Podrobné vysvětlení běžných problémů a řešení pro vysokonapěťové kondenzátory
Problém s pracovním napětím kondenzátoru
Velikost pracovního napětí kondenzátoru má významný vliv na jeho životnost a výkon, což z něj dělá klíčový ukazatel sledovaný v systému sběrnice elektrárny. Aktivní ztráty uvnitř kondenzátoru pocházejí především z dielektrických ztrát a ztrát od odpornosti vodičů, přičemž dielektrické ztráty představují více než 98 %. Dielektrické ztráty mají významný vliv na pracovní teplotu kondenzátoru. Tento vliv lze kvantifikovat následujícím vzorcem:
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
Kde:
- Pr představuje aktivní ztráty vysokonapěťového kondenzátoru
- Qc označuje jeho reaktivní výkon
- tgδ je tangens dielektrických ztrát
- ω je úhlová frekvence sítě
- C je kapacita kondenzátoru
- U je pracovní napětí kondenzátoru
Jak je zřejmé z výše uvedeného vzorce, aktivní ztráty (Pr) vysokonapěťového kondenzátoru jsou přímo úměrné druhé mocnině jeho pracovního napětí (U²). S rostoucím pracovním napětím rychle rostou i aktivní ztráty. Toto rychlé zvětšení vedou k nárůstu teploty, což ovlivňuje izolační životnost kondenzátoru. Dále dlouhodobé provozování kondenzátoru za přetlaku může způsobit přetok, který může poškodit kondenzátor. Proto vyžadují systémy vysokonapěťových kondenzátorů komplexní ochranné zařízení proti přetlaku.
▲ Vliv vyšších harmonických složek
Vyšší harmonické složky v elektrické síti mohou také negativně ovlivnit kondenzátory. Když harmonické proudy proudí do kondenzátoru, přikládají se k základnímu proudu, což zvyšuje maximální hodnotu pracovního proudu a základního napětí. Pokud kapacitivní reactance kondenzátoru odpovídá induktivní reactanci systému, vyšší harmonické složky budou zesíleny. To může způsobit přetoky a přetlaky, což může vést k částečnému výboji uvnitř izolačního dielektrika kondenzátoru. Tento částečný výboj může vyvolat selhání jako vzdouvání a skupinové vyhoření spojek.
▲ Problém s přerušením napětí na sběrnici
Přerušení napětí na sběrnici, ke které je kondenzátor připojen, je dalším klíčovým problémem. Kondenzátor, který náhle přijde o napětí během provozu, může způsobit skok na straně dodávky elektrárny nebo odpojení hlavní transformace. Pokud není kondenzátor v těchto podmínkách okamžitě odpojen, může způsobit škodlivý přetlak. Dále, pokud není kondenzátor odstraněn před obnovou napětí, může dojít k rezonančnímu přetlaku, což může poškodit transformátor nebo samotný kondenzátor. Proto je nezbytné mít ochranné zařízení proti přerušení napětí. Toto zařízení musí zajistit, aby kondenzátor spolehlivě odpojil po přerušení napětí a znovu se spojil pouze po plné obnově napětí na normální úroveň.
▲ Přetlak vyvolaný operací vypínače
Operace vypínače může také generovat přetlak. Protože se pro přepínání kondenzátorů především používají vakuové vypínače, může během uzavírání dojít k odbourání kontaktů, což může vyvolat přetlak. I když tyto přetlaky mají relativně nízký vrchol, jejich dopad na kondenzátory nesmí být zanedbán. Naopak, během otevírání (odpojování) vypínače mohou vygenerované přetlaky být výrazně vyšší a mohou prostřít kondenzátor. Proto je nezbytné implementovat účinná opatření k snížení přetlaku vyvolaného operací vypínače.
▲ Správa pracovní teploty kondenzátoru
Pracovní teplota kondenzátoru je také klíčový faktor. Příliš vysoké teploty negativně ovlivňují životnost a výkon kondenzátoru, což vyžaduje proaktivní kontroly a řídicí opatření. Značně se rychlost poklesu kapacity zdvojnásobuje při každém 10°C nárůstu teploty. Kondenzátory, které dlouhodobě fungují ve vysokých elektrických polích a vysokých teplotách, zažívají postupné stárnutí svého izolačního dielektrika. To vede k zvýšení dielektrických ztrát, což následně vyvolá rychlý nárůst vnitřní teploty. To nejen zkracuje provozní životnost kondenzátoru, ale v extrémních případech může dokonce vést k selhání kvůli termickému protržení.
Aby bylo zajištěno bezpečné fungování kondenzátorů, relevantní předpisy explicitně stanovují:
- Pokud přesahuje okolní teplota 30°C, měla by být aktivována větrací zařízení pro chlazení.
- Pokud dosáhne nebo překročí okolní teplota 40°C, musí být kondenzátory okamžitě deaktivovány.
Proto je nezbytné implementovat systém sledování teploty, který bude kontinuálně sledovat pracovní teplotu kondenzátorů v reálném čase. Dále jsou klíčové opatření k vynucenému větrání, která zlepšují podmínky odvodu tepla, a zajišťují, aby vygenerované teplo bylo efektivně a eficientně odvedeno prostřednictvím efektivní konvekce a radiace.
