Detaljno objašnjenje uobičajenih problema i rješenja za visokonaponske kondenzatore

Problem s radnjom napona kondenzatora

Veličina radnog napona kondenzatora značajno utječe na njegov vijek trajanja i izlaznu sposobnost, čime postaje ključni pokazatelj u sustavu podstaničke busline. Aktivna gubitka unutar kondenzatora uglavnom potječu od dielektričnih gubitaka i gubitaka otpora vodilja, pri čemu dielektrični gubitci čine preko 98%. Dielektrični gubitci imaju značajan utjecaj na radnu temperaturu kondenzatora. Taj utjecaj može se kvantificirati sljedećom formulom:

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

Gdje:

• Pr predstavlja aktivne gubitke visokonaponskog kondenzatora
• Qc označava reaktivnu snagu
• tgδ je tangens dielektričnih gubitaka
• ω je kutna frekvencija mreže
• C je kapacitet kondenzatora
• U je radni napon kondenzatora

Kao što je vidljivo iz prethodne formule, aktivni gubitci (Pr) visokonaponskog kondenzatora su direktno proporcionalni kvadratu radnog napona (U²). S porastom radnog napona, aktivni gubitci brzo rastu. Taj brzi porast dovodi do povećanja temperature, što utječe na životni vijek izolacije kondenzatora. Nadalje, dugotrajna radnja kondenzatora pod uslovima prenapona može dovesti do prestruje, što može oštetiti kondenzator. Stoga su visokonaponski kondenzatorski sustavi opremeni kompleksnim uređajima za zaštitu od prenapona.

▲ Utjecaj viših harmonika

Viši harmonici u mreži također mogu negativno utjecati na kondenzatore. Kada harmonične struje teku kroz kondenzator, nadovršavaju osnovnu struju, povećavajući vrhovnu vrijednost radne struje i osnovnog napona. Ako se kapacitivni reaktanc kondenzatora podudara s induktivnim reaktancem sustava, viši harmonici će se pojačati. To pojačanje može dovesti do prestruja i prenapona, što može dovesti do djelomičnog razrijeđivanja unutar internog dielektričnog materijala kondenzatora. Takvo djelomično razrijeđivanje može dovesti do propala poput ispupčenja i isključivanja skupine sigurnosnih prekidnika.

▲ Problem gubitka napona na buslini

Gubitak napona na buslini na kojoj je spojen kondenzator predstavlja još jedan ključni problem. Kondenzator koji iznenada izgubi napon tijekom rada može dovesti do isključivanja na strani opskrbne podstane ili isključivanja glavnog transformatora. Ako se kondenzator ne odspoji pravo vrijeme pod takvim uvjetima, može doživjeti štetan prenapon. Nadalje, ako se kondenzator ne ukloni prije obnavljanja napona, to može dovesti do rezonantnog prenapona, što može oštetiti transformator ili sam kondenzator. Stoga je uređaj za zaštitu od gubitka napona nužan. Taj uređaj mora osigurati da kondenzator pouzdano odspoji nakon gubitka napona i ponovo spoji samo nakon potpunog obnavljanja normalnog napona.

▲ Prenapon izazvan radnjom prekidnika

Rad prekidnika također može generirati prenapon. Budući da se vakuumski prekidnici uglavnom koriste za upravljanje kondenzatorima, odbijanje kontakata tijekom operacije zatvaranja može dovesti do prenapona. Iako ti prenaponi imaju relativno niske vrhove, njihov utjecaj na kondenzatore ne smije biti zanemaren. Obrnuto, tijekom otvaranja prekidnika (isključivanja), potencijalno generirani prenaponi mogu biti znatno veći i mogu probijati kondenzator. Stoga je nužno implementirati učinkova mjere za smanjenje prenapona generiranog tijekom operacija prekidnika.

▲ Upravljanje radnom temperaturom kondenzatora

Radna temperatura kondenzatora je također ključni faktor. Previsoke temperature negativno utječu na vijek trajanja i izlaznu sposobnost kondenzatora, što zahtijeva proaktivne mjere kontrole i upravljanja. Značajno, stopa padanja kapaciteta udvostručava se za svaki 10°C povećanja temperature. Kondenzatori koji dugo vrijeme rade pod visokim električnim poljima i visokim temperaturama doživljavaju postepeno starenje dielektričnog materijala. To starenje dovodi do povećanja dielektričnih gubitaka, što zauzvrat dovodi do brzog porasta interne temperature. To ne samo da skraćuje vijek trajanja rada kondenzatora, već u teškim slučajevima može dovesti do propala zbog termičkog propada.

Da bi se osigurala sigurna radnja kondenzatora, relevantni propisi eksplicitno određuju:

• Kada je okružna temperatura veća od 30°C, trebaju se aktivirati ventilacijski uređaji za hlađenje.
• Ako okružna temperatura doseže ili premaši 40°C, kondenzatori moraju biti odmah deaktivirani.

Stoga je nužno implementirati sustav za praćenje temperature kako bi se neprekidno pratila radna temperatura kondenzatora u stvarnom vremenu. Također su ključni mjere prisilne ventilacije za poboljšanje uvjeta toplinskog rasipa, osiguravajući da generirana toplina bude učinkovito i efikasno ispuhavana putem učinkovite konvekcije i radijacije.