Детално обяснение на често срещани проблеми и решения за високонапреговите кондензатори

Проблема с оперативното напрежение на кондензатора​

Магнитудата на оперативното напрежение на кондензатора значително влияе върху неговия срок на полезност и изходна способност, като това е ключов показател за наблюдение в системата за шинна лента на подстанцията. Активната загуба в кондензатора предимно произтича от диелектрични загуби и загуби от проводимост, при което диелектричните загуби представляват над 98%. Диелектричните загуби имат значително влияние върху оперативната температура на кондензатора. Това влияние може да бъде количествено определено по следната формула:

Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³

​Където:​​

• Pr представлява активната загуба на високонапрастен кондензатор
• Qc означава реактивната мощност
• tgδ е тангенсът на диелектричната загуба
• ω е ъгловата честота на мрежата
• C е капацитетът на кондензатора
• U е оперативното напрежение на кондензатора

Както е видно от горната формула, активната загуба (Pr) на високонапрастен кондензатор е пряко пропорционална на квадрата на оперативното напрежение (U²). Когато оперативното напрежение се увеличава, активната загуба рязко нараства. Това бързо увеличение води до повишаване на температурата, което последователно влияе върху изолационния живот на кондензатора. Освен това, продължителната работа на кондензатора при условия на прекомерно напрежение ще причини прекомерен ток, който потенциално може да повреди кондензатора. Следователно, системите с високонапрастни кондензатори изискват комплексни устройства за защита от прекомерно напрежение.

▲ Влияние на високите хармоники

Високите хармоники в електроенергийната мрежа също могат да оказват неблагоприятно влияние върху кондензаторите. Когато хармоничните токове влизат в кондензатор, те се съберат с основния ток, увеличавайки пиковата стойност на оперативния ток и основното напрежение. Ако диелектричната реактивна съпротива на кондензатора съвпада с индуктивната реактивна съпротива на системата, високите хармоники ще бъдат усилени. Това усиление може да причини прекомерни токове и напрежения, които потенциално могат да доведат до частично разразрядане във вътрешния изолационен диелектрик на кондензатора. Такова частично разразрядане може да спровокира несправности като ​издуване​ и ​премахване на груповите предпазни пръстени.

​▲ Проблем с загубата на напрежение в шинната лента

Загубата на напрежение в шинната лента, към която е свързан кондензаторът, е друг ключов проблем. Кондензатор, който внезапно губи напрежение по време на работа, може да причини изключване от страна на подстанцията или разединяване на главния трансформатор. Ако кондензаторът не бъде незабавно разединен при такива условия, той може да изпита вредни прекомерни напрежения. Освен това, ако кондензаторът не бъде премахнат преди възстановяването на напрежението, това може да доведе до ​резонансно прекомерно напрежение, което потенциално може да повреди трансформатора или самия кондензатор. Следователно, устройство за защита при загуба на напрежение е необходимо. Това устройство трябва да гарантира, че кондензаторът надеждно се разединява след загубата на напрежение и надеждно се свързва само след пълното възстановяване на нормалното напрежение.

▲ Прекомерно напрежение, причинено от управление на прекъсвител

Управлението на прекъсвителите също може да генерира прекомерно напрежение. Тъй като ​вакуумните прекъсвители​ се използват преобладаващо за свързване на кондензатори, ​подскачането на контактите​ по време на затваряне може да спровокира прекомерно напрежение. Въпреки, че тези прекомерни напрежения имат ​съответно ниска пикова стойност, техният ефект върху кондензаторите ​не трябва да бъде пренебрегван. Напротив, по време на откриване (разединяване) на прекъсвителя, потенциално генерираните прекомерни напрежения могат да бъдат значително по-високи и може да ​пробият​ кондензатора. Следователно, е необходимо да се приложат ​ефективни мерки за намаляване​ на прекомерното напрежение, генерирано по време на управление на прекъсвителите.

​▲ Управление на оперативната температура на кондензатора

Оперативната температура на кондензаторите също е ключов фактор. Прекомерно високите температури неблагоприятно влияят върху срока на полезност и изходната способност на кондензатора, което изисква активни мерки за контрол и управление. ​Значително, скоростта на намаляване на капацитета се удвоява за всяка 10°C увеличение на температурата.​​ Кондензаторите, работещи дълго време при високи електрически полета и високи температури, преживяват постепенно стареене на изолационния диелектрик. Това стареене води до увеличаване на диелектричните загуби, което последователно предизвиква бързо вътрешно повишаване на температурата. Това не само съкращава оперативния живот на кондензатора, но в тежки случаи може дори да доведе до отказ поради ​термичен пробив.

За да се осигури безопасна работа на кондензаторите, съответните регламенти явно поставят:

• ​Когато околната температура надхвърли 30°C, вентилационните устройства ​трябва да бъдат активирани​ за охлаждане.
• ​Ако околната температура достигне или надхвърли 40°C, кондензаторите ​трябва незабавно да бъдат деактивирани.

Следователно, трябва да се приложи ​система за наблюдение на температурата​ за непрекъснато проследяване на оперативната температура на кондензаторите в реално време. Освен това, ​мерки за принудителна вентилация​ са ключови за подобряване на условията за разсейване на топлина, осигурявайки, че генерираният топлинен поток е ефективно и ефикасно изведан чрез ​ефективна конвекция и радиация.