Gedetailleerde uitleg van veelvoorkomende problemen en oplossingen voor hoogspanningscondensatoren

Probleem met de werkingsspanning van een condensator​

De grootte van de werkingsspanning van een condensator heeft een significant effect op zijn levensduur en uitvoeringscapaciteit, waardoor het een belangrijke monitoringsindicator is in het busbarsysteem van een onderstation. Het actieve vermogensverlies binnen een condensator komt voornamelijk voort uit dielectrische verliezen en geleiderweerstandverliezen, waarbij dielectrische verliezen meer dan 98% uitmaken. Dielectrische verliezen hebben een significante invloed op de werkingstemperatuur van de condensator. Deze invloed kan worden gequantificeerd door de volgende formule:

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

​Waarbij:​​

• Pr staat voor het actieve vermogensverlies van de hoogspanningscondensator
• Qc duidt het reactieve vermogen aan
• tgδ is de tangens van de dielectrische verliezen
• ω is de hoekfrequentie van het netwerk
• C is de capaciteit van de condensator
• U is de werkingsspanning van de condensator

Zoals uit de bovenstaande formule blijkt, is het actieve vermogensverlies (Pr) van een hoogspanningscondensator direct evenredig met het kwadraat van de werkingsspanning (U²). Naarmate de werkingsspanning toeneemt, neemt het actieve vermogensverlies snel toe. Deze snelle toename leidt tot een temperatuurstijging, wat als gevolg heeft dat de isolatielevensduur van de condensator wordt beïnvloed. Bovendien zal langdurige werking van de condensator onder overspanningsomstandigheden overstroom veroorzaken, wat de condensator mogelijk kan beschadigen. Daarom vereisen hoogspanningscondensatorsystemen omvattende overspanningsbeveiligingsapparatuur.

▲ Invloed van hogere harmonische golven

Hogere harmonische golven in het elektriciteitsnet kunnen ook nadelig zijn voor condensators. Wanneer harmonische stromen in een condensator vloeien, stapelen ze zich op bij de grondstroom, waardoor de piekwaarde van de werkingstroom en de grondspanning toeneemt. Als de capacitaire reactantie van de condensator overeenkomt met de inductieve reactantie van het systeem, zullen de hogere harmonische golven worden versterkt. Deze versterking kan overstromingen en overspanningen veroorzaken, wat mogelijk leidt tot gedeeltelijke ontlading in de interne isolerende dielektricum van de condensator. Een dergelijke gedeeltelijke ontlading kan storingen zoals ​bolvorming​ en ​groepszekering doorslaan veroorzaken.

​▲ Probleem met verlies van spanning op de busbar

Het verlies van spanning op de busbar waaraan de condensator is verbonden, is een ander cruciaal probleem. Een condensator die plotseling spanningsverlies ervaart tijdens de bedrijfsvoering, kan uitschakeling aan de voedingskant van het onderstation of de ontbinding van de hoofdtransformatoren veroorzaken. Als de condensator niet onmiddellijk wordt losgekoppeld onder dergelijke omstandigheden, kan deze schade lijden door overspanning. Bovendien kan het niet verwijderen van de condensator voor de herstelde spanning leiden tot ​resonante overspanning, wat potentiële schade kan toebrengen aan de transformatoren of de condensator zelf. Daarom is een ​spanningsverliesbeveiligingsapparaat essentieel. Dit apparaat moet ervoor zorgen dat de condensator betrouwbaar wordt losgekoppeld na spanningsverlies en pas weer betrouwbaar wordt gekoppeld nadat de spanning volledig is hersteld.

▲ Overspanning veroorzaakt door het bedienen van een schakelaar

Het bedienen van een schakelaar kan ook overspanning genereren. Aangezien ​vacuumschakelaars voornamelijk worden gebruikt voor het schakelen van condensators, kan ​contactbouncing tijdens het sluiten overspanning veroorzaken. Hoewel deze overspanningen een ​relatief lage piek hebben, mag hun invloed op condensators ​niet worden genegeerd. Omgekeerd, tijdens het openen (loskoppelen) van de schakelaar, kunnen de potentieel gegenereerde overspanningen aanzienlijk hoger zijn en de condensator kunnen ​doorboren. Daarom is het essentieel om ​effectieve maatregelen te implementeren om de overspanning te verminderen die tijdens het bedienen van de schakelaar wordt geproduceerd.

​▲ Beheer van de werkingstemperatuur van condensators

De werkingstemperatuur van condensators is ook een cruciale factor. Te hoge temperaturen hebben een negatieve invloed op de levensduur en uitvoeringscapaciteit van een condensator, waardoor proactieve controle- en beheersmaatregelen nodig zijn. ​Bij elke 10°C stijging van de temperatuur verdubbelt de snelheid van capaciteitsafname.​​ Condensators die langdurig werken onder hoge elektrische velden en hoge temperaturen ervaren geleidelijk ouderdom van hun isolerende dielektricum. Deze ouderdom leidt tot toegenomen dielectrische verliezen, waardoor een snelle interne temperatuurstijging wordt getriggerd. Dit verkort niet alleen de operationele levensduur van de condensator, maar kan in ernstige gevallen zelfs leiden tot storingen door ​thermische doorbraak.

Om de veilige bedrijfsvoering van condensators te garanderen, stipuleren relevante voorschriften expliciet:

• ​Als de omgevingstemperatuur 30°C overschrijdt, moeten ventilatieapparaten ​worden geactiveerd​ om afkoeling te bieden.
• ​Als de omgevingstemperatuur 40°C bereikt of overschrijdt, moeten condensators ​onmiddellijk worden uitgeschakeld.

Daarom moet een ​temperatuurmonitorsysteem worden geïmplementeerd om de werkingstemperatuur van condensators continu in real-time te volgen. Bovendien zijn ​gedwongen ventilatiemaatregelen cruciaal om de warmteafgiftecondities te verbeteren, zodat de gegenereerde warmte effectief en efficiënt wordt afgevoerd door ​effectieve convectie en straling.