Yksityiskohtainen selitys yleisistä ongelmista ja niiden ratkaisuista korkeajännitekondensaattoreissa

Kondensaattorin toiminnan jänniteongelma​

Kondensaattorin toiminnan jännitteen suuruus vaikuttaa merkittävästi sen käyttöikään ja tuotantokykyyn, mikä tekee siitä keskeisen seuranta-indikaattorin substation busbar-järjestelmässä. Kondensaattorin sisällä tapahtuva aktiivinen tehonkulutus pääasiassa johtuu dielektrisistä tappioista ja johtimetappioista, joista dielektriset tappiot muodostavat yli 98 %. Dielektriset tappiot vaikuttavat huomattavasti kondensaattorin toimintalämpötilaan. Tämän vaikutuksen voidaan määrittää seuraavalla kaavalla:

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

​Missä:​​

• Pr edustaa korkeajännitteisen kondensaattorin aktiivista tehonkulutusta
• Qc tarkoittaa sen reaktiivista voimaa
• tgδ on dielektrisen tappion tangentti
• ω on verkon kulmakulmataajuus
• C on kondensaattorin kapasitanssi
• U on kondensaattorin toiminnan jännite

Yllä olevasta kaavasta nähdään, että korkeajännitteisen kondensaattorin aktiivinen tehonkulutus (Pr) on suoraan verrannollinen sen toiminnan jännitteen neliöön (U²). Kun toiminnan jännite kasvaa, aktiivinen tehonkulutus kasvaa nopeasti. Tämä nopea kasvu aiheuttaa lämpötilan nousun, mikä vaikuttaa kondensaattorin eristysikään. Lisäksi kondensaattorin pitkäaikainen toiminta ylitysjohtavan jännitteen ollessa voimassa aiheuttaa ylitysjohtavan virtauksen, mikä voi vahingoittaa kondensaattoria. Siksi korkeajännitteisiin kondensaattoriin tarvitaan kattavia ylitysjohtavaa suojausta.

▲ Korkeamman asteen harmonisten vaikutukset

Sähköverkossa olevat korkeamman asteen harmoniset voivat myös haitata kondensaattoreita. Kun harmoniset virrat virtaavat kondensaattoriin, ne yhdistyvät perusvirran kanssa, lisäämällä toiminnan virran huippuarvoa ja perusjännitettä. Jos kondensaattorin kapasitiivinen vastus vastaa järjestelmän induktiivista vastusta, korkeamman asteen harmoniset voivat vahvistua. Tämä vahvistuminen voi aiheuttaa ylitysjohtavan virtauksen ja ylitysjohtavan jännitteen, mikä voi johtaa osittaiseen sähköpurkautumiseen kondensaattorin sisäisessä eristysaineessa. Tämä osittainen sähköpurkautuminen voi aiheuttaa epäonnistumisia, kuten laajenemista ja ryhmäfusien purskahtamista.

​▲ Busbarin jännitehäviöongelma

Busbarin, johon kondensaattori on yhdistetty, jännitteen häviö on toinen keskeinen huolenaihe. Kondensaattori, joka yhtäkkiä häviää jännitteen toiminnassa, voi aiheuttaa katkaisun substation sähköntarjontapuolella tai päämuuntajan eristyksen. Jos kondensaattoria ei poisteta välittömästi tällaisissa olosuhteissa, se voi kohdata vahingollisen ylitysjohtavan jännitteen. Lisäksi kondensaattorin poistaminen ennen jännitteen palauttamista voi johtaa resonanssiylitysjohtavan jännitteen, mikä voi vahingoittaa muuntajaa tai kondensaattoria itseään. Siksi on välttämätöntä, että on olemassa jännitteen häviön suojauslaitteisto. Tämän laitteiston on varmistettava, että kondensaattori irrottaa luotettavasti jännitteen häviötä ja yhdistyy uudelleen vain, kun jännite on täysin palautettu normaaliin.

▲ Katkaisimen toiminnon aiheuttama ylitysjohtavan jännite

Katkaisimen toiminta voi myös aiheuttaa ylitysjohtavan jännitteen. Koska vakuumikatkaisimet ovat pääosin käytössä kondensaattorin kytkemiseen, yhteyden heilahdus suljettaessa voi aiheuttaa ylitysjohtavan jännitteen. Vaikka nämä ylitysjohtavat jännitteet ovatkin suhteellisen alhaisia, niiden vaikutusta kondensaattoreihin ei saa ohittaa. Toisaalta, katkaisimen avaamisen (irrotuksen) yhteydessä mahdollisesti syntymä ylitysjohtavan jännite voi olla huomattavasti suurempi ja voi läpäistä kondensaattoria. Siksi on välttämätöntä toteuttaa tehokkaita toimenpiteitä lievittää katkaisimen toiminnan aikana syntyvää ylitysjohtavan jännitettä.

​▲ Kondensaattorin toiminnan lämpötilanhallinta

Kondensaattorin toiminnan lämpötila on myös keskeinen tekijä. Liian korkea lämpötila vaikuttaa haitallisesti kondensaattorin käyttöikään ja tuotantokykyyn, mikä edellyttää proaktiivisia hallintatoimenpiteitä. Merkillisesti, kapasiteettien laskenta kaksinkertaistuu joka 10 °C:n lämpötilan nousu.​ Kondensaattorit, jotka toimivat pitkäaikaisesti korkeissa sähkökentissä ja korkeassa lämpötilassa, kokenevat hitaasti ikääntymistä niiden eristysainessa. Tämä ikääntyminen johtaa lisääntyviin dielektrisiin tappioihin, mikä aiheuttaa nopean sisäisen lämpötilan nousun. Tämä ei ainoastaan lyhennä kondensaattorin toimintakauden, mutta vakavissa tapauksissa voi jopa johtaa lämpöpurkautumiseen.

Varmistaaksemme kondensaattorien turvallisen toiminnan, asiaankuuluvat säännökset määrittelevät selkeästi:

• Kun ympäristölämpötila ylittää 30 °C, ilmanvaihtolaitteet tulee aktivoida jäähdyttämään.
• Jos ympäristölämpötila saavuttaa tai ylittää 40 °C, kondensaattorit tulee sammuttaa välittömästi.

Siksi on välttämätöntä, että on olemassa lämpötilan valvonta-järjestelmä, joka seuraa jatkuvasti kondensaattorin toiminnan lämpötilaa reaaliaikaisesti. Lisäksi pakotettuja ilmanvaihtotoimenpiteitä on kriittistä parantaakseen lämmön siirtymisoloja, varmistaen, että tuotettu lämpö voidaan tehokkaasti ja tehokkaasti poistaa tehokkaan konvektion ja säteilyn avulla.