Koje su karakteristike mehanizama grešaka i preventivne mere za naponske kondenzatore

1 Mekanizmi otkaza kondenzatora moći

Kondenzator moći se uglavnom sastoji od kućišta, jezgra kondenzatora, izolacionog medija i terminalne strukture. Kućište je obično izrađeno od tankog čelika ili nerđajućeg čelika, sa vrvama zavaranim na poklopac. Jezgro kondenzatora je savijeno od polipropilena folije i aluminijumske folije (elektrode), a unutrašnjost kućišta je ispuna tečnim dielektrikom za izolaciju i odvajanje toplote.

Kao potpuno zatvoreno uređenje, uobičajeni tipovi otkaza kod kondenzatora moći uključuju:

• Unutarnji otkaz elementa kondenzatora;

• Prekid prekidača;

• Unutarnje krajnje strujne greške;

• Spoljašnje greške ispraznjenja.

Unutarnji otkazi su više destruktivni za telo kondenzatora i, kada se dogode, obično ne mogu biti popravljeni na mestu, znatno utičući na efikasnost korišćenja opreme.

1.1 Unutarnji otkaz elementa kondenzatora

Otkaz elementa kondenzatora je uglavnom uzrokovan faktorima kao što su starenje dielektrika, penetracija vlage, proizvodni defekti i teški uslovi rada. Ako element nema unutarnji prekidač, otkaz jednog elementa će shortirati njegov paralelno povezane protivpartije, uklanjajući ih iz deljenja napona. To povećava radni napon preostalih serijalno povezanih elemenata. Bez pravovremene izolacije greške, to predstavlja ozbiljna bezbednosna rizika i može dovesti do katastrofalnih otkaza. Korišćenje unutarnjih prekidača omogućava efektivnu i brzu izolaciju defektnih elemenata, poboljšavajući operativnu bezbednost.

Otkaz kondenzatora se može klasifikovati u tri vrste: električni otkaz, termički otkaz i otkaz parcijalnog ispraznjenja.

• Električni otkaz: Uzrokovana prekomernim naponom ili harmonikama, što dovodi do prekomerno visokog elektrostatičkog polja preko dielektrika, rezultujući otkazom izolacije na defektne tačke. Karakterizuje ga kratka trajanja i visoka intenzitet polja. Snaga otkaza je tesno povezana sa uniformnošću polja, ali manje osetljiva na temperaturu i trajanje napona.

• Termički otkaz: Dešava se kada generisanje toplote premaši disipaciju, dovodeći do kontinuiranog porasta temperature dielektrika, što dovodi do degeneracije materijala i konačnog otkaza izolacije. Ovo se obično dešava tokom stabilnog stanja, sa relativno nižim naponom otkaza i dužim vremenom primene napona u poređenju sa električnim otkazom.

• Otkaz parcijalnog ispraznjenja: Rezultat lokalno visokih elektrostatičkih polja unutar dielektrika, premašujući snagu otkaza regiona niske permitivnosti, kao što su tečnosti, gasovi ili impuritete. To inicira parcijalna ispraznjenja koja postepeno degradiraju performanse izolacije, konačno evolvirajući u potpuni otkaz preko elektroda. Proces je postepen, razvijajući se od neprolaznih ispraznjenja do potpunog otkaza izolacije.

1.2 Prekid prekidača

Zaštita prekidačem je jedna od najčešćih zaštitnih mera za kondenzatore moći i igra ključnu ulogu u bezbednoj i stabilnoj operaciji sistema kompenzacije. Kategorizuje se na spoljašnju i unutarnju zaštitu prekidačem.

• Spoljašnja zaštita prekidačem: Kada unutarnji element kondenzatora otkazi, struja greške kroz kondenzator i spoljašnji prekidač se povećava. Kada struja dostigne ograničenu vrednost taljenja prekidača, prekidač se zagrijava, prekidajući termalnu ravnotežu i taloči, odsecajući defektan kondenzator kako bi se sprečilo eskaliranje greške.

• Unutarnja zaštita prekidačem: Pri otkazu elementa, paralelno povezani elementi ispraznjuju u defektan element, generišući visoko amplitudnu, brzo opadajuću privremenu struju. Energija ove struje taloči serijalno povezan unutarnji prekidač, izolirajući defektan element i dozvoljavajući ostatak kondenzatora da nastavi sa radom.

U praksi, nepravilna selekcija prekidača ili loš kontakt terminala može dovesti do nepravilnog taločenja prekidača tokom normalne operacije, pogrešno uklanjajući zdrave kondenzatore i smanjujući reaktivnu snagu.

Ako unutarnji prekidači nisu pravilno dimenzionisani i ne izoliraju greške pravovremeno, greška se može pogoršati, potencijalno dovodeći do eksplozije kondenzatora ili požara.

1.3 Unutarnje krajnje strujne greške

Unutarnje krajnje strujne greške u kondenzatorima moći uključuju prekid između žive elektrode i kućišta i prekid između elektroda. One su uglavnom uzrokovane dugotrajnim starenjem dielektrika, unutrašnjim penetracijama vlage, prekomernim naponskim stresom ili inherentnim defektima izolacije iz dizajna ili proizvodnog procesa, sve to može dovesti do probijanja tipa izolacije i unutarnjih krajnjih strujnih grešaka.

1.4 Spoljašnje greške ispraznjenja

Spoljašnje greške ispraznjenja odnose se na greške koje se dešavaju van tela kondenzatora, uzrokovane spoljašnjim faktorima, kao što su površinska iskretanje na vrvama, probijanje vrvova, fazno-fazni ili fazno-zemljiski krajnji strujni prekidi, ili pucanje porcelanskih vrvova zbog mehaničkog stresa. Ove greške imaju raznovrsne uzroke, ali se dešavaju u spoljašnjim kružnicama. Mogu se općenito detektovati i smanjiti pravovremenim akcijama relejne zaštite, redovnim pregledima ili offline testiranjem. Njihova verovatnoća pojavljivanja i težina su manje nego unutarnje greške, ali ipak zahtevaju dovoljnu pažnju.

2 Uobičajeni karakteristike i uzroci grešaka kondenzatora moći
2.1 Curenje ulja iz tela kondenzatora

Kao potpuno zatvoreno, visokopoljsko, visokosrtrujno uređenje, curenje ulja u kondenzatoru moći ne samo smanjuje nivo izolacije zbog smanjenog nivoa ulja, već dozvoljava penetraciju vlage zbog smanjenog unutrašnjeg pritiska. To dovodi do vlagočne izolacije, smanjenog otpora izolacije i konačno do unutarnjeg otkaza elementa ili čak eksplozije.

Glavni uzroci curenja ulja uključuju: lošu zavarivanje što dovodi do neadekvatne sigurnosti; staranje ili neuniformno opterećene gume; mehaničku štetu tokom transporta ili instalacije; nedostatak održavanja što dovodi do korozije kućišta; i mehanički stres koji šteti sigurnosti vrvova.

2.2 Deformacija kućišta kondenzatora

Pod normalnim uslovima rada, lagan proširenje ili skupljanje kućišta kondenzatora zbog varijacija temperature i napona je prihvatljivo. Međutim, kada je unutrašnje elektrostatičko polje prekomerno, dovodeći do parcijalnog ispraznjenja ili krajnjih strujnih prekida, dielektrik se dekomponuje i generiše veliku količinu gasa. To povećava unutrašnji pritisak u zatvorenoj komori, dovodeći do puštanja ili deformacije kućišta.

Kada dođe do ozbiljne deformacije, pravovremeno popravljanje obično nije moguće, a potrebna je zamena. Deformacija kućišta ne samo da ubrzava unutrašnje starenje izolacije, već može i oštetiti električnu strukturu, menjajući originalne razmake izolacije. U težim slučajevima, može dovesti do pucanja vrvova (vidi Sliku 1), potencijalno dovodeći do eksplozije ili požara.

Deformacija kućišta je uglavnom uzrokovana problemima kvaliteta proizvoda, kao što su: loša kvalitet elektroda ili dielektrika; upotreba neapzorbirajućeg izolacionog ulja; podstandardni proizvodni okvir ili procesi; ostatak impuriteta tokom proizvodnje; previše strasti za specifičnim performansama; ili pretanki materijal kućišta.

2.3 Neobičan porast temperature u kondenzatorima

Neobičan porast temperature u kondenzatorima moći dovodi do prekomerne temperature tela, što ubrzava termičko starenje unutrašnjeg dielektrika, smanjuje njegovu snagu izolacije i može čak i inicirati parcijalno ispraznjenje. Vreme života kondenzatora moći obično prati "8°C pravilo": za svaki 8°C porast iznad dozvoljene temperature rada po dizajnu, očekivano vreme života se približno polovi.

Neobičan porast temperature je uglavnom uzrokovan lošom ventilacijom ili dugotrajnim prekomernim strujama. Primeri uključuju: nerasuditu prostornu raspodelu sobe kondenzatora ili nepravilnu poziciju ventilacijske opreme što dovodi do nedovoljne disipacije toplote; povećanje grejanja zbog rada prekomernim naponom što dovodi do prekomerne struje; i harmonijske struje generisane rektifikatorskim jedinicama koje takođe doprinose pregrejavanju kondenzatora. Takođe, starenje dielektrika, penetracija vlage ili interne greške komponenti mogu povećati gubitke snage, dodatno ubrzavajući porast temperature.

2.4 Površinsko iskretanje na vrvima kondenzatora

Komponente u instalacijama kondenzatora moći obično su kompaktno raspoređene. Tokom rada, okolina oko njih ima visoku temperaturu i intenzitet elektrostatičkog polja, što olakšava adsorpciju nabijenih čestica iz vazduha. To dovodi do nagomilavanja kontaminacija na površini vrvova, povećavajući površinski strujni tok. Pod kombinovanim uticajem harmonika sistema i napona, mogu se javiti lokalni površinski lukovi na porcelanskom vrvu. Kada se kontaminacija nagomilaju do kritičnog nivoa, može dovesti do površinskog iskretanja, prateno sa abnormalnim bukom. U težim slučajevima, to može dovesti do spoljašnjih fazno-zemljiskih krajnjih strujnih prekida.

2.5 Abnormalni buk iz kondenzatora

Kondenzatori moći su statički reaktivni kompenzacioni uređaji bez pokretnih dijelova ili elektromagnetskih ekscitacionih komponenti. Tokom normalnog rada, ne bi trebalo da proizvode audibilni zvuk. Ako se tokom rada javi abnormalni buk, to može ukazivati na visokoenergetsko parcijalno ispraznjenje unutar kondenzatora, i oprema bi trebalo odmah da bude isključena za inspekciju.

2.6 Pucanje kondenzatora

Pucanje kondenzatora je težak otkaz sa značajnim posledicama. Obično se dešava kada unutarnji element kondenzatora pati od izolacionog otkaza između elektroda ili između elektrode i kućišta, rezultujući kroz greškom krajnjim strujnim prekidom. Ostali kondenzatori koji rade paralelno će tada brzo puniti i ispraznjavati u defektan jedinicu. Ako je unesen energija premaši mehaničku čvrstoću kućišta, kondenzator može pucnuti i izbaciti ulje, potencijalno dovodeći do požara, opasnosti cele transformatorne stanice i čak do ozljeda ili smrti osoba.

Kaskadni incident pucanja cijelog banka kondenzatora prikazan je na Slici 2, pokrenut internim otkazom elementa kondenzatora; detaljno stanje defektanog elementa ilustrovano je na Slici 3.

2.7 Prekomerna temperatura terminala banka kondenzatora

Nakon energizacije, banka kondenzatora radi pod punim opterećenjem sa visokim strujama u kružnici. Ako interne veze imaju loš kontakt, neadekvatne prakse dizajna ili instalacije, ili nedovoljno održavanje, lokalno pregrejavanje na tačkama veza se može dogoditi. Dugotrajno pregrejavanje može dovesti do prekomerne akumulacije toplinske energije, potencijalno dovodeći do taločenja veznih vodilaca. Greške prekomerne temperature na terminalima banka kondenzatora su relativno uobičajene; stanje taločenog veza prikazano je na Slici 4.

3 Preventivne mere protiv nesreća

3.1 Osiguranje kvaliteta proizvodnje i instalacije opreme

Sigurna operacija kondenzatora moći zavisi od kvaliteta proizvodnje i instalacije opreme. Tijekom proizvodnje, važno je strogo praviti se procesnim tokovima, koristiti kvalitetne sirovine i proizvodnu opremu, i jačati nadzor kvaliteta tijekom cijelog procesa. Rigorozni fabrični pregledi osiguravaju kvalitet proizvoda. Na mjestu instalacije bi trebalo racionalno "fazirati i grupisati" kako bi se osigurala balansirana kapacitivna usaglašenost između faza i odjeljaka. Takođe, treba naglasiti prepuštanje lokacije i prihvaćanje nakon instalacije kako bi se osigurala kvaliteta instalacije i smanjili grešci tokom rada.

3.2 Unapređenje metoda rada i operacije

• Pri obavljanju operacija energizacije i dezenergizacije linijskih opterećenja, banke kondenzatora moraju praviti se principu "prekinuti prvo, zatim spojiti," dok linije opterećenja treba praviti se nizu "spojiti prvo, zatim prekinuti." Ovaj redosled ne može biti proizvoljno promenjen.

• Pri vraćanju operacija banka kondenzatora, mora se osigurati dovoljno vreme za ispraznjenje. Frekvencija prekida banka kondenzatora treba biti minimalna; samo nakon potpunog ispraznjenja može doći do ponovnog zatvaranja. Ako greška dovede do aktiviranja zaštitnih uređaja koji prekidaju banku kondenzatora, ne može se ponovo spojiti pre identifikacije uzroka kako bi se sprecila eskalacija nesreće.

• Da bi se izbegli visoki harmonici koji utiču na banke kondenzatora, treba odabrati odgovarajuće rate reaktora u skladu sa specifičnim scenarijima primene. To efikasno smanjuje visoke harmonike, smanjuje prvu struju i prekomerni napon pri zatvaranju, osiguravajući sigurnu operaciju cijelog sistema.

3.3 Kontrola temperature radnog okruženja

Temperatura rada kondenzatora direktno utiče na njihove performanse i vreme života. Visoke temperature ubrzavaju starenje izolacije, skraćujući vreme života. Stoga je ključno kontrolisati temperaturu radnog okruženja. Banke kondenzatora instalirane unutrašnje trebalo bi održavati dobru ventilaciju, a gde je potrebno, instalirati sisteme automatske kontrole temperature. Vanjski jedinice trebalo bi izbegavati direktno izlaganje sunčevom svjetlosti i osiguravati pravilnu ventilaciju i disipaciju toplote. Redovno obavljati infracrvenu termografsku kontrolu banka kondenzatora i povezane opreme kako bi se pravo vrijeme poduzimale mere, osiguravajući da unutrašnja sredstva i temperaturi okruženja budu u skladu sa propisima.

3.4 Implementacija online nadzora stanja rada opreme

Instalacija uređaja za online nadzor na bankama kondenzatora omogućava stvarno-vrijeme nadzor stanja rada, pomažući u brzom otkrivanju i obradi potencijalnih grešaka. Ovo uključuje nadzor stvarnog radnog napona, parcijalnih ispraznjenja, gubitaka dielektrika, kapacitivnosti, strujnih toka izbijanja i drugih karakterističnih signala. Ovo ne samo pomaže u dijagnozi i izolaciji grešaka, već omogućava analizu potencijalnih defekata, ostvarujući prediktivna upozorenja o greškama.

3.5 Jačanje redovnih pregleda opreme

Jačanje redovnih pregleda ključno je za osiguranje normalnog rada banka kondenzatora. Trebalo bi se fokusirati na proveru deformacija kućišta, curenja ulja, nivoa kontaminacije porcelanskih izolatora, znakova ispraznjenja, električnih razmaka i temperatura okruženja. Pomoćne metode, kao što je infracrvena termografija, mogu otkriti prekomerno zagrijavanje na vezama, omogućavajući pravo vrijeme održavanje i osiguravajući sigurnu operaciju sklopova kondenzatora moći.

Zaključak

Analizirajući mehanizme, karakteristike i uzroke otkaza kondenzatora moći, ovaj članak predlaže preventivne mere iz pet aspekata: kvaliteta opreme i komisioniranja instalacije, metoda rada, kontrole temperature radnog okruženja, online nadzora stanja rada i redovnih pregleda. Ovi predlogi pružaju praktičnu uputu za efikasnu primenu kondenzatora moći.