Kateri so značilnosti mehanizmov odpovedi in preventivne ukrepe za napetostne kondenzatorje

1 Mehanizmi neuspeha močnih kondenzatorjev

Močni kondenzator se predvsem sestoji iz obloge, jedra kondenzatorja, dielektričnega medija in terminalne strukture. Obloga je tipično izdelana iz tankih jeklenih ali nerjavečih jeklenih trakovi, s prišitimi izvodnimi vratami na pokrovu. Jedro kondenzatorja je navitek iz polipropilenske folije in aluminijastega folije (elektrod), znotraj obloge pa je napolnjeno z tekočim dielektričnim medijem za izolacijo in odvajanje toplote.

Kot popolnoma zaprta naprava so najpogostejši vrste neuspehov močnih kondenzatorjev:

• Razpad notranjih elementov kondenzatorja;

• Prekopljena varna ščitka;

• Notranji krajši krivuljni odporniki;

• Zunanji razpoložni odporniki.

Notranji neuspehi so bolj uničujoči za telo kondenzatorja in, ko se pojavijo, običajno ne morejo biti popravljeni na mestu, kar znatno vpliva na učinkovitost uporabe opreme.

1.1 Razpad notranjih elementov kondenzatorja

Razpad elementov kondenzatorja je predvsem povzročen dejavnikih, kot so staranje dielektričnega medija, vtresanje vlage, proizvodni defekti in zahtevne delovne pogoji. Če elementu manjka notranja varna ščitka, bo en sam razpad elementa povzročil krajši krivuljni odpornik njegovih vzporedno povezanih sodelavcev, ki jih odstrani iz deleža napetosti. To poveča delovno napetost preostalih serijno povezanih elementov. Brez pravočasne izolacije tega okvare to predstavlja resne varnostne tveganja in lahko vodi do katastrofalenih neuspehov.Uporaba notranjih varnih ščitek omogoča učinkovito in hitro izolacijo nepravilnih elementov, kar poveča varnost delovanja.

Razpad kondenzatorja se lahko razdeli na tri vrste: električni razpad, toplinski razpad in delni razpad razpoložnega toka.

• Električni razpad: Povzročen previsoko napetostjo ali harmonikami, kar vodi do prekomerno visoke električne intenzivnosti skozi dielektrični medij, kar povzroči izolacijski neuspeh na defektnih mestih. Karakterizira ga kratka trajanje in visoka intenzivnost električnega polja. Moč razpada je tesno povezana s porazdelitvijo električnega polja, a manj občutljiva na temperaturo in čas napetosti.

• Toplinski razpad: Se zgodi, ko je tvorba toplote večja od disperzije, kar vodi do stalnega povečevanja temperature v dielektričnem mediju, kar vodi do degradacije materiala in končnega izolacijskega neuspeha. To se običajno zgodi med stacionarnim delovanjem, z relativno nižjo napetostjo razpada in daljšim časom uporabe napetosti v primerjavi z električnim razpadom.

• Delni razpad razpoložnega toka: Rezultira lokalno visokim električnim poljem znotraj dielektričnega medija, ki preseže moč razpada območij z nizko permitiviteto, kot so tekočine, plini ali onesnaženost. To zazene delne razpoložne tokove, ki postopoma degradirajo zmogljivost izolacije, končno vodijo do popolnega razpada skozi elektrodo. Postopek je postopen, ki se razvija od nepenetrativnih razpoložnih tokov do popolne izolacijske odpovedi.

1.2 Prekopljena varna ščitka

Varovna ščitka je eden najpogostejših zaščitnih ukrepov za močne kondenzatorje in igra ključno vlogo pri varnem in stabilnem delovanju sistema kompenzacije. Ta se razdeli na zunanje in notranje varovne ščitke.

• Zunanja varovna ščitka: Ko pride do neuspeha notranjega elementa kondenzatorja, se poveča okvarni tok skozi kondenzator in zunanjo varovno ščitko. Ko doseže ta tok nominalno toplotno mejo varovne ščitke, se ščitka segreva, prekine termično ravnovesje in se stopi, loči okvarni kondenzator, da se prepreči nadaljnji razvoj neuspeha.

• Notranja varovna ščitka: Pri neuspehu elementa vzporedni elementi razpoložijo v okvarni element, kar generira visoko-amplitudni, hitro opadajoči prehodni tok. Energičnost tega toka stopi serijno povezano notranjo varovno ščitko, izolira okvarni element in omogoča, da ostali kondenzator nadaljuje z delovanjem.

V praksi lahko napačna izbira varovne ščitke ali slabo stikalo terminalov povzroči neustrezno prekopljeno varovno ščitko med normalnim delovanjem, kar nesporazumno odstrani zdrave kondenzatorje in zmanjša reaktivno moč.

Če so notranje varne ščitke napačno velikosti in ne morejo pravočasno izolirati okvar, se lahko okvara poslabša, kar lahko vodi do eksplozije ali požara kondenzatorja.

1.3 Notranji krajši krivuljni odporniki

Notranji krajši krivuljni odporniki v močnih kondenzatorjih se glavno sestojijo iz krajših krivulj med živim elektrodami in oblogami ter med elektrodami. Ti so predvsem povzročeni dolgoročnim staranjem dielektričnega medija, vtresanjem vlage notranjosti, previsoko napetostjo ali nedostatki izolacije zaradi dizajna ali proizvodnega procesa, ki lahko vodijo do prepustne izolacijske odpovedi in notranjih krajših krivuljnih odpornikov.

1.4 Zunanji razpoložni odporniki

Zunanji razpoložni odporniki se nanašajo na neuspehe, ki se pojavijo zunaj tela kondenzatorja, povzročeni zunanji faktorji, kot so površinska razpoložna odporna napetost na izvodnih vratih, prepust izvodnih vrat, fazi-ravninske ali fazni-zemeljske krajše krivuljne odporniki ali puknine v keramičnih izvodnih vratih zaradi mehaničnega stresa. Te okvare imajo raznolike vzroki, a se pojavijo v zunanji vezavi. Običajno se jih lahko zazne in omeji v pravočasu z varnostnimi relayskim ukrepi, rednimi pregledi ali izvenrednimi testi. Njihova verjetnost pojavljanja in težavnost je manjša kot pri notranjih okvarah, vendar si zaslužijo dovolj pozornosti.

2 Pogosti karakteristike in vzroki neuspehov močnih kondenzatorjev
2.1 Propadanje olja iz tela kondenzatorja