Explicación detallada de problemas comunes y soluciones para condensadores de alta tensión

Problema de Tensión de Operación del Condensador​

La magnitud de la tensión de operación de un condensador tiene un impacto significativo en su vida útil y capacidad de salida, convirtiéndola en un indicador clave de monitoreo en el sistema de barras de la subestación. La pérdida de potencia activa dentro de un condensador proviene principalmente de las pérdidas dieléctricas y las pérdidas por resistencia del conductor, con las pérdidas dieléctricas representando más del 98%. Las pérdidas dieléctricas tienen una influencia significativa en la temperatura de operación del condensador. Esta influencia puede cuantificarse mediante la siguiente fórmula:

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

​Dónde:​​

• Pr representa la pérdida de potencia activa del condensador de alta tensión
• Qc denota su potencia reactiva
• tgδ es la tangente de la pérdida dieléctrica
• ω es la frecuencia angular de la red
• C es la capacitancia del condensador
• U es la tensión de operación del condensador

Como se evidencia en la fórmula anterior, la pérdida de potencia activa (Pr) de un condensador de alta tensión es directamente proporcional al cuadrado de su tensión de operación (U²). A medida que aumenta la tensión de operación, la pérdida de potencia activa aumenta rápidamente. Este aumento rápido lleva a un incremento de la temperatura, afectando consecuentemente la vida útil de la aislación del condensador. Además, la operación prolongada del condensador bajo condiciones de sobretensión causará sobrecorriente, lo que potencialmente dañará el condensador. Por lo tanto, los sistemas de condensadores de alta tensión requieren dispositivos de protección contra sobretensión completos.

▲ Impacto de Armónicos de Orden Superior

Los armónicos de orden superior en la red eléctrica también pueden afectar adversamente a los condensadores. Cuando las corrientes armónicas fluyen hacia un condensador, se superponen a la corriente fundamental, aumentando el valor pico de la corriente de operación y la tensión fundamental. Si la reactancia capacitiva del condensador coincide con la reactancia inductiva del sistema, los armónicos de orden superior serán amplificados. Esta amplificación puede causar sobrecorrientes y sobretensiones, lo que potencialmente puede llevar a descargas parciales dentro del dieléctrico aislante interno del condensador. Estas descargas parciales pueden desencadenar fallos como ​abombamiento​ y ​quemado de fusibles en grupo.

​▲ Problema de Pérdida de Tensión en la Barra

La pérdida de tensión en la barra a la que está conectado el condensador es otra preocupación crítica. Un condensador que pierde repentinamente la tensión durante la operación puede causar un salto en el lado de suministro de la subestación o la desconexión del transformador principal. Si el condensador no se desconecta de inmediato en tales condiciones, puede experimentar una sobretensión dañina. Además, no retirar el condensador antes de la restauración de la tensión puede llevar a ​sobretensión resonante, lo que potencialmente dañará el transformador o el propio condensador. Por lo tanto, un dispositivo de protección contra pérdida de tensión es esencial. Este dispositivo debe asegurar que el condensador se desconecte de manera confiable después de la pérdida de tensión y se reconecte solo después de que la tensión haya sido completamente restaurada a la normalidad.

▲ Sobretensión Inducida por la Operación del Interruptor

La operación del interruptor también puede generar sobretensión. Dado que los ​interruptores de vacío​ son predominantemente utilizados para la conmutación de condensadores, el ​rebote de contactos​ durante la operación de cierre puede desencadenar sobretensión. Aunque estas sobretensiones tienen un ​pico relativamente bajo, su impacto en los condensadores ​no debe pasarse por alto. Por otro lado, durante la apertura del interruptor (desconexión), las sobretensiones potencialmente generadas pueden ser significativamente mayores y pueden ​perforar​ el condensador. Por lo tanto, es esencial implementar ​medidas efectivas para mitigar​ la sobretensión producida durante las operaciones del interruptor.

​▲ Gestión de la Temperatura de Operación del Condensador

La temperatura de operación de los condensadores también es un factor crítico. Las temperaturas excesivamente altas afectan negativamente la vida útil y la capacidad de salida de un condensador, lo que requiere medidas proactivas de control y gestión. ​Significativamente, la tasa de declive de la capacidad se duplica por cada aumento de 10°C en la temperatura.​​ Los condensadores que operan a largo plazo bajo campos eléctricos altos y temperaturas elevadas experimentan un envejecimiento gradual de su dieléctrico aislante. Este envejecimiento conduce a un aumento de las pérdidas dieléctricas, desencadenando un aumento rápido de la temperatura interna. Esto no solo acorta la vida operativa del condensador, sino que, en casos graves, incluso puede llevar a fallas debido a ​la ruptura térmica.

Para garantizar la operación segura de los condensadores, las regulaciones relevantes estipulan explícitamente:

• ​Cuando la temperatura ambiente excede los 30°C, los dispositivos de ventilación ​deben activarse​ para proporcionar enfriamiento.
• ​Si la temperatura ambiente alcanza o supera los 40°C, los condensadores ​deben desactivarse inmediatamente.

Por lo tanto, se debe implementar un ​sistema de monitoreo de temperatura​ para rastrear continuamente la temperatura de operación de los condensadores en tiempo real. Además, las ​medidas de ventilación forzada​ son cruciales para mejorar las condiciones de disipación de calor, asegurando que el calor generado se expulse de manera eficaz y eficiente mediante ​convección y radiación efectivas.