Detaljno objašnjenje uobičajenih problema i rešenja za visokonaponske kondenzatore

Problem sa radnom naponom kondenzatora​

Veličina radnog napona kondenzatora značajno utiče na njegov vremenski život i izlaznu sposobnost, čime postaje ključni pokazatelj u sistemu magistralne šine. Gubitci aktivne snage unutar kondenzatora uglavnom potiču od gubitaka dielektrika i otpornosti vodnika, pri čemu gubitci dielektrika predstavljaju preko 98%. Gubitci dielektrika imaju značajan uticaj na radnu temperaturu kondenzatora. Ovaj uticaj može se kvantifikovati sledećom formulom:

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

​Gde:​​

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

Kao što se može videti iz prethodne formule, gubitci aktivne snage (Pr) visokonaponskog kondenzatora su direktno proporcionalni kvadratu radnog napona (U²). Sa porastom radnog napona, gubitci aktivne snage brzo rastu. Ovaj brzi porast dovodi do povećanja temperature, što utiče na život vremena izolacije kondenzatora. Takođe, dugotrajno korišćenje kondenzatora pod uslovima prenapona može dovesti do prestruje, što može oštetiti kondenzator. Stoga, sistemi visokonaponskih kondenzatora zahtevaju kompleksne uređaje za zaštitu od prenapona.

▲ Uticaj viših harmonika

Viši harmonici u elektroenergetska mreža takođe mogu negativno uticati na kondenzatore. Kada harmonijski strujovi prođu kroz kondenzator, nadovezuju se na osnovnu struju, povećavajući vrhnu vrednost radne struje i osnovnog napona. Ako se kapacitivni reaktansi kondenzatora poklapaju sa induktivnim reaktansima sistema, viši harmonici će biti pojačani. Ovo pojačanje može dovesti do prestruje i prenapona, što može dovesti do delimičnog ispitivanja unutrašnjeg izolacionog dielektrika kondenzatora. Takvo delimično ispitivanje može dovesti do grešaka poput ispupčenja i isključivanja grupnih fuzi.

​▲ Problem gubitka napona na magistralnoj šini

Gubitak napona na magistralnoj šini na kojoj je kondenzator spojen predstavlja još jedan ključni problem. Kondenzator koji iznenada izgubi napon tokom rada može dovesti do isključivanja na strani opskrbe transformatorne stanice ili odspajanja glavnog transformatora. Ako kondenzator nije odmah odspojen u takvim uslovima, može doživeti oštećujući prenapon. Takođe, ako kondenzator nije uklonjen pre povraćaja napona, može dovesti do rezonantnog prenapona, što može oštetiti transformator ili sam kondenzator. Stoga je neophodan uređaj za zaštitu od gubitka napona. Ovaj uređaj mora osigurati da kondenzator pouzdano odspoji nakon gubitka napona i da se ponovo spoji samo posle kada je napon potpuno vratil na normalu.

▲ Prenapon izazvan radnjom prekidaca

Rad prekidaca takođe može generisati prenapone. Budući da se vakuumski prekidaci uglavnom koriste za upravljanje kondenzatorima, odbijanje kontakata tokom operacije zatvaranja može izazvati prenapone. Iako ovi prenaponi imaju relativno niske vrhove, njihov uticaj na kondenzatore ne sme biti zanemaren. S druge strane, tokom operacije otvaranja (odspajanja) prekidaca, potencijalno generisani prenaponi mogu biti znatno veći i mogu probijati kondenzator. Stoga je neophodno implementirati efikasne mere za smanjenje prenapona generisanih tokom radnje prekidaca.

​▲ Upravljanje radnom temperaturom kondenzatora

Radna temperatura kondenzatora je takođe ključni faktor. Previsoke temperature negativno utiču na vremenski život i izlaznu sposobnost kondenzatora, što zahteva proaktivne mere kontrole i upravljanja. Značajno, stopa pada kapaciteta dvostruko raste za svaki povećan 10°C temperature.​ Kondenzatori koji duži period vremena rade pod visokim električnim poljima i povišenim temperaturama iskusavaju postepeno starenje izolacionog dielektrika. Ovo starenje dovodi do povećanja gubitaka dielektrika, što zatim dovodi do brzog porasta interne temperature. Ovo ne samo da skraćuje operativni životni vek kondenzatora, već u teškim slučajevima može dovesti do otkaza zbog termičkog raspadanja.

Da bi se osigurala bezbedna operacija kondenzatora, relevantne regulative eksplicitno navode:

• Kada okružna temperatura premaši 30°C, ventilacioni uređaji trebaju biti aktivirani kako bi pružili hlađenje.
• Ako okružna temperatura dostigne ili premaši 40°C, kondenzatori moraјu biti odmah deaktivirani.

Stoga je neophodno implementirati sistem za praćenje temperature kako bi se neprekidno pratila radna temperatura kondenzatora u realnom vremenu. Takođe, mere prisilnog hlađenja vazduhom su ključne za poboljšanje uslova disipacije toplote, kako bi generisana toplota efikasno i efektivno bila ispuštena kroz efikasnu konvekciju i radijaciju.