Yüksek Gerilimli Kondansatörler için Sıkça Karşılaşılan Sorunların ve Çözümlerin Ayrıntılı Açıklaması
Kondansatör İşletme Gerilimi Sorunu
Kondansatörün çalışma geriliminin büyüklüğü, hizmet ömrü ve çıkışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir, bu nedenle trase anahtarlama sisteminde önemli bir izleme göstergesidir. Kondansatör içindeki aktif güç kaybı, çoğunlukla dielektrik kayıplar ve iletken direnç kayıplarından kaynaklanır, dielektrik kayıpların %98'den fazlasını oluşturur. Dielektrik kayıplar, kondansatörün çalışma sıcaklığı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu etki, aşağıdaki formül ile nicelendirilebilir:
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
Burada:
- Pr yüksek gerilimli kondansatörün aktif güç kaybını temsil eder
- Qc reaktif gücünü ifade eder
- tgδ dielektrik kayıp tanjantıdır
- ω şebeke açısal frekansıdır
- C kondansatörün kapasitesidir
- U kondansatörün çalışma gerilimidir
Yukarıdaki formülden görüldüğü gibi, yüksek gerilimli kondansatörün aktif güç kaybı (Pr), çalışma geriliminin karesiyle (U²) orantılıdır. Çalışma gerilimi arttıkça, aktif güç kaybı hızla artar. Bu hızlı artış, sıcaklık yükselmesine neden olur ve bu da kondansatörün yalıtım ömrünü etkiler. Ayrıca, kondansatörün aşırı gerilim koşullarında uzun süre işletilmesi, aşırı akımı tetikleyebilir ve kondansatörü hasarlı hale getirebilir. Bu nedenle, yüksek gerilimli kondansatör sistemleri kapsamlı aşırı gerilim koruma cihazlarına ihtiyaç duyar.
▲ Yüksek Mertebeden Harmoniklerin Etkisi
Şebeke içindeki yüksek mertebeden harmonikler, kondansatörlere de olumsuz etki edebilir. Harmonik akımlar kondansatöre girdiğinde, temel akım üzerine eklenerek, çalışma akımının zirvesini ve temel gerilimi artırır. Eğer kondansatörün kapasitif reaktansı sistemin endüktif reaktansıyla eşleşiyorsa, yüksek mertebeden harmonikler amplifikasyona uğrar. Bu amplifikasyon, aşırı akım ve aşırı gerilime neden olabilir, bu da kondansatörün iç yalıtım dielektrikinde kısmi devriye teşkil edebilir. Bu kısmi devri, kondansatörün kabarcıklaşma ve grup füze patlaması gibi arızalara neden olabilir.
▲ Trase Gerilim Kaybı Sorunu
Kondansatöre bağlı olan trase üzerindeki gerilim kaybı, başka bir kritik endişedir. İşi sırasında aniden gerilim kaybeden bir kondansatör, trase tesisatında veya ana transformatörde atlatmayı tetikleyebilir. Bu durumlar altında kondansatör anında kesilmezse, zararlı aşırı gerilim deneyebilir. Ayrıca, gerilim geri yüklenmeden önce kondansatör çıkarılmazsa, rezonans aşırı gerilimi oluşabilir, bu da transformatör veya kondansatörün kendisini hasarlı hale getirebilir. Bu nedenle, gerilim kaybı koruma cihazı gereklidir. Bu cihaz, gerilim kaybından sonra kondansatörün güvenilir bir şekilde kesilmesini ve sadece gerilimin tamamen normal seviyeye geri yüklenmesinden sonra yeniden bağlanmasını sağlamalıdır.
▲ Devre Kesicinin İşlemesiyle Oluşan Aşırı Gerilim
Devre kesicinin işlemesi de aşırı gerilim oluşturabilir. Vakum devre kesicileri çoğunlukla kondansatör anahtarlama için kullanıldığından, kapama sırasında temas sıçraması aşırı gerilim tetikleyebilir. Bu aşırı gerilimlerin zirveleri göreceli olarak düşük olsa da, kondansatörlere olan etkileri göz ardı edilemez. Buna karşılık, devre kesicinin açılması (kesilmesi) sırasında üretilen potansiyel aşırı gerilimler çok daha yüksek olabilir ve kondansatörü yıkabilir. Bu nedenle, devre kesici işlemlerinde oluşan aşırı gerilimi azaltmak için etkili önlemlerin uygulanması gereklidir.
▲ Kondansatör İşletme Sıcaklığı Yönetimi
Kondansatörlerin çalışma sıcaklığı da kritik bir faktördür. Çok yüksek sıcaklıklar, kondansatörün hizmet ömrü ve çıkışı üzerinde olumsuz etkiye sahiptir, bu nedenle proaktif kontrol ve yönetim önlemleri gereklidir. Özellikle, sıcaklığın her 10°C artmasıyla birlikte kapasite düşüş oranı ikiye katlanır. Uzun vadede yüksek elektrik alanları ve yüksek sıcaklıklarda çalışan kondansatörler, iç yalıtım dielektriklerinin yavaş yavaş yaşlanmasına neden olur. Bu yaşlanma, dielektrik kaybı artışı ile sonuçlanır, bu da hızlı bir iç sıcaklık yükselişine neden olur. Bu, kondansatörün operasyonel ömrünü kısaltır ve ciddi durumlarda ısıl çökme ile başarısızlığa yol açabilir.
Kondansatörlerin güvenli çalışmasını sağlamak için ilgili düzenlemeler açıkça belirtir:
- Çevresel sıcaklık 30°C'yi aşarsa, soğutma cihazları etkinleştirilmelidir.
- Çevresel sıcaklık 40°C'ye ulaşır veya aşarsa, kondansatörler derhal devredışı bırakılmalıdır.
Bu nedenle, kondansatörlerin çalışma sıcaklığını sürekli gerçek zamanlı takip etmek için bir sıcaklık izleme sistemi uygulanmalıdır. Ayrıca, zorlanmış hava soğutma önlemleri ısı verimini iyileştirmek için önemlidir, bu da etkili konveksiyon ve radyasyon yoluyla üretilen ısıyı etkili ve verimli bir şekilde dışarı atmanı sağlar.
