Yüksək temperatur şəraitində enerji kondensatorlarının iş performansının azalması xüsusiyyətləri və ömrün proqnozlaşdırılması

Yüksək temperatur şəraitində elektrik kapasitorlarının iş Performansının azalması və ömrünün proqnozlaşdırılması

Elektrik sistemlərinin daimi genişlənməsi və yük tələblərinin artması ilə birlikdə, elektrik ekipmanlarının fəaliyyət göstərdiyi mühit gittə gələcək daha mürəkkəb hala gəlməkdədir. Mühit temperaturunun yüksəldiyi, elektrik kapasitorlarının etibarlı fəaliyyətinin ən vacib amillərindən biri kimi çıxış etmişdir. Kapasitorlar, elektrik nəql və paylanma sistemlərində kritik komponentlər olaraq, onların performansının azalması doğrudan şəbəkənin təhlükəsizliyini və stabiilliyini təsirləyir. Yüksək temperatur şəraitində, kapasitorların dielektrik materialları daha sürətlə yaşlanır, bu da elektrik performansında ciddi azalmalara, xidmət ömrünün qısaldılmasına və potensial olaraq sistem arızalarına səbəb olur.

1. Performans Azalma Xüsusiyyətlərinin İncelenmesi
1.1 Təcrübə Quraşdırılması

10 kV nominal qiyməti və 100 kvar kapasitesi olan paralel elektrik kapasitorları GB/T 11024.1-2019, Ümumi AC elektrik sistemləri üçün 1000 V-dən yuxarı nominal voltajlı paralel kapasitorlar - Bölmə 1: Ümumi məlumatlar tələblərinə uyğun test nümunəsi kimi seçildi. Test sistemi OMICRON CP TD1 kapasitivlik testçisini və ME632 dielektrik itki analizatorunu içirdi, temperatur KSP-015 yüksək temperatur yaşlanma kamerası vasitəsilə idarə edilirdi. Üç temperatur səviyyəsi - 70 °C, 85 °C və 100 °C - təyin edildi, hər səviyyədə beş nümunə test edildi. Test proseduru IEC 60871-2-nin nəzəriyyəsinə əsasən, yaşlanma müddəti boyunca nominal voltaj tətbiq edilərək, real iş şərtlərini simulyasiya etmək üçün istifadə edildi.

1.2 Dielektrik İtki Azalma Davranışı

Yüksək temperatur şəraitində, dielektrik itki (tanδ) müsbət temperatur asılılığına malik oldu. 70 °C-da, tanδ zamanla yavaş-yavaş artdı, fəaliyyət limitlərində qalaraq, izolyasiya performansının sabit olduğunu göstərdi. 85 °C-da, artım sürəti təkmilləşdi, eğrinin çöküklüyü daha dərindən oldu; bəzi nümunələr son mərhələdə standart limitləri keçirdi. 100 °C-da, tanδ çox sürətli artdı, eğri çox dərindən oldu, termal yaşlanmanın tipik xüsusiyyətlərini göstərdi.

1.3 Kapasitivlik Dəyişmə Xüsusiyyətləri

Temperaturun artması kapasitivlik stabilliyini ciddi şəkildə təsir etdi, aşkar stadiyalara bölünmüş davranış gösterdi. Düşük temperaturda, kapasitivlik sapması icazə verilən toleranslarda qalaraq, yaxşı stabillik göstərdi. Orta temperatur intervalında, kapasitivlik açıq şəkildə azalmağa başladı, sapma fəaliyyət limitlərinə yaxınlaşdı. Yüksək temperaturda, kapasitivlik tez-tez azalmağa başladı, icazə verilən sapmalardan artıq oldu, bu da təzyiqlənmiş azalma göstərdi.

2. Ömür Proqnoz Modelinin İnkişafı
2.1 Performans Azalma Məlumatlarının Analizi

Fərqli temperatur səviyyələrindəki azalma sürətlərini müqayisə edərək, temperatur və təzyiqləndirmə faktoru arasındakı əlaqə tahlil edildi. Dielektrik itki, kapasitivlik sapması və izolyasiya direksiyası kimi əsas parametrlərə əsaslanaraq ümumi arıza kriteriyası quruldu. Nəticələr, performansın azalmasının yüksək temperatur şəraitində ciddi şəkildə təzyiqləndiyini, təzyiqləndirmə faktorunun temperatur ilə eksponensial əlaqəli olduğunu göstərdi. Verilərə uyğunlaşma yüksək korrelyasiya əmsalı ilə təsdiqləndi, güclü statistik mənasını təsdiqləyir. Arrhenius tənliyi, laboratoriya məlumatlarından əldə edilən aktivasiya enerjisi və Boltzman sabiti ilə birgə, kvantitatif temperatur-təzyiqləndirmə əlaqəsini qurdu.

2.2 Arrhenius Modelinin Tətbiqi

Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, təcrübə məlumatları loqarifmləşdirilmiş ömür və inversiya temperatur (1/T) koordinat sisteminə uyğunlaşdırıldı, bu da güclü xətti korrelyasiyanı verdi. Uyğunlaşdırılmış xəttin inisiyativi aktivasiya enerjisi Ea (kJ/mol)-a uyğundur, bu da yaşlanma prosesinin enerji barieranını ifadə edir və teorik gözləntilərə yaxşı uyğunlaşır. Yüksək korrelyasiya əmsalı, təcrübə məlumatları və Arrhenius modeli arasında mükəmməl uyğunluqu təsdiqləyir. 95% təsadüfi interva təhlili, statistik olaraq etibarlı proqnozları göstərir. Təcrübə nəticələri, test edilən temperatur diapazonunda, performansın azalma sürəti temperatur ilə eksponensial əlaqəli olduğunu göstərir. Fərqli temperatur nöqtələrindəki ömür məlumatlarına əsasən, temperatur və xidmət ömrü arasındakı riyazi model quruldu.

2.3 Ömür Proqnozunun Tətbiqi
Ömür proqnozu, fərqli temperatur şəraitindəki zədə effektlerini toplayan kümülativ zədə nəzəriyyəsinə əsaslanır. Proqnoz metodu, materialın yaşlanma sürəti, çevrə mühit temperaturu dalgalanmaları və yüklərin dəyişməsi kimi faktorları kompleks şəkildə nəzərə alır. İşləmə dövrü n adət zaman intervalına bölünür, hər intervaldaki zədə, işləmə temperaturuna və müddətinə görə təyin edilir. Temperatur məlumatları, 1 saatlıq öyrənilmə intervalı olan onlayn monitorinq sistemi vasitəsilə əldə edilir ki, məlumatların davamlılığını və dəqiqliyini təmin etmək üçün. Ölçülən temperaturlar Arrhenius tənliyinə daxil edilir və hər interval üçün ekvivalent işləmə müddəti hesablanır. Bütün intervaldakı toplanmış zədə, qalan xidmət ömrünü proqnozlayır [4]. Proqnoz dəqiqliyi, təzyiqləndirilmiş yaşlanma təcrübə nəticələri ilə təsdiqlənir, model hesablamaları və təcrübə məlumatları arasındakı orta sapma ±8%-də saxlanılır.

3. Tətbiq və Təsdiq
3.1 Proqnoz Dəqiqliyinin Analizi

Proqnoz modeli, təzyiqləndirilmiş yaşlanma təcrübələri və aktual işləmə məlumatlarının birləşdirilən yanaşması vasitəsilə təsdiqləndi. Fərqli xidmət müddətlərinə malik bir neçə seri elektrik kapasitorları performans testləri üçün seçildi və nəticələr model proqnozlari ilə müqayisə edildi. Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi, 5 illik işləmə qrupu üçün ölçülən ortalama ömür 4.8 il, proqnoz edilən dəyər isə 5.2 il, nisbi səhv 7.7%; 8 illik qrup üçün ölçülən dəyər 7.6 il, proqnoz edilən dəyər isə 8.3 il, nisbi səhv 8.4%; 10 illik qrup üçün ölçülən dəyər 9.5 il, proqnoz edilən dəyər isə 10.2 il, nisbi səhv 6.9%. Səhv mənbələrinin analizi, mühit temperaturunun dalgalanması proqnoz dəqiqliyini təsirləyən əsas amil olduğunu göstərdi. Gündəlik temperatur dəyişməsi 20 °C-i keçdikdə, model proqnoz səhvi 12%-ə qaldır. Eləcə də, yük dəyişmələrinə səbəb olan temperatur dalgalanmaları proqnoz səhvinə 4.2%-lik artırış verir.

3.2 İnjener Tətbiq Tövsiyələri

Cədvəl 2-də göstərildiyi kimi, mühit temperaturu 75 °C-dən aşağı tutulduğunda, ekipman ömrünün azalma sürəti 58%-də azalır. Quraşdırma yerindəki temperatur hər 5 °C azaldıqda, gözlənilən xidmət ömrü 18.5%-də artır. Ventilyasiyanın iyileştirilməsi, test sahəsində mühit temperaturunun orta 7.2 °C azalmasına səbəb olmuş, bu da kapasitor performans parametrlərinin stabilliyini 32%-də artırmışdır. Onlayn monitorinq sisteminin temperatur məlumatları, ağıllı ventilyasiyanın tətbiqindən sonra ekipmandan ətrafda maksimum temperatur 11.3 °C, orta temperatur isə 8.7 °C azaldığını göstərir. Ömür proqnoz modeli 500 kV trafo stansiyasında bir il boyunca tətbiq edildi, altı potensial arıza üçün əvvəlcədən xəbərdarlıq etdi, profilaktik təmir effektivliyini 43%-də artırdı. Təmir məlumatlarının analizi, model proqnozlarına əsaslanan təmir və deyişmə qərarlarının 87% dəqiqliklə verildiyini, bu da tradisional vaxt əsaslı təmirə nisbətən 35%-lik yaxşılaşmasını göstərir. Model rehberlik edən ekipman idarəetmə strategiyası, təmir xərclərini 27%-də azaltmış, ekipmanın mövcudluğunu isə 15%-də artırıb.

4. Nəticə

Bu araşdırma, sistemli təzyiqləndirilmiş yaşlanma təcrübələri və məlumatların tahlili vasitəsilə, yüksək temperatur mühitlərinin elektrik kapasitorlarının performansının azalmasına təsiri və Arrhenius tənliyinə əsaslanan ömür proqnoz modelinin qurulmasını açıqladı. Təcrübə nəticələri, mühit temperaturunun kapasitor ömrü üzərində əsas amil olduğunu göstərir: hər 10 °C temperatur artığı, ömrü 42.5% ± 2.5%-də azaldır. Dielektrik itki, kapasitivlik və izolyasiya direksiyası kimi əsas performans parametrləri, temperaturun artması ilə birlikdə ciddi azalma tendensiyaları göstərir. İnkişaf etdirilən ömür proqnoz modeli, 90%-dən yuxarı dəqiqliklə, elektrik kapasitorlarının təmir və deyişmə qərarları üçün elmi əsas təmin edir.