شرح مفصل للمشاكل الشائعة والحلول للكوندنسرات ذات الجهد العالي

مشكلة الجهد التشغيلي للمكثف​

تؤثر قيمة جهد تشغيل المكثف بشكل كبير على عمره الخدمي وقدرته على الإخراج، مما يجعله مؤشراً مراقباً رئيسياً في نظام حافلة المحطة الكهربائية. تأتي خسارة الطاقة النشطة داخل المكثف أساساً من خسائر العازل وخسائر مقاومة الموصل، مع خسائر العازل التي تمثل أكثر من 98%. تؤثر خسائر العازل بشكل كبير على درجة حرارة التشغيل للمكثف. يمكن تحديد هذا التأثير بالصيغة التالية:

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

​حيث:​​

• Pr يمثل خسارة الطاقة النشطة للمكثف عالي الجهد
• Qc يشير إلى الطاقة غير النشطة
• tgδ هو ظل الزاوية للخسارة العازلة
• ω هو التردد الزاوي للشبكة
• C هي السعة للمكثف
• U هو الجهد التشغيلي للمكثف

كما يظهر من الصيغة أعلاه، فإن خسارة الطاقة النشطة (Pr) للمكثف عالي الجهد تناسب طردياً مع مربع جهد التشغيل (U²). مع زيادة الجهد التشغيلي، تزداد خسارة الطاقة النشطة بسرعة. يؤدي هذا الزيادة السريعة إلى ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي يؤثر على عمر العزل للمكثف. بالإضافة إلى ذلك، التشغيل المستمر للمكثف تحت ظروف الجهد الزائد سيسبب تيار زائد، مما قد يتسبب في تلف المكثف. لذا، تتطلب أنظمة المكثفات ذات الجهد العالي أجهزة حماية شاملة ضد الجهد الزائد.

▲ تأثير التوافقيات العليا

يمكن أن يؤثر التوافقيات العليا في الشبكة الكهربائية سلباً على المكثفات. عندما يتدفق التيار التوافقي في المكثف، فإنه يضاف إلى التيار الأساسي، مما يزيد من قيمة الذروة للتيار التشغيلي والجهد الأساسي. إذا كانت المعاوقة السعوية للمكثف تتطابق مع المعاوقة الحثية للنظام، سيتم تضخيم التوافقيات العليا. يمكن لهذا التضخيم أن يتسبب في تيارات وجهود زائدة، مما قد يؤدي إلى تفريغ جزئي داخل العازل الداخلي للمكثف. يمكن لهذا التفريغ الجزئي أن يسبب أعطال مثل ​الانتفاخ​ و ​انفجار مجموعة المصعد.

​▲ مشكلة فقدان الجهد على الحافلة

فقدان الجهد على الحافلة المتصلة بالمكثف هو قلق آخر حاسم. يمكن أن يتسبب المكثف الذي يفقد فجأة جهده أثناء التشغيل في انقطاع التيار على الجانب المعين للمحطة أو انفصال المحول الرئيسي. إذا لم يتم فصل المكثف فوراً في هذه الظروف، فقد يتعرض للتلف بسبب الجهد الزائد. بالإضافة إلى ذلك، عدم إزالة المكثف قبل استعادة الجهد يمكن أن يؤدي إلى ​الجهد الزائد المرن, مما قد يتسبب في تلف المحول أو المكثف نفسه. لذا، يعد جهاز ​حماية ضد فقدان الجهد​ ضرورياً. يجب أن يضمن هذا الجهاز فصل المكثف بشكل موثوق بعد فقدان الجهد وإعادة توصيله فقط بعد استعادة الجهد بشكل كامل إلى وضعه الطبيعي.

▲ الجهد الزائد الناجم عن تشغيل المقاطع

يمكن أن ينتج عن تشغيل المقاطع أيضاً جهد زائد. بما أن المقاطع الفراغية تستخدم بشكل رئيسي لتغيير المكثفات، فإن الارتداد بين الأطراف أثناء عملية الإغلاق قد يسبب جهداً زائداً. رغم أن هذه الجهود الزائدة لها ذروة ​نسبة منخفضة نسبياً, إلا أن تأثيرها على المكثفات ​لا يمكن تجاهله. على الجانب الآخر، أثناء فتح المقاطع (فصل)، يمكن أن تكون الجهود الزائدة المتولدة أعلى بكثير وقد تؤدي إلى ​اختراق المكثف. لذا، من الضروري تنفيذ ​إجراءات فعالة لتقليل الجهود الزائدة الناتجة عن تشغيل المقاطع.

​▲ إدارة درجة حرارة تشغيل المكثف

تعتبر درجة حرارة تشغيل المكثفات عاملاً حاسماً. تؤثر درجات الحرارة المرتفعة بشكل سلبي على عمر المكثف الخدمي وقدرته على الإخراج، مما يتطلب تدابير تحكم وإدارة نشطة. ​بشكل ملحوظ، معدل انخفاض السعة يتضاعف لكل زيادة بمقدار 10°C في درجة الحرارة.​​ المكثفات التي تعمل لفترات طويلة تحت مجالات كهربائية عالية ودرجات حرارة مرتفعة تواجه تقادماً تدريجياً في العازل الداخلي. يؤدي هذا التقادم إلى زيادة في خسارة العازل، مما يسبب ارتفاع درجة الحرارة الداخلية بسرعة. هذا لا يقصر فقط من عمر التشغيل للمكثف ولكنه في الحالات الشديدة يمكن أن يؤدي إلى الفشل بسبب ​التلف الحراري.

لضمان التشغيل الآمن للمكثفات، تنص اللوائح ذات الصلة صراحة على:

• ​عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 30°C, يجب تشغيل أجهزة التهوية ​لتوفير التبريد.
• ​إذا بلغت درجة الحرارة المحيطة 40°C أو أكثر, يجب إيقاف المكثفات ​فوراً.

لذلك، يجب تنفيذ ​نظام مراقبة درجة الحرارة​ لمتابعة درجة حرارة تشغيل المكثفات بشكل مستمر وفي الوقت الحقيقي. بالإضافة إلى ذلك، تعد تدابير التهوية القسرية مهمة لتحسين شروط التبريد، مما يضمن إزالة الحرارة المنتجة بشكل فعال وكفاءة عبر ​الحمل الحراري والإشعاع الفعال.