คำอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับปัญหาทั่วไปและวิธีแก้ไขสำหรบตัวเก็บประจุแรงสูง

ปัญหาแรงดันการทำงานของตัวเก็บประจุ​

ขนาดของแรงดันการทำงานของตัวเก็บประจุมีผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานและความสามารถในการผลิตพลังงาน ทำให้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการตรวจสอบระบบสายไฟฟ้าในสถานีแปลงไฟฟ้า ความสูญเสียพลังงานไฟฟ้าภายในตัวเก็บประจุส่วนใหญ่มาจากความสูญเสียจากการสื่อสารและความสูญเสียจากการต้านทานของผู้นำ โดยความสูญเสียจากการสื่อสารนั้นคิดเป็นมากกว่า 98% ความสูญเสียจากการสื่อสารมีอิทธิพลอย่างมากต่ออุณหภูมิการทำงานของตัวเก็บประจุ ผลกระทบนี้สามารถกำหนดได้โดยสูตรต่อไปนี้:

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

​โดยที่:​​

• Pr แทนความสูญเสียพลังงานไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแรงดันสูง
• Qc หมายถึงพลังงานไฟฟ้ารีแอคทีฟ
• tgδ คือค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียจากการสื่อสาร
• ω คือความถี่เชิงมุมของระบบไฟฟ้า
• C คือความจุของตัวเก็บประจุ
• U คือแรงดันการทำงานของตัวเก็บประจุ

จากสูตรข้างต้น ความสูญเสียพลังงานไฟฟ้า (Pr) ของตัวเก็บประจุแรงดันสูงจะแปรผันตรงกับกำลังสองของแรงดันการทำงาน (U²) เมื่อแรงดันการทำงานเพิ่มขึ้น ความสูญเสียพลังงานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วนี้ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานของฉนวนของตัวเก็บประจุ นอกจากนี้ การทำงานของตัวเก็บประจุภายใต้แรงดันเกินเป็นเวลานานจะทำให้เกิดกระแสเกิน อาจทำให้ตัวเก็บประจุเสียหาย ดังนั้น ระบบตัวเก็บประจุแรงดันสูงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกินที่ครอบคลุม

▲ ผลกระทบจากฮาร์โมนิกลำดับสูง

ฮาร์โมนิกลำดับสูงในระบบไฟฟ้าสามารถส่งผลกระทบต่อตัวเก็บประจุได้เช่นกัน เมื่อมีกระแสฮาร์โมนิกไหลเข้าสู่ตัวเก็บประจุ จะซ้อนทับกับกระแสพื้นฐาน ทำให้ค่าสูงสุดของกระแสการทำงานและแรงดันพื้นฐานเพิ่มขึ้น หากความต้านทานแบบแคปซีฟของตัวเก็บประจุตรงกับความต้านทานแบบอินดักทีฟของระบบ ฮาร์โมนิกลำดับสูงจะถูกขยายขึ้น การขยายขึ้นนี้สามารถทำให้เกิดกระแสเกินและแรงดันเกิน อาจนำไปสู่การปล่อยประจุบางส่วนภายในฉนวนของตัวเก็บประจุ การปล่อยประจุบางส่วนนี้สามารถทำให้เกิดความเสียหาย เช่น ​การโป่งพอง​ และ ​การระเบิดของฟิวส์กลุ่ม.

​▲ ปัญหาการสูญเสียแรงดันของบัสบาร์

การสูญเสียแรงดันของบัสบาร์ที่ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อเป็นอีกปัญหาที่สำคัญ ตัวเก็บประจุที่สูญเสียแรงดันอย่างกะทันหันระหว่างการทำงานสามารถทำให้เกิดการทริปในระบบจ่ายไฟฟ้าของสถานีแปลงไฟฟ้าหรือการแยกตัวของหม้อแปลงหลัก หากตัวเก็บประจุไม่ถูกแยกออกในสภาพเช่นนี้ มันอาจประสบกับแรงดันเกินที่ทำให้เสียหาย นอกจากนี้ หากตัวเก็บประจุไม่ถูกแยกออก ก่อน ที่แรงดันจะกลับมาเป็นปกติ อาจทำให้เกิด ​แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือน ซึ่งอาจทำให้หม้อแปลงหรือตัวเก็บประจุเสียหาย ดังนั้น อุปกรณ์ป้องกันการสูญเสียแรงดันเป็นสิ่งจำเป็น อุปกรณ์นี้ต้องมั่นใจว่าตัวเก็บประจุจะแยกออกอย่างเชื่อถือได้หลังจากการสูญเสียแรงดัน และจะเชื่อมต่อใหม่ เฉพาะเมื่อ แรงดันกลับมาเป็นปกติอย่างสมบูรณ์แล้วเท่านั้น

▲ แรงดันเกินที่เกิดจากการทำงานของเบรกเกอร์

การทำงานของเบรกเกอร์ยังสามารถสร้างแรงดันเกินได้ เนื่องจาก ​เบรกเกอร์แบบสุญญากาศ​ ถูกใช้สำหรับการเปลี่ยนแปลงตัวเก็บประจุอย่างกว้างขวาง การกระแทกของตัวติดต่อระหว่างการทำงานปิดอาจทำให้เกิดแรงดันเกิน แม้ว่าแรงดันเกินเหล่านี้จะมี ค่าสูงสุดที่ค่อนข้างต่ำ แต่ผลกระทบที่มีต่อตัวเก็บประจุ ไม่ควรละเลย ในทางกลับกัน ระหว่างการทำงานเปิด (การแยก) แรงดันเกินที่อาจเกิดขึ้นสามารถสูงขึ้นอย่างมากและอาจเจาะทะลุตัวเก็บประจุ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการลดแรงดันเกินที่เกิดจากการทำงานของเบรกเกอร์

​▲ การจัดการอุณหภูมิการทำงานของตัวเก็บประจุ

อุณหภูมิการทำงานของตัวเก็บประจุเป็นปัจจัยที่สำคัญเช่นกัน อุณหภูมิที่สูงเกินไปจะส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานและความสามารถในการผลิตพลังงานของตัวเก็บประจุ ทำให้จำเป็นต้องมีมาตรการควบคุมและจัดการอย่างทันท่วงที ​โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัตราการลดลงของความจุจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ 10°C ที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น​​ ตัวเก็บประจุที่ทำงานอยู่ในสนามไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูงเป็นระยะเวลายาวนานจะมีการเสื่อมสภาพของฉนวนอย่างค่อยเป็นค่อยไป ทำให้ความสูญเสียจากการสื่อสารเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อุณหภูมิภายในเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่เพียงแต่จะทำให้อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุสั้นลงเท่านั้น แต่ในกรณีที่ร้ายแรงอาจทำให้เกิดความเสียหายจากการ แตกเนื่องจากความร้อน

เพื่อให้มั่นใจว่าตัวเก็บประจุทำงานอย่างปลอดภัย กฎระเบียบที่เกี่ยวข้องได้ระบุไว้อย่างชัดเจนว่า:

• ​เมื่ออุณหภูมิสิ่งแวดล้อมสูงกว่า 30°C ควรเปิดอุปกรณ์ระบายอากาศเพื่อให้ความเย็น
• ​หากอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมสูงหรือเท่ากับ 40°C ต้องปิดตัวเก็บประจุทันที

ดังนั้น ต้องมีระบบ ติดตามอุณหภูมิ เพื่อติดตามอุณหภูมิการทำงานของตัวเก็บประจุอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ มาตรการระบายอากาศด้วยลมบังคับยังเป็นสิ่งสำคัญในการปรับปรุงสภาพการกระจายความร้อน ทำให้ความร้อนที่สร้างขึ้นถูกขับออกอย่างมีประสิทธิภาพผ่านการการพาความร้อนและการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ