensatora ulega awarii, prąd uszkodzenia przez kondensator i zewnętrzny bezpiecznik wzrasta. Gdy prąd osiąga progową wartość topienia bezpiecznika, bezpiecznik nagrzewa się, przerywa równowagę termiczną i topi, odłączając uszkodzony kondensator, aby zapobiec eskalacji usterki.

• Ochrona wewnętrznym bezpiecznikiem: Po awarii elementu, równoległe elementy rozładowują się w uszkodzonym elemencie, generując wysokonapędowy, szybko zanikający prąd przejściowy. Energia tego prądu topi szeregowo połączony wewnętrzny bezpiecznik, izolując uszkodzony element i pozwalając reszcie kondensatora kontynuować pracę.

W praktyce, niewłaściwy wybór bezpiecznika lub słabe kontaktowanie końcówek może powodować przypadkowe przepalenie bezpiecznika podczas normalnej pracy, błędnie usuwając zdrowe kondensatory i zmniejszając wydajność biernej mocy.

Jeśli wewnętrzne bezpieczniki są niewłaściwie dopasowane i nie izolują usterki w odpowiednim czasie, usterka może się pogorszyć, prowadząc do wybuchu lub pożaru kondensatora.

1.3 Wewnętrzne uszkodzenia przepustowe

Wewnętrzne uszkodzenia przepustowe w kondensatorach mocy obejmują głównie krótkozamknięcia między żyłką a obudową oraz między elektrodami. Są one głównie spowodowane długotrwałym starzeniem się dielektryka, wnikaniem wilgoci do wnętrza, przeciążeniami napięciowymi lub wadami izolacji wynikającymi z procesów projektowych lub produkcyjnych, wszystkie te czynniki mogą prowadzić do przepalania izolacji typu przekłucia i wewnętrznych uszkodzeń przepustowych.

1.4 Zewnętrzne uszkodzenia przepustowe

Zewnętrzne uszkodzenia przepustowe odnoszą się do awarii występujących poza korpusem kondensatora, spowodowanych zewnętrznymi czynnikami, takimi jak przepalanie powierzchni wlotów, przepalanie wlotów, krótkozamknięcia między fazami lub między fazą a ziemią, lub pęknięcia wlotów ceramicznych spowodowane naprężeniami mechanicznymi. Te uszkodzenia mają różne przyczyny, ale występują w zewnętrznych obwodach. Mogą być zazwyczaj wykryte i zredukowane w odpowiednim czasie poprzez działania ochrony relacyjnej, rutynowe kontrole lub testy offline. Ich prawdopodobieństwo wystąpienia i nasilenie jest mniejsze niż w przypadku uszkodzeń wewnętrznych, jednak nadal wymagają odpowiedniej uwagi.

2 Typowe cechy i przyczyny uszkodzeń kondensatorów mocy
2.1 Wyciek oleju z korpusu kondensatora

Jako urządzenie całkowicie szczelne, o wysokiej sile pola elektrycznego i dużym prądzie, wyciek oleju z kondensatora mocy nie tylko obniża poziom izolacji z powodu obniżenia poziomu oleju, ale także pozwala na wnikanie wilgoci z powodu obniżenia ciśnienia wewnętrznego. To prowadzi do wilgotnej izolacji, obniżonego oporu izolacji i ostatecznie do przepalania wewnętrznego elementu lub nawet wybuchu.

Główne przyczyny wycieku oleju obejmują: słabe spawanie prowadzące do niewłaściwego szczelienia; starzenie się lub nierównomiernie obciążone uszczelki; uszkodzenia mechaniczne podczas transportu lub montażu; niewłaściwą konserwację prowadzącą do korozji obudowy; oraz naprężenia mechaniczne uszkadzające szczeliny wlotów.

2.2 Deformacja obudowy kondensatora

W normalnych warunkach pracy, lekka ekspansja lub kontrakcja obudowy kondensatora z powodu zmian temperatury i napięcia jest akceptowalna. Jednakże, gdy wewnętrzna siła pola elektrycznego jest zbyt wysoka, powodując częściowe rozładowania lub krótkozamknięcia, dielektryk rozkłada się i generuje duże ilości gazu. To zwiększa ciśnienie wewnętrzne w szczelnym przedziale, prowadząc do wypukłości lub deformacji obudowy.

Gdy wystąpi poważna deformacja, naprawa na miejscu jest zazwyczaj niemożliwa, a wymagana jest wymiana. Deformacja obudowy nie tylko zaostrza wewnętrzne zużycie izolacji, ale może również uszkodzić strukturę elektryczną, zmieniając oryginalne odstępy izolacyjne. W skrajnych przypadkach może prowadzić do pękania wlotów (patrz Rys. 1), potencjalnie prowadząc do wybuchu lub pożaru.

Deformacja obudowy jest głównie spowodowana problemami jakości produktu, takimi jak: niska jakość materiałów elektrod lub dielektryka; użycie oleju izolacyjnego, który nie absorbuje gazów; niesatysfakcjonujące środowisko produkcyjne lub procesy; pozostałości domieszek w procesie produkcji; nadmierne dążenie do określonych wskaźników wydajności; lub zbyt cienka grubość obudowy.

2.3 Nieprawidłowy wzrost temperatury w kondensatorach

Nieprawidłowy wzrost temperatury w kondensatorach mocy prowadzi do nadmiernego ogrzania korpusu, co przyspiesza termiczne starzenie się wewnętrznego dielektryka, obniża jego wytrzymałość izolacyjną i może nawet prowadzić do częściowych rozładowań. Okres użytkowania kondensatorów mocy ogólnie podlega zasadzie "8°C": za każde 8°C wzrostu powyżej dopuszczalnej temperatury pracy, oczekiwany okres użytkowania jest mniej więcej dwukrotnie skrócony.

Nieprawidłowy wzrost temperatury jest głównie spowodowany złym wentylacją lub długotrwałymi warunkami przetarcia. Przykłady to: nieracjonalna przestrzenna układownia pomieszczenia kondensatorów lub niewłaściwe rozmieszczenie urządzeń wentylacyjnych prowadzące do niewystarczającego odprowadzania ciepła; zwiększone grzanie spowodowane pracą przy przetarczeniu napięcia prowadzące do przetarczenia prądu; oraz harmoniczne prądy generowane przez urządzenia prostownicze, które również przyczyniają się do przegrzewania kondensatorów. Dodatkowo, starzenie się dielektryka, nacieranie wilgoci lub wewnętrzne usterki komponentów mogą zwiększać straty mocy, jeszcze bardziej zaostrzając wzrost temperatury.

2.4 Powierzchniowe rozładowania na wlotach kondensatorów

Komponenty w instalacjach kondensatorów mocy są zazwyczaj ułożone zwart. W trakcie pracy, otoczenie charakteryzuje się wysoką temperaturą i intensywnością pola elektrycznego, co ułatwia adsorpcję ładunków powietrznych. To prowadzi do nagromadzenia zanieczyszczeń na powierzchni wlotów, zwiększając prąd przeciekowy. Pod wpływem harmonicznych systemowych i napięcia, mogą wystąpić lokalne łuki na porcelanie wlotu. Gdy zanieczyszczenia gromadzą się do krytycznego poziomu, może dojść do powierzchniowego rozładowania, towarzyszącego nietypowym hałasom. W skrajnych przypadkach, może to prowadzić do zewnętrznych krótkozamknięć między fazą a ziemią.

2.5 Nietypowy hałas z kondensatorów

Kondensatory mocy są statycznymi urządzeniami kompensacji reaktywnej bez ruchomych części ani komponentów magnetycznych. W normalnej pracy, nie powinny emitować żadnych dźwięków. Jeśli podczas pracy wystąpi nietypowy hałas, może to wskazywać na wysokowydajne częściowe rozładowania wewnątrz kondensatora, a urządzenie należy natychmiast odłączyć od sieci do kontroli.

2.6 Pęknięcie kondensatora

Pęknięcie kondensatora to poważna awaria o istotnych konsekwencjach. Zwykle występuje, gdy wewnętrzny element kondensatora ulega przepalaniu izolacji między elektrodami lub między elektrodą a obudową, prowadząc do przepustowego krótkozamknięcia. Pozostałe kondensatory działające równolegle będą szybko ładować i rozładowywać się w uszkodzonym elemencie. Jeśli wprowadzona energia przekroczy mechaniczną wytrzymałość obudowy, kondensator może pęknąć i wyrzucić olej, potencjalnie prowadząc do pożaru, zagrożając bezpieczeństwem całej podstacji, a nawet prowadząc do obrażeń lub śmierci personelu.

Kaskadowy incydent pękania całego banku kondensatorów przedstawiony jest na Rys. 2, wywołany przepalaniem wewnętrznego elementu kondensatora; szczegółowe stan uszkodzonego elementu przedstawiony jest na Rys. 3.

2.7 Przegrzanie końcówek banku kondensatorów

Po włączeniu, banki kondensatorów mocy działają z pełnym obciążeniem przy wysokich prądach obwodowych. Jeśli wewnętrzne połączenia są niewłaściwie wykonane, niedostatecznie zaprojektowane lub niewłaściwie utrzymane, może wystąpić lokalne przegrzanie w punktach połączeń. Długotrwałe przegrzanie może prowadzić do nadmiernego nagromadzenia energii termicznej, potencjalnie prowadząc do stopienia przewodników łączących. Usterki przegrzania końcówek banków kondensatorów są stosunkowo powszechne; stan stopionego połączenia przedstawiony jest na Rys. 4.

3 Prewencyjne środki zapobiegające wypadkom

3.1 Zapewnienie jakości w produkcji i montażu sprzętu

Bezpieczna praca kondensatorów mocy zależy od jakości produkcji i montażu sprzętu. W trakcie produkcji niezbędne jest ścisłe przestrzeganie procesów, użycie odpowiednich surowców i sprzętu produkcyjnego, oraz wzmocnienie nadzoru jakości w całym procesie. Ścisłe kontrole fabryczne zapewniają jakość produktów. Montaż na miejscu powinien być racjonalnie "podzielony i zgrupowany", aby zapewnić zrównoważone dopasowanie pojemności między fazami i sekcjami. Ponadto należy zwrócić uwagę na przekazanie i akceptację miejsca po montażu, aby zapewnić jakość montażu i zminimalizować usterki podczas pracy.

3.2 Poprawa metod pracy i eksploatacji

• Podczas wykonywania operacji włączania i wyłączania obciążeń liniowych, banki kondensatorów muszą przestrzegać zasady "najpierw odłącz, a potem podłącz", podczas gdy linie obciążeniowe powinny podążać za sekwencją "najpierw podłącz, a potem odłącz". Ta kolejność nie może być dowolnie zmieniona.

• Przed przywróceniem pracy banków kondensatorów, należy zapewnić wystarczający czas rozładowania. Częste przełączanie banków kondensatorów powinno być zminimalizowane; ponowne podłączenie może nastąpić dopiero po pełnym rozładowaniu. Jeśli usterka powoduje, że urządzenia ochronne wyłączą bank kondensatorów, nie można go ponownie podłączyć, zanim nie zostanie ustalona przyczyna, aby zapobiec eskalacji wypadku.

• Aby uniknąć wpływu wyższych harmonicznych na banki kondensatorów, należy wybrać odpowiednie współczynniki reaktora w zależności od konkretnych scenariuszy zastosowania. To skutecznie tłumione wyższe harmoniczne, redukują impulsy prądu i przetarczenia napięcia podczas włączania, zapewniając bezpieczną pracę całego systemu.

3.3 Kontrola temperatury środowiska pracy

Temperatura pracy kondensatorów bezpośrednio wpływa na ich wydajność i okres użytkowania. Wysokie temperatury przyspieszają starzenie się izolacji, skracając okres użytkowania. Dlatego kontrola temperatury środowiska pracy jest kluczowa. Banki kondensatorów zamontowane wewnątrz powinny zachować dobrą wentylację, a w razie potrzeby, zainstalować automatyczne systemy kontroli temperatury. Urządzenia na zewnątrz powinny unikać bezpośredniego nasłonecznienia i zapewniać odpowiednią wentylację i odprowadzanie ciepła. Regularne przeprowadzanie termografii na żywo banków kondensatorów i sprzętu powiązanego pozwala na podjęcie odpowiednich działań, zapewniając, aby temperatury wewnętrznego medium i środowiska były zgodne z przepisami.

3.4 Wdrożenie monitoringu online stanu pracy sprzętu

Instalacja urządzeń monitoringu online na bankach kondensatorów umożliwia monitorowanie stanu pracy w czasie rzeczywistym, co ułatwia szybkie wykrywanie i obsługa potencjalnych usterek. Obejmuje to monitorowanie rzeczywistego napięcia pracy, częściowych rozładowań, strat dielektrycznych, pojemności, prądu przeciekowego i innych charakterystycznych sygnałów. Pomaga to nie tylko w diagnostyce i izolacji usterki, ale również w analizie potencjalnych wad, umożliwiając predykcyjne ostrzeganie o usterkach.

3.5 Wzmocnienie rutynowej kontroli sprzętu

Wzmocnienie rutynowej kontroli jest kluczowe dla zapewnienia prawidłowej pracy banków kondensatorów. Należy skupić się na sprawdzaniu deformacji obudowy, wycieków oleju, poziomu zanieczyszczeń izolatorów ceramicznych, oznak rozładowań, odległości elektrycznych i temperatury środowiska. Metody pomocnicze, takie jak termografia, mogą wykryć przegrzanie w punktach połączeń, umożliwiając natychmiastowe utrzymanie i zapewniając bezpieczną pracę zestawów kondensatorów mocy.

Wnioski

Analizując mechanizmy, cechy i przyczyny uszkodzeń kondensatorów mocy, ten artykuł proponuje środki prewencyjne z pięciu aspektów: jakości produkcji i montażu sprzętu, metod pracy, kontroli temperatury środowiska pracy, monitoringu online stanu pracy i rutynowej kontroli. Te rekomendacje dostarczają praktycznych wskazówek dla skutecznego zastosowania kondensatorów mocy.