Spiegazione dettagliata dei problemi comuni e delle soluzioni per i condensatori ad alta tensione
Problema di Tensione di Funzionamento del Condensatore
L'entità della tensione di funzionamento di un condensatore influenza significativamente la sua durata e la capacità di output, rendendolo un indicatore chiave da monitorare nel sistema di barra dell'impianto. La perdita di potenza attiva all'interno del condensatore proviene principalmente dalle perdite dielettriche e dalle perdite dovute alla resistenza dei conduttori, con le perdite dielettriche che rappresentano oltre il 98%. Le perdite dielettriche hanno un'influenza significativa sulla temperatura di funzionamento del condensatore. Questa influenza può essere quantificata dalla seguente formula:
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
Dove:
- Pr rappresenta la perdita di potenza attiva del condensatore ad alta tensione
- Qc indica la potenza reattiva
- tgδ è la tangente delle perdite dielettriche
- ω è la frequenza angolare della rete
- C è la capacità del condensatore
- U è la tensione di funzionamento del condensatore
Come evidente dalla formula sopra, la perdita di potenza attiva (Pr) di un condensatore ad alta tensione è direttamente proporzionale al quadrato della sua tensione di funzionamento (U²). Aumentando la tensione di funzionamento, la perdita di potenza attiva aumenta rapidamente. Questo aumento rapido porta a un innalzamento della temperatura, influenzando così la vita dell'isolamento del condensatore. Inoltre, l'operazione prolungata del condensatore in condizioni di sovratensione causerà un sovracorrente, potenzialmente danneggiando il condensatore. Pertanto, i sistemi di condensatori ad alta tensione richiedono dispositivi di protezione contro la sovratensione completi.
▲ Impatto degli Armonici di Ordine Superiore
Gli armonici di ordine superiore all'interno della rete elettrica possono anche avere un impatto negativo sui condensatori. Quando le correnti armoniche fluiscono in un condensatore, si sovrappongono alla corrente fondamentale, aumentando il valore picco della corrente di funzionamento e della tensione fondamentale. Se la reattività capacitiva del condensatore corrisponde alla reattività induttiva del sistema, gli armonici di ordine superiore saranno amplificati. Questa amplificazione può causare sovracorrenti e sovratensioni, potenzialmente portando a scariche parziali all'interno del dielettrico isolante del condensatore. Tali scariche parziali possono scatenare guasti come gonfiore e rotura del fusibile di gruppo.
▲ Problema di Perdita di Tensione della Barra
La perdita di tensione sulla barra a cui è collegato il condensatore è un'altra preoccupazione critica. Un condensatore che perde improvvisamente la tensione durante l'operazione può causare il trip su lato di alimentazione della sottostazione o la disconnessione del trasformatore principale. Se il condensatore non viene disconnesso tempestivamente in tali condizioni, può subire una sovratensione dannosa. Inoltre, il mancato rimozione del condensatore prima del ripristino della tensione può portare a sovratensione risonante, potenzialmente danneggiando il trasformatore o lo stesso condensatore. Pertanto, è essenziale un dispositivo di protezione contro la perdita di tensione. Questo dispositivo deve garantire che il condensatore si disconnetta in modo affidabile dopo la perdita di tensione e si riconnetta solo dopo che la tensione sia stata completamente ripristinata alla normalità.
▲ Sovratensione Indotta dall'Operazione dell'Interruttore
L'operazione dell'interruttore può anche generare sovratensione. Poiché gli interruttori a vuoto sono ampiamente utilizzati per la commutazione dei condensatori, il rimbalzo dei contatti durante l'operazione di chiusura può scatenare sovratensioni. Anche se queste sovratensioni hanno un picco relativamente basso, il loro impatto sui condensatori non deve essere sottovalutato. Viceversa, durante l'apertura dell'interruttore (disconnessione), le sovratensioni potenzialmente generate possono essere significativamente più elevate e possono forare il condensatore. Pertanto, è essenziale implementare misure efficaci per mitigare la sovratensione prodotta durante l'operazione dell'interruttore.
▲ Gestione della Temperatura di Funzionamento del Condensatore
La temperatura di funzionamento dei condensatori è anche un fattore critico. Temperature eccessivamente elevate influiscono negativamente sulla durata e sulla capacità di output del condensatore, richiedendo misure proattive di controllo e gestione. In modo significativo, il tasso di declino della capacità raddoppia per ogni aumento di 10°C nella temperatura. I condensatori che operano a lungo sotto campi elettrici elevati e temperature elevate subiscono un invecchiamento graduale del dielettrico isolante. Questo invecchiamento porta a un aumento delle perdite dielettriche, scatenando un rapido aumento della temperatura interna. Ciò non solo riduce la durata operativa del condensatore, ma, in casi gravi, può anche portare a un guasto a causa di rottura termica.
Per garantire il funzionamento sicuro dei condensatori, le normative pertinenti stabiliscono esplicitamente:
- Quando la temperatura ambiente supera i 30°C, i dispositivi di ventilazione dovrebbero essere attivati per fornire raffreddamento.
- Se la temperatura ambiente raggiunge o supera i 40°C, i condensatori devono essere disattivati immediatamente.
Pertanto, è necessario implementare un sistema di monitoraggio della temperatura per tenere traccia in tempo reale della temperatura di funzionamento dei condensatori. Inoltre, le misure di ventilazione forzata sono cruciali per migliorare le condizioni di dissipazione del calore, assicurando che il calore generato venga espulso in modo efficace ed efficiente attraverso convezione e radiazione efficaci.
