Podrobno razložitev pogostih težav in rešitev za visokonapetostne kondenzatorje

Težava z delovnim napetostjo kondenzatorja​

Velikost delovne napetosti kondenzatorja znatno vpliva na njegov življenjski čas in izhodno zmogljivost, zaradi česar je ključni kazalnik za nadzor v sistemih podstaničnih busbar. Aktivna močna izguba znotraj kondenzatorja se predvsem izvira iz dielektričnih izgub in izgub zaradi upornosti vodičev, pri čemer dielektrične izgube predstavljajo več kot 98 %. Dielektrične izgube imajo velik vpliv na delovno temperaturo kondenzatorja. Ta vpliv je mogoče kvantificirati z naslednjo enačbo:

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

​Kjer:​​

• Pr predstavlja aktivno močno izgubo visokonapetostnega kondenzatorja
• Qc označuje reaktivno moč
• tgδ je tangens dielektričnih izgub
• ω je krožna frekvenca omrežja
• C je kapacitivnost kondenzatorja
• U je delovna napetost kondenzatorja

Kot je razvidno iz zgornje enačbe, je aktivna močna izguba (Pr) visokonapetostnega kondenzatorja neposredno sorazmerna s kvadratom njegove delovne napetosti (U²). S povečanjem delovne napetosti se aktivna močna izguba hitro poveča. To hitro povečanje povzroča rast temperature, ki vpliva na izolacijski življenjski čas kondenzatorja. Poleg tega dolgoročna delovanja kondenzatorja pri previsoki napetosti lahko povzroči preveliki tok, ki lahko poškoduje kondenzator. Zato zahtevajo sistemi visokonapetostnih kondenzatorjev celovite varnostne naprave za previsoko napetost.

▲ Vpliv višjih harmonskih valovanj

Višji harmonski valovi v električnem omrežju lahko tudi negativno vplivajo na kondenzatorje. Ko harmonske toke tečejo skozi kondenzator, se prelagajo na osnovno tok, kar poveča vrhovno vrednost delovnega toka in osnovne napetosti. Če se kapacitivni odpor kondenzatorja ujema s sistemskim induktivnim odporom, se višji harmonski valovi pojasnijo. To pojasnjevanje lahko povzroči prevelike toke in previsoke napetosti, ki lahko vodijo do delne razbije v notranjem izolacijskem dielektriku kondenzatorja. Takšna delna razbijenja lahko sprožijo neuspele dogodke, kot so ​razbujanje​ in ​pregorevanje skupin preklopnikov.

​▲ Težava s izgubo napetosti na busbaru

Izguba napetosti na busbaru, kateremu je kondenzator priključen, je še ena ključna skrb. Kondenzator, ki izgubi napetost med delovanjem, lahko povzroči preklop na strani oskrbe podstaničja ali odpojitev glavnega transformatorja. Če kondenzator pri takšnih pogojih ni hitro odpojen, lahko doživi škodljivo previsoko napetost. Dodatno, če kondenzator ni odstranjen pred obnovitvijo napetosti, lahko pride do ​rezonančne previsoke napetosti, ki lahko poškoduje transformator ali sam kondenzator. Zato je bistveno, da je nameščena ​varnostna naprava za izgubo napetosti. Ta naprava mora zagotoviti, da kondenzator zanesljivo odpove po izgubi napetosti in se zanesljivo ponovno priključi le po tem, ko bo napetost popolnoma obnovljena na normalno.

▲ Previsoka napetost, povzročena z delovanjem preklopnika

Delovanje preklopnika lahko tudi generira previsoko napetost. Ker se za preklop kondenzatorjev predvsem uporabljajo ​vakuumski preklopniki, lahko odboji kontaktov med zapiranjem sprožijo previsoko napetost. Čeprav imajo te previsoke napetosti relativno nizki vrh, njihov vpliv na kondenzatorje ne sme biti prezrt. Na drugi strani, med odpiranjem (odpojitvijo) preklopnika, lahko generirane previsoke napetosti postanejo zelo visoke in lahko prodrejo kondenzator. Zato je bistveno, da se implementirajo učinkoviti ukrepi za zmanjševanje previsoke napetosti, ki se generira med delovanjem preklopnika.

​▲ Upravljanje delovne temperature kondenzatorja

Delovna temperatura kondenzatorjev je tudi ključen dejavnik. Previsoke temperature negativno vplivajo na življenjski čas in izhodno zmogljivost kondenzatorja, zaradi česar je potrebno proaktivno upravljanje in nadzor. Značilno, stopnja padanja kapacitivnosti se podvoji za vsako 10°C povečanje temperature.​​ Kondenzatorji, ki delujejo dolgo časa pri visokih električnih poljih in visokih temperaturah, doživljajo postopno staranje svojega izolacijskega dielektrika. To staranje vodi do povečanih dielektričnih izgub, kar sproži hitro notranje povečanje temperature. To ne le skračuje operativni življenjski čas kondenzatorja, ampak v težkih primerih lahko celo vodi do neuspeha zaradi termičnega razbija.

Za zagotavljanje varnega delovanja kondenzatorjev relevantne predpise jasno določajo:

• Če je okoljska temperatura višja od 30°C, bi se morale aktivirati ventilacijske naprave za hlađenje.
• Če doseže ali preseže okoljska temperatura 40°C, morajo biti kondenzatorji neposredno deaktivirani.

Zato je potrebno implementirati sistem za spremljanje temperature, ki bo stalno sledil delovni temperaturi kondenzatorjev v realnem času. Dodatno so ključni ukrepi prisilne zrakovne ventilacije za izboljšanje pogojev odvajanja toplote, tako da je generirana toplota učinkovito in učinkovito izpuščena preko učinkovite konvekcije in radiacije.