Solució de diagnòstic de faltes en bancs de condensadors d'alta tensió

1. Proves diagnòstiques després de la falla​
​1.1 Identificació de les causes de la falla i determinació de les unitats de prova​
Prenent com a exemple un banc de condensadors en rack, cada unitat individual de condensador sol estar equipada amb un fusible extern de tipus expulsió que serveix com a dispositiu de protecció primària. Si un únic condensador experimenta una falla, els condensadors paral·lels descarreguen a través del punt de falla. El fusible i l'element fusible del condensador danysat poden romandre ràpidament, aïllant la secció fallada per assegurar la continuïtat de l'operació del banc.
No obstant això, si els condensadors desenvolupen circuits oberts o altres fallades, poden continuar operant sense que el fusible es romangui. ​Risc crític en cascada: La ruptura prematura dels fusions adjacents provoca reaccions en cadena. La desconexió excessiva de condensadors causa un desequilibri que supera els límits de disseny, acabant finalment amb falles totals dels fusions del banc. Per exemple, en el Banc de Condensadors 2 de 10kV de la Fase B d'una subestació de 220kV, un condensador amb només un desviació de mesura del 14% va iniciar aquesta cascada, causant una falla total del grup de fusions.

​Conclusió: Quan ocorre una ruptura de fusions de grup, cada condensador ha de sotmetre's a una inspecció i prova individuals per detectar:

• Ingressos de humitat interiors
• Fallades/buitals de components
• Degradació de l'aïllament
  Això identifica les unitats defecteuses, reduint les taxes de falla i eliminant els perillos operatius.

​1.2 Selecció d'ítems de prova per a la investigació de fallades​
​1.2.1 Inspecció visual​
​Foc de la inspecció:

• Neteja/lissitud del cos
• Fugues d'oli, creixalls, marques de descàrrega
• Sobrecalentament, canvi de color
• Hinchament/deformació localitzada
  Aquests problemes indiquen canvis estructurals interns, daños de components o deriva de capacitancia que creen perillos operatius. El canvi de color necessita particularment la desmuntatge per a l'anàlisi de sobrecalentament/falla, incrementant la complexitat de la inspecció.

​1.2.2 Mesura de la resistència a l'aïllament entre terminal i caixa​
​Finalitat de la prova: Detectar la degradació de l'aïllament a causa de l'humitat, la deterioració o la falla monitoritzant la disminució de la resistència.
​Limitacions: Aquesta prova serveix com a referència auxiliar només quan hi ha altres defects coexistents.
​Aptitud:

• ✅ S'executa en condensadors amb dos terminals
• ❌ No és necessari per a condensadors amb un sol terminal (la caixa actua com a electrodo)

Mètode de prova il·lustrat a continuació:

1.2.3 Mesura de la capacitància

Els bancs de condensadors en rack solen utilitzar configuracions en sèrie-paral·lel d'elements de condensador per complir amb els requisits de tensió i capacitància.

• ​Capacitància augmentada: Indica segments en sèrie reduïts a causa de fallades internes (cortocircuit/buital). L'ingrés d'humitat (constant dielèctric elevat de l'aigua) o l'operació dels fusions dels elements també pot causar un increment de la capacitància.
• ​Capacitància disminuïda: Senyal de camins paral·lels reduïts a causa de circuits oberts, connexions suaus o l'operació del fusible intern. ⚠️ Risc crític: L'estress de tensió en els elements sanjos augmenta, accelerant la falla i reduint la producció de potència reactiva.
• ​Impacte de la fugida d'oli: La constant dielèctrica més elevada de l'oli comparada amb l'aire provoca una deriva de capacitància mesurable.

​Significació diagnòstica: La desviació de la capacitància reflecteix directament la integritat interna i és crítica per a la resolució de problemes en el camp.

​Interval d'acceptació: ±5% a +10% del valor de placa de nomenament.
​Protocol de mesura:

1. Excloure la interferència de la càrrega residual
2. Repetir amb múltiples ponts de capacitància
3. Si la desviació persisteix:
• Desconnectar els enllaços de fusible
• Retirar les connexions al costat d'alta tensió
4. Remesar. La desviació consistent confirma la falla interna.

​Estudi de cas: Banc de Condensadors 11A de 10kV de la Subestació de 110kV (Unitat B2)

1.3 Tècnica de prova de tensió alterna de resistència

​Finalitat: Verificar la integritat de l'aïllament principal (buxes/encapsulació) aplicant tensió alterna entre els terminals curta-circuitats i la caixa.
​Valor de prova: Detecta:

• Nivells baixos d'oli
• Humitat interna
• Buxes danysades
• Defectes mecànics

​Gestió de terminais:

• Curta-circuitar tots dos terminais junts
• Aplicar tensió entre els terminais curta-circuitats i la caixa terra

​Nota de l'indústria: Sovint no és necessària la prova rutinària de resistència a la tensió alterna degut a la forta resistència a l'aïllament terminal-caixa inherent als condensadors.

2. Selecció racional de mètodes de mesura de la capacitància

​Tècniques comunes:

​Superioritat del mètode I/V:

• ​Vantatge de tensió: Tensió de prova aplicada > tensió d'operació del condensador
• ​Detecta fallades amagades: Activa punts de buital on:
• Els elements fallats conserven la resistència a l'aïllament residual
• Els medidors de capacitància mostren lectures falsament normals
• ​Procediment: Veure Figura 2 (Prova de reactància controlada per tensió)

3. Punts tècnics clau per a la prova amb amperímetre/voltmetre

​3.1 Onda i freqüència de l'alimentació de prova conforme a norma​

• ​Selecció de tensió: ≤5× tensió nominal (basat en la capacitat de la font i l'escala del metre)
• ​Estabilitat de la freqüència: Mantenir una forma d'ona sinusoidal estable
• ​Protocol de mesura:
1. Estabilitzar la tensió al valor nominal
2. Registrar sincronitzadament la tensió, la corrent i la freqüència
3. Calcular la capacitància:
   Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx​=2πfVI​
• ​Requisits crítics:

• Onda sinusoidal pura (límit THD ±3%)
• Fluctuació de freqüència ≤±0,5%
• Preferiblement tensió de línia (reduceix els harmònics de tercer ordre)

Els riscs de no conformitat >10% d'error de mesura a causa de la característica XC∝1/fX_C \propto 1/fXC​∝1/f del condensador.

​3.2 Selecció d'instruments de alta precisió i immunitat al soroll​

• ​Especificacions mínimes:
• Classe d'exactitud: 0,5 o millor
• Compatibilitat electromagnètica: Compliant amb IEC 61000-4
• ​Estudi de cas - subestació de 220kV:

​3.3 Protocol de rampa de tensió controlada​

• ​Resposta del condensador sa