Principio di funzionamento e punti chiave della manutenzione del dispositivo di compensazione reattiva ad alta tensione 10kV
Il dispositivo di compensazione reattiva ad alta tensione da 10kV è un componente essenziale e indispensabile nei sistemi elettrici moderni. Fornendo o assorbendo potenza reattiva, affronta efficacemente problemi come il basso fattore di potenza, le elevate perdite di linea e le fluttuazioni di tensione causate dalla richiesta di potenza reattiva, svolgendo un ruolo chiave nel migliorare l'economia, la sicurezza e la qualità dell'energia nella gestione della rete. La compensazione reattiva ad alta tensione da 10kV è un dispositivo critico per garantire un funzionamento sicuro ed economico della rete.
La comprensione del suo principio di funzionamento è la base per la manutenzione, mentre l'applicazione rigorosa di un piano di manutenzione regolare incentrato su prove preventive e monitoraggio delle condizioni, dando sempre priorità alla sicurezza, è la garanzia fondamentale per assicurare un funzionamento affidabile a lungo termine. I lavori di manutenzione devono essere eseguiti da personale qualificato ed esperto in conformità con procedure stabilite. Di seguito viene fornita una spiegazione dettagliata del principio di funzionamento e degli elementi essenziali per la manutenzione dei sistemi di compensazione reattiva ad alta tensione da 10kV.
1. Principio di Funzionamento della Compensazione Reattiva Ad Alta Tensione da 10kV
Obiettivo Principale: Migliorare il fattore di potenza della rete, ridurre le perdite di linea, stabilizzare la tensione del sistema e migliorare la qualità dell'approvvigionamento elettrico.
1.1 Principio di Compensazione
Fonte di Potenza Reattiva: I carichi induttivi nella rete elettrica (ad esempio, motori, trasformatori) richiedono l'istituzione di un campo magnetico durante il funzionamento, consumando potenza reattiva induttiva ritardata (Q).
Metodo di Compensazione: Le banche di condensatori sono connesse in parallelo, generando potenza reattiva capacitiva anticipata (Qc) per compensare la potenza reattiva induttiva (Ql).
Risultato: La potenza reattiva totale (Q) richiesta dal sistema viene ridotta, il fattore di potenza (Cosφ = P / S) viene migliorato e la potenza apparente (S) viene diminuita.
1.2 Componenti del Dispositivo di Compensazione
Banca di Condensatori Shunt ad Alta Tensione: Il componente principale che fornisce potenza reattiva capacitiva. Tipicamente consiste in più unità di condensatori connesse in serie e in parallelo per soddisfare i requisiti di tensione da 10kV e capacità richiesta.
Reattore in Serie:
Reattore Limitatore di Corrente: Limita la corrente di impulso al momento dell'azionamento dei condensatori (tipicamente 5-20 volte la corrente nominale), proteggendo i condensatori e l'equipaggiamento di commutazione.
Reattore Filtro: Forma un circuito LC accordato con il condensatore (solitamente accordato sotto la 5ª, 7ª o una specifica frequenza armonica), sopprimendo le correnti armoniche dall'entrare nel condensatore, prevenendo l'amplificazione e la risonanza armonica, così da proteggere il condensatore.
Equipaggiamento di Commutazione ad Alta Tensione:
Contattore a Vuoto o Interruttore a Vuoto: Utilizzato per inserire o disinserire le banche di condensatori. I contattori a vuoto sono più comunemente utilizzati e adatti per operazioni frequenti.
Interruttore Isolante / Interruttore di Terra: Utilizzato durante la manutenzione per isolare la fonte di alimentazione e assicurare un'efficace messa a terra per la sicurezza.
Dispositivo di Scarica:
Bobina di Scarica o Resistore di Scarica: Dopo che la banca di condensatori è stata disconnessa, scarica rapidamente la carica accumulata sui terminali del condensatore (tipicamente richiesto per ridurre la tensione residua a meno di 50V entro 5 secondi), assicurando la sicurezza durante la manutenzione. Le bobine di scarica sono più comunemente utilizzate.
Dispositivi di Protezione:
Fusibile: Protegge singoli condensatori contro guasti interni (fusibile espulsore).
Protezione Relè: Include protezione contro sovratensione (cortocircuito tra fasi), protezione contro squilibrio (rottura interna dell'elemento del condensatore o fusibile scattato), protezione contro sovratensione, protezione contro sottotensione, protezione contro superamento di limiti armonici, protezione contro tensione aperta in delta, ecc.
Dispositivi di Misura e Controllo:
Controllore: Monitora continuamente la tensione, la corrente, il fattore di potenza, la corrente armonica, il tasso di distorsione della tensione armonica e altri parametri del sistema. Controlla automaticamente l'azionamento delle banche di condensatori in base a strategie predefinite (ad esempio, fattore di potenza obiettivo, tensione obiettivo, protezione contro superamento di limiti armonici, programmi basati sul tempo).
Trasformatore di Corrente (TC), Trasformatore di Tensione (TT): Fornisce segnali per misura e protezione.
1.3 Processo Operativo
Monitoraggio: Il controllore monitora continuamente i parametri come il fattore di potenza, la tensione e la richiesta di potenza reattiva della rete.
Decisione: Quando il fattore di potenza scende al di sotto di un limite inferiore prestabilito (ad esempio, 0,9 ritardato), o quando il sistema necessita di potenza reattiva aggiuntiva, il controllore emette un comando di azionamento.
Azionamento: Il circuito di controllo aziona il contattore a vuoto per chiudere, collegando la banca di condensatori (solitamente attraverso un reattore in serie) in parallelo alla barra da 10kV.
Compensazione: La banca di condensatori fornisce potenza reattiva capacitiva al sistema, compensando parte della potenza reattiva induttiva, migliorando il fattore di potenza e supportando la tensione.
Disinserimento: Quando il fattore di potenza supera un limite superiore prestabilito (ad esempio, 0,98 anticipato, che può causare una sovra-compensazione), o quando la tensione del sistema è troppo alta, o quando la riduzione del carico porta a una diminuzione della richiesta di potenza reattiva, il controllore emette un comando di disinserimento, il contattore a vuoto si apre e la banca di condensatori viene tolta dal servizio.
Scarica: Dopo che la banca di condensatori è stata disconnessa, il dispositivo di scarica (bobina di scarica) opera automaticamente, scaricando rapidamente l'energia accumulata.
2. Manutenzione dei Dispositivi di Compensazione Reattiva Ad Alta Tensione da 10kV
Obiettivo Principale: Assicurare un funzionamento sicuro, affidabile ed efficiente, e prolungare la vita utile dell'equipaggiamento.
2.1 Ispezione Giornaliera
Ispezione Visiva: Controllare il rivestimento dei condensatori per gonfiore, perdite d'olio, ruggine o scrostature; controllare le presa per crepe, contaminazione o tracce di flashover; controllare i punti di connessione per allentamenti, surriscaldamento (termografia infrarossa) o cambiamenti di colore.
Suono di Funzionamento: Ascoltare per vibrazioni o rumori anomali dai reattori, bobine di scarica o condensatori (ad esempio, un aumento anomalo del "ronzio" può indicare allentamenti interni).
Indicazioni degli Strumenti: Controllare se le indicazioni dei voltmetri, amperometri, misuratori di fattore di potenza e misuratori di potenza reattiva sono normali, e confrontarle con i valori visualizzati dal controllore.
Controllo Ambientale: Controllare la ventilazione interna, la temperatura ambiente e l'umidità per assicurarsi che siano entro i limiti consentiti; controllare per accumulo di polvere o segni di intrusione di piccoli animali; controllare se recinzioni ed etichette sono intatte.
Segnali di Protezione: Controllare se ci sono segnali di allarme o intervento dai dispositivi di protezione.
2.2 Manutenzione Periodica (Solitamente Ogni Sei Mesi a Un Anno)
Pulizia con Spegnimento: Rimuovere accuratamente la polvere e la sporcizia dalle superfici dei rivestimenti dei condensatori, delle presa, degli isolatori, delle bussole, dei quadri, dei reattori e degli apparati di commutazione (utilizzando panni asciutti e privi di pelucchi o strumenti speciali, evitando danni all'isolamento). (Importante! La pulizia dell'equipaggiamento ad alta tensione deve essere eseguita dopo lo spegnimento, la prova di tensione e la messa a terra!)
Stringere le Connessioni: Controllare e stringere tutti i bulloni di connessione elettrica (connessioni alle bussole, connessioni ai terminali dei condensatori, cavi di terra, ecc.) per assicurare un buon contatto e prevenire il surriscaldamento. Operare secondo la coppia di serraggio specificata.
Prove dei Condensatori:
Misurazione della Capacità: Utilizzare un ponte di capacità dedicato per misurare la capacità totale di ogni fase o ramo (se applicabile), e confrontarla con i valori nominali o dati storici. Se la deviazione supera ±5% o mostra un cambiamento significativo (soprattutto in diminuzione), richiede attenzione particolare, potrebbe indicare danni interni. Il valore di capacità di un singolo condensatore non dovrebbe deviare dal valore nominale di più del -5% a +10%.
Prova di Resistenza Isolante: Misurare la resistenza isolante tra poli e tra polo e involucro (utilizzando un megohmetro a 2500V), che dovrebbe soddisfare i requisiti normativi (tipicamente, la resistenza isolante tra poli dovrebbe essere molto elevata, la resistenza isolante tra polo e involucro > 1000MΩ). Deve essere completamente scaricato prima e dopo la prova!
Misurazione del Fattore di Dissipazione (tanδ): Può essere eseguita se le condizioni lo permettono, è più sensibile nel riflettere l'umidità o il deterioramento dell'isolamento interno del condensatore. Non dovrebbe mostrare un aumento significativo rispetto ai valori di fabbrica o precedenti misurazioni.
Ispezione del Reattore:
Controllare l'aspetto della bobina per surriscaldamenti, cambiamenti di colore, invecchiamento o danni all'isolamento.
Controllare se i fissaggi del nucleo (se presente) sono allentati.
Misurare la resistenza continua del avvolgimento, che non dovrebbe mostrare differenze significative rispetto ai valori di fabbrica o precedenti (tenendo conto dell'influenza della temperatura).
Misurare la resistenza isolante.
Controllo del Dispositivo di Scarica:
Controllare l'aspetto e il cablaggio della bobina di scarica.
Verificare le prestazioni di scarica (con permesso di regolamento sulla sicurezza, simulare l'operazione per verificare la velocità di calo della tensione residua).
Manutenzione dell'Equipaggiamento di Commutazione:
Controllare l'aspetto dell'interruttore a vuoto.
Controllare se il meccanismo di funzionamento opera in modo flessibile e affidabile; applicare lubrificante appropriato ai punti di lubrificazione.
Misurare la resistenza di contatto del circuito principale.
Eseguire prove caratteristiche meccaniche (tempo di apertura/chiusura, sincronismo, rimbalzo, corsa, ecc.).
Taratura dei Dispositivi di Protezione: Tarare le impostazioni e eseguire prove di trasmissione per sovratensione, sottotensione, ecc., in conformità con le normative per assicurare un funzionamento preciso e affidabile. Controllare l'aspetto e lo stato degli indicatori dei fusibili.
Controllo del Controllore: Controllare se la visualizzazione, i pulsanti e la comunicazione sono normali; verificare l'accuratezza del campionamento (confrontare tensione, corrente, fattore di potenza, ecc., con un misuratore standard); controllare se la logica di commutazione è corretta.
2.3 Manutenzione Speciale
Ambiente Armonico: Se il sistema presenta armoniche gravi, intensificare il monitoraggio del riscaldamento dei condensatori e dei reattori (termografia infrarossa), eseguire test armonici regolari, assicurarsi che le impostazioni di sintonia siano ragionevoli per evitare la risonanza. Aggiungere dispositivi di filtraggio se necessario.
Commutazione Frequenti: Intensificare l'ispezione dell'usura dei contatti dei contattori/interruttori a vuoto, abbreviare il loro ciclo di manutenzione.
Dopo i Guasti: Dopo l'operazione di protezione (specialmente fusibile scattato o protezione di squilibrio), la causa deve essere identificata accuratamente, i componenti danneggiati sostituiti e completata un'ispezione e test completa prima di reinserire.
2.4 Precauzioni di Sicurezza (Più Importante!)
Applicare rigorosamente i "Due Biglietti e Tre Sistemi": Biglietto di Lavoro, Biglietto di Operazione; Sistema di Consegna Turno, Sistema di Ispezione di Ronda, Sistema di Prova Periodica e Rotazione dell'Equipaggiamento.
Spegnimento, Prova di Tensione, Messa a Terra: Prima di qualsiasi lavoro di manutenzione, la fonte di alimentazione deve essere disconnessa in modo affidabile (incluso eventuali rialimentazioni dal lato secondario del TT), utilizzare un tester di tensione idoneo per confermare l'assenza di tensione, e installare cavi di terra agli estremi del luogo di lavoro. La banca di condensatori deve essere completamente scaricata utilizzando un terreno dedicato e messa a terra prima del contatto!
Supervisore Dedicato: L'operazione e la manutenzione dell'equipaggiamento ad alta tensione devono avere un supervisore dedicato.
Utilizzo di Strumenti e Protezioni Idonei: Utilizzare strumenti con classe di isolamento idonea, indossare guanti isolanti, stivali isolanti e altre attrezzature protettive di sicurezza.
Conoscenza della Tensione Residua: Anche dopo la scarica, utilizzare un terreno per cortocircuitare nuovamente i terminali del condensatore prima del contatto.
2.5 Registrazione e Analisi
Registrare dettagliatamente i dati di ogni ispezione, manutenzione e test (valore di capacità, resistenza isolante, temperatura, informazioni sull'azione di protezione, ecc.).
Creare fascicoli di equipaggiamento, eseguire analisi di tendenza e identificare tempestivamente possibili difetti.
Registrare le condizioni anormali e i processi di gestione.
3. Riferimento per gli Intervalli Chiave di Manutenzione
Ispezione Giornaliera: Giornaliera o settimanale (a seconda dell'importanza e dell'ambiente operativo).
Pulizia e Ispezione Periodica (senza spegnimento): Mensile o trimestrale.
Manutenzione Periodica (con spegnimento): Una o due volte all'anno (combinata con prove preventive).
Misurazione della Capacità/Resistenza Isolante dei Condensatori: Eseguita durante la manutenzione con spegnimento; una volta entro un anno dalla messa in servizio, poi una volta ogni 1-2 anni.
Taratura dei Dispositivi di Protezione: Una volta all'anno.
Test Caratteristico dell'Equipaggiamento di Commutazione: Combinato con la manutenzione con spegnimento, una volta ogni 1-2 anni o quando il conteggio delle operazioni raggiunge un certo valore.
4. Note
Temperatura Ambientale: La temperatura ambientale di funzionamento dei condensatori non deve superare il limite superiore specificato (tipicamente -40°C ~ +45°C), evitare l'esposizione diretta al sole.
Sovratensione: I condensatori possono funzionare a lungo termine a 1,1 volte la tensione nominale; evitare un funzionamento a sovratensione protratto.
Sovracorrente: I condensatori possono funzionare a lungo termine a 1,3 volte la corrente nominale (considerando gli effetti armonici e di sovratensione).
Armoniche: Le armoniche sono una delle principali cause di danni ai condensatori. Lo sfondo armonico del sistema deve essere considerato durante la progettazione, e il rapporto del reattore configurato in modo ragionevole. Intensificare il monitoraggio delle armoniche durante il funzionamento.
