Подробное объяснение распространенных проблем и решений для высоковольтных конденсаторов

Проблема рабочего напряжения конденсатора

Значение рабочего напряжения конденсатора существенно влияет на его срок службы и выходную мощность, делая это ключевым показателем для мониторинга в системе шин подстанции. Активные потери мощности в конденсаторе в основном происходят из-за диэлектрических потерь и потерь на сопротивление проводников, при этом диэлектрические потери составляют более 98%. Диэлектрические потери оказывают значительное влияние на рабочую температуру конденсатора. Это влияние можно выразить следующей формулой:

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

Где:

• Pr представляет собой активные потери мощности высоковольтного конденсатора
• Qc обозначает реактивную мощность
• tgδ — тангенс угла диэлектрических потерь
• ω — угловая частота сети
• C — емкость конденсатора
• U — рабочее напряжение конденсатора

Как видно из приведенной выше формулы, активные потери мощности (Pr) высоковольтного конденсатора прямо пропорциональны квадрату его рабочего напряжения (U²). С увеличением рабочего напряжения активные потери мощности быстро возрастают. Этот быстрый рост приводит к повышению температуры, что, в свою очередь, влияет на срок службы изоляции конденсатора. Кроме того, длительная работа конденсатора при перенапряжении может вызвать перегрузку по току, что может привести к повреждению конденсатора. Поэтому системы высоковольтных конденсаторов требуют комплексных устройств защиты от перенапряжения.

▲ Влияние высших гармоник

Высшие гармоники в электрической сети также могут негативно влиять на конденсаторы. Когда гармонические токи поступают в конденсатор, они наслаиваются на основной ток, увеличивая пиковое значение рабочего тока и основное напряжение. Если емкостное сопротивление конденсатора совпадает с индуктивным сопротивлением системы, высшие гармоники будут усилены. Это усиление может вызвать перегрузку по току и перенапряжение, что может привести к частичному разряду внутри изолирующего диэлектрика конденсатора. Такой частичный разряд может вызвать отказы, такие как ​выпучивание​ и ​срабатывание группового предохранителя.

▲ Проблема потери напряжения на шине

Потеря напряжения на шине, к которой подключен конденсатор, является еще одной критической проблемой. Конденсатор, внезапно потерявший напряжение во время работы, может вызвать срабатывание защиты на стороне питания подстанции или отключение основного трансформатора. Если конденсатор не будет немедленно отключен в таких условиях, он может испытать повреждающее перенапряжение. Кроме того, если конденсатор не будет отключен до восстановления напряжения, это может привести к ​резонансному перенапряжению, что может повредить трансформатор или сам конденсатор. Поэтому необходимо устройство защиты от потери напряжения. Это устройство должно обеспечивать надежное отключение конденсатора после потери напряжения и его надежное повторное подключение только после полного восстановления нормального напряжения.

▲ Перенапряжение, вызванное работой выключателя

Работа выключателя также может вызывать перенапряжение. Поскольку для коммутации конденсаторов преимущественно используются ​вакуумные выключатели, подскок контактов при закрытии может вызвать перенапряжение. Хотя эти перенапряжения имеют ​относительно низкий пик, их влияние на конденсаторы ​не должно быть недооценено. Наоборот, при открытии (отключении) выключателя потенциально генерируемые перенапряжения могут быть значительно выше и могут ​пробить конденсатор. Поэтому необходимо реализовать ​эффективные меры для снижения перенапряжений, возникающих при работе выключателей.

▲ Управление рабочей температурой конденсатора

Рабочая температура конденсаторов также является критическим фактором. Чрезмерно высокие температуры негативно влияют на срок службы и выходную мощность конденсатора, что требует активных мер контроля и управления. ​Существенно, что скорость снижения емкости удваивается с каждым повышением температуры на 10°C. Конденсаторы, работающие длительное время при высоких электрических полях и повышенных температурах, подвергаются постепенному старению изолирующего диэлектрика. Это старение приводит к увеличению диэлектрических потерь, что, в свою очередь, вызывает быстрый внутренний нагрев. Это не только сокращает срок службы конденсатора, но в тяжелых случаях может даже привести к отказу из-за ​термического пробоя.

Для обеспечения безопасной работы конденсаторов соответствующие регламенты明确规定的内容已经翻译成俄语，以下是完整的翻译结果： ```html

Проблема рабочего напряжения конденсатора

Значение рабочего напряжения конденсатора существенно влияет на его срок службы и выходную мощность, делая это ключевым показателем для мониторинга в системе шин подстанции. Активные потери мощности в конденсаторе в основном происходят из-за диэлектрических потерь и потерь на сопротивление проводников, при этом диэлектрические потери составляют более 98%. Диэлектрические потери оказывают значительное влияние на рабочую температуру конденсатора. Это влияние можно выразить следующей формулой:

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

Где:

• Pr представляет собой активные потери мощности высоковольтного конденсатора
• Qc обозначает реактивную мощность
• tgδ — тангенс угла диэлектрических потерь
• ω — угловая частота сети
• C — емкость конденсатора
• U — рабочее напряжение конденсатора

Как видно из приведенной выше формулы, активные потери мощности (Pr) высоковольтного конденсатора прямо пропорциональны квадрату его рабочего напряжения (U²). С увеличением рабочего напряжения активные потери мощности быстро возрастают. Этот быстрый рост приводит к повышению температуры, что, в свою очередь, влияет на срок службы изоляции конденсатора. Кроме того, длительная работа конденсатора при перенапряжении может вызвать перегрузку по току, что может привести к повреждению конденсатора. Поэтому системы высоковольтных конденсаторов требуют комплексных устройств защиты от перенапряжения.

▲ Влияние высших гармоник

Высшие гармоники в электрической сети также могут негативно влиять на конденсаторы. Когда гармонические токи поступают в конденсатор, они наслаиваются на основной ток, увеличивая пиковое значение рабочего тока и основное напряжение. Если емкостное сопротивление конденсатора совпадает с индуктивным сопротивлением системы, высшие гармоники будут усилены. Это усиление может вызвать перегрузку по току и перенапряжение, что может привести к частичному разряду внутри изолирующего диэлектрика конденсатора. Такой частичный разряд может вызвать отказы, такие как выпучивание и срабатывание группового предохранителя.

▲ Проблема потери напряжения на шине

Потеря напряжения на шине, к которой подключен конденсатор, является еще одной критической проблемой. Конденсатор, внезапно потерявший напряжение во время работы, может вызвать срабатывание защиты на стороне питания подстанции или отключение основного трансформатора. Если конденсатор не будет немедленно отключен в таких условиях, он может испытать повреждающее перенапряжение. Кроме того, если конденсатор не будет отключен до восстановления напряжения, это может привести к резонансному перенапряжению, что может повредить трансформатор или сам конденсатор. Поэтому необходимо устройство защиты от потери напряжения. Это устройство должно обеспечивать надежное отключение конденсатора после потери напряжения и его надежное повторное подключение только после полного восстановления нормального напряжения.

▲ Перенапряжение, вызванное работой выключателя

Работа выключателя также может вызывать перенапряжение. Поскольку для коммутации конденсаторов преимущественно используются вакуумные выключатели, подскок контактов при закрытии может вызвать перенапряжение. Хотя эти перенапряжения имеют относительно низкий пик, их влияние на конденсаторы не должно быть недооценено. Наоборот, при открытии (отключении) выключателя потенциально генерируемые перенапряжения могут быть значительно выше и могут пробить конденсатор. Поэтому необходимо реализовать эффективные меры для снижения перенапряжений, возникающих при работе выключателей.

▲ Управление рабочей температурой конденсатора

Рабочая температура конденсаторов также является критическим фактором. Чрезмерно высокие температуры негативно влияют на срок службы и выходную мощность конденсатора, что требует активных мер контроля и управления. Существенно, что скорость снижения емкости удваивается с каждым повышением температуры на 10°C. Конденсаторы, работающие длительное время при высоких электрических полях и повышенных температурах, подвергаются постепенному старению изолирующего диэлектрика. Это старение приводит к увеличению диэлектрических потерь, что, в свою очередь, вызывает быстрый внутренний нагрев. Это не только сокращает срок службы конденсатора, но в тяжелых случаях может даже привести к отказу из-за термического пробоя.

Для обеспечения безопасной работы конденсаторов соответствующие регламенты явно указывают:

• Когда температура окружающей среды превышает 30°C, устройства вентиляции должны быть активированы для охлаждения.
• Если температура окружающей среды достигает или превышает 40°C, конденсаторы должны быть немедленно отключены.

Поэтому необходимо внедрить систему мониторинга температуры для непрерывного отслеживания рабочей температуры конденсаторов в реальном времени. Кроме того, меры принудительной вентиляции являются важными для улучшения условий теплоотвода, обеспечивая эффективное и быстрое удаление тепла через эффективную конвекцию и радиацию.