Explicació detallada de problemes comuns i solucions per a condensadors d'alta tensió
Problema de tensió d'operació del condensador
La magnitud de la tensió d'operació d'un condensador té un impacte significatiu en la seva vida útil i capacitat de sortida, fent-ne un indicador clau de monitorització en el sistema de barrament de la subestació. La pèrdua de potència activa dins d'un condensador prové principalment de les pèrdues dielèctriques i les pèrdues per resistència del conductor, amb les pèrdues dielèctriques que representen més del 98%. Les pèrdues dielèctriques tenen una influència significativa en la temperatura d'operació del condensador. Aquesta influència es pot quantificar mitjançant la següent fórmula:
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
On:
- Pr representa la pèrdua de potència activa del condensador d'alta tensió
- Qc denota la seva potència reactiva
- tgδ és la tangent de la pèrdua dielèctrica
- ω és la freqüència angular de la xarxa
- C és la capacitància del condensador
- U és la tensió d'operació del condensador
Com es veu en la fórmula anterior, la pèrdua de potència activa (Pr) d'un condensador d'alta tensió és directament proporcional al quadrat de la seva tensió d'operació (U²). A mesura que augmenta la tensió d'operació, la pèrdua de potència activa augmenta ràpidament. Aquest augment ràpid provoca un increment de la temperatura, afectant conseqüentment la vida útil de l'aïllament del condensador. A més, l'operació prolongada del condensador en condicions de sobretensió provocarà sobrecorrent, que pot arribar a enderrocar el condensador. Per tant, els sistemes de condensadors d'alta tensió requereixen dispositius de protecció contra sobretensions complet.
▲ Impacte dels harmònics d'ordre superior
Els harmònics d'ordre superior dins de la xarxa elèctrica també poden afectar negativament els condensadors. Quan les corrents harmòniques flueixen cap a un condensador, es superposen a la corrent fonamental, augmentant el valor màxim de la corrent d'operació i la tensió fonamental. Si la reactància capacitiva del condensador coincideix amb la reactància inductiva del sistema, els harmònics d'ordre superior seran amplificats. Aquesta amplificació pot causar sobrecorrents i sobretensions, que poden conduir a descàrregues parcials dins de l'aïllament dielèctric intern del condensador. Aquestes descàrregues parcials poden desencadenar fallades com l'abotament i l'explosió de fusibles en grup.
▲ Problema de pèrdua de tensió en el barrament
La pèrdua de tensió en el barrament al qual està connectat el condensador és una altra preocupació crítica. Un condensador que repentinament perdi tensió durant l'operació pot provocar un salto en el costat de subministrament de la subestació o la desconexió del transformador principal. Si el condensador no es desconecta prontament en aquestes condicions, pot experimentar una sobretensió prejudicial. A més, no eliminar el condensador abans de la restauració de la tensió pot portar a una sobretensió resonant, que pot enderrocar el transformador o el propi condensador. Per tant, un dispositiu de protecció contra pèrdua de tensió és essencial. Aquest dispositiu ha de garantir que el condensador es desconecti de manera fiable després de la pèrdua de tensió i es reconecti només quan la tensió s'hagi restaurat totalment a la normalitat.
▲ Sobretensió induïda per l'operació del disjuntor
L'operació del disjuntor també pot generar sobretensió. Com que els disjuntors de buit són predominantment utilitzats per commutar condensadors, el reboteig del contacte durant l'operació de tancament pot desencadenar sobretensió. Encara que aquestes sobretensions tenen un pícnol relativament baix, el seu impacte en els condensadors no ha de ser ignorat. En canvi, durant l'operació d'obertura (desconnexió) del disjuntor, les sobretensions generades poden ser significativament més altes i poden perforar el condensador. Per tant, és essencial implementar mesures eficients per mitigar la sobretensió produïda durant les operacions del disjuntor.
▲ Gestió de la temperatura d'operació del condensador
La temperatura d'operació dels condensadors també és un factor crític. Temperatures excessivament altes tenen un impacte negatiu en la vida útil i la capacitat de sortida d'un condensador, necessitant mesures de control i gestió proactives. Significantment, la velocitat de declivi de la capacitance es duplica per cada increment de 10°C en la temperatura. Els condensadors que operen a llarg termini sota camps elèctrics alts i temperatures elevades experimenten un envel·lit gradual del seu aïllament dielèctric. Aquest envel·lit porta a un increment de les pèrdues dielèctriques, desencadenant un augment ràpid de la temperatura interna. Això no només acurta la vida útil operativa del condensador, sinó que, en casos severos, fins i tot pot portar a una fallada per ruptura tèrmica.
Per assegurar l'operació segura dels condensadors, les normatives rellevants estipulen explícitament:
- Quan la temperatura ambiental superi els 30°C, els dispositius de ventilació han de ser activats per proporcionar refrigeració.
- Si la temperatura ambiental arriba o supera els 40°C, els condensadors han de ser desactivats immediatament.
Per tant, cal implementar un sistema de monitorització de temperatura per seguir de manera contínua i en temps real la temperatura d'operació dels condensadors. A més, les mesures de ventilació forçada són crucials per millorar les condicions de dissipació de calor, assegurant que el calor generat es expulsi de manera eficient i efectiva mitjançant la convecció i radiació eficients.
