高電圧コンデンサーの一般的な問題とその解決策の詳細な説明
コンデンサーの動作電圧に関する問題
コンデンサーの動作電圧の大きさは、その耐用年数と出力能力に大きく影響し、変電所のバスシステムでの主要な監視指標となっています。コンデンサー内の有効電力損失は主に誘電体損失と導体抵抗損失から生じますが、誘電体損失が98%以上を占めています。誘電体損失はコンデンサーの動作温度に大きな影響を与えます。この影響は以下の式で定量化できます：
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
ここで：
- Prは高電圧コンデンサーの有効電力損失を表します
- Qcはリアクティブ電力を示します
- tgδは誘電体損失タンジェントです
- ωは電力網の角周波数です
- Cはコンデンサーの容量です
- Uはコンデンサーの動作電圧です
上記の式から明らかなように、高電圧コンデンサーの有効電力損失（Pr）はその動作電圧（U²）の二乗に比例します。動作電圧が増加すると、有効電力損失も急速に増加します。この急激な増加により温度が上昇し、結果としてコンデンサーの絶縁寿命に影響を与えます。さらに、長時間過電圧条件下でコンデンサーを動作させると、過電流が発生し、コンデンサーを損傷する可能性があります。したがって、高電圧コンデンサーシステムでは包括的な過電圧保護装置が必要です。
▲高次高調波の影響
電力網内の高次高調波もコンデンサーに悪影響を与える可能性があります。高調波電流がコンデンサーに流れ込むと、基準電流に重ね合わされ、動作電流のピーク値と基準電圧が増加します。コンデンサーのキャパシティブリアクタンスがシステムのインダクティブリアクタンスと一致すると、高次高調波が増幅されます。この増幅は過電流と過電圧を引き起こし、コンデンサー内部の絶縁誘電体に部分放電を引き起こす可能性があります。このような部分放電は、膨張やグループヒューズのブローアウトなどの故障を引き起こす可能性があります。
▲バスバーの電圧消失問題
コンデンサーが接続されているバスバーの電圧消失は、別の重要な懸念事項です。動作中に突然電圧が消失すると、変電所の供給側でトリップしたり、主変圧器が切断される可能性があります。このような状況下でコンデンサーをすぐに切断しないと、損傷につながる過電圧を受ける可能性があります。また、電圧復旧前にコンデンサーを取り外さないと、共振過電圧が発生し、変圧器やコンデンサー自体を損傷する可能性があります。したがって、電圧消失保護装置は不可欠です。この装置は、電圧消失後にコンデンサーが確実に切断され、電圧が完全に正常に戻った後だけ再接続されることを確保しなければなりません。
▲遮断器操作による過電圧
遮断器の操作も過電圧を生成する可能性があります。真空遮断器が主にコンデンサーの切り替えに使用されるため、閉鎖操作中の接触バウンスが過電圧を引き起こす可能性があります。これらの過電圧は比較的低いピークを持っていますが、コンデンサーへの影響を軽視することはできません。逆に、遮断器の開放（切断）時に生成される可能性のある過電圧は非常に高く、コンデンサーを貫通する可能性があります。したがって、遮断器操作中に生成される過電圧を効果的に緩和する措置を講じることが重要です。
▲コンデンサーの動作温度管理
コンデンサーの動作温度も重要な要素です。過度に高い温度はコンデンサーの耐用年数と出力能力に悪影響を与えるため、積極的な制御と管理措置が必要です。特に、温度が10°C上昇するごとに容量の低下率は2倍になります。 長期間にわたって高電界と高温下で動作するコンデンサーは、絶縁誘電体の徐々な劣化を経験します。この劣化により誘電体損失が増加し、結果として内部温度が急速に上昇します。これによりコンデンサーの運用寿命が短くなり、深刻な場合は熱破壊により故障する可能性もあります。
コンデンサーの安全な動作を確保するために、関連規則では明確に以下のように規定しています：
- 環境温度が30°Cを超える場合、冷却のために換気装置を稼働させるべきです。
- 環境温度が40°Cに達した場合またはそれ以上の場合、コンデンサーは直ちに停止させる必要があります。
したがって、コンデンサーの動作温度をリアルタイムで継続的に追跡するための温度モニタリングシステムを実装する必要があります。また、強制空冷措置は熱放出条件を改善し、効果的な対流と放射を通じて生成された熱を効果的かつ効率的に排出するために重要です。
