بانک خازنی, مقالات
قابلیت اطمینان بانک خازنی – مدهای خرابی و ترکیدگی
اکتبر
قابلیت اطمینان بانک‌های خازنی
در این بخش قصد داریم شما را با مفهوم قابلیت اطمینان بانک خازنی آشتا نماییم . پس در ادامه با ما همراه باشید
چندین مسئله در قابلیت اطمینان یا عدم قابلیت اطمینان کلی بانک‌های خازنی دخالت دارند. در تحلیل مفصلی پیرامون بانک خازنی اتوماتیک که توسط شرکت Kansas City Power & Light’s ارائه‌شده، گئکللر گزارش‌داده که فیوزهای منفجر‌شده (سوختن فیوز) بزرگترین مشکل شرکت KCP * L هستند، اما چندین مشکل دیگر نیز وجود دارد.
مقالات مرتبط:
بانک خازنی در سیستم های قدرت(این مقاله را حتما مطالعه کنید)
خازن و انواع خازن ها| ثابت، متغیر، قطبی و غیرقطبی
تابلو بانک خازنی – مشخصات و کاربرد آن ها
اتوماسیون آنها از طریق ارتباطات دو طرفه به آنها امکان شناسایی کامل خطای بانک خازنی را میدهد. نرخ شکست ارائه شده در جدول 1 بالا است و در واقع بسیار بالاتر از اکثر تجهیزات توزیع می‌باشد.
بانک‌های خازنی بسیار پیچیده‌اند و تجهیزات بسیاری دارند که ممکن است دچار شکست و خطا گردند. اما نرخ‌های شکست و خطا همچنان باید بهتر از این باشد.
یک بررسی EPRI در مورد قابلیت اطمینان خازن، تفاوت‌های زیادی در تجربه کار با خازن‌ها یافته است (EPRI 1001691, 2002). تقریبا یک سوم پاسخ‌های بررسی، وضعیت خازنهای فیدر را “بسیار خوب” می‌دانند، یک سوم دیگر آنها را ” تجهیزات معمولی خط” می‌داند، و یک سوم آخر آنها را “دارای مشکل” می داند.
جدول 1 – الزامات نگهداری شناسایی شده توسط سیستم اتوماسیون خازن Kansas City Power & Light مبتنی بر مدت دو سال
این نظرسنجی با همراهی مخاطبین چندین موضوع را برجسته کرد:
عملکرد نادرست فیوزهای خازنی
بسیاری از تاسیسات دارای فیوزهایی هستند که بانک خازنی آنها آسیب ندیده است که می‌تواند باعث عدم تعادل ولتاژ مدار شده و تعداد خازنهای موجود برای پشتیبانی توان راکتیو را کاهش میدهد.
برای کاهش این مشکل شیوه های فیوزینگ را مرور کنید.
کنترلر
کنترلرها توسط تعداد قابل توجهی از شرکت‌ها و مصرف کننده ها “مشکل ساز” اعلام شده‌اند. برخی از سرویس‌ها با سوئیچ ها و خود کنترلرها مشکل داشتند.
صاعقه و خطا
در مناطق با رعد و برق زیاد، کنترلرها می توانند به علت صاعقه دچار مشکل شوند. کنترلرها کاملا در معرض رعد و برق و اضافه ولتاژ منبع تغذیه در حین خطا هستند. شیوه‌های محافظت کنترلرها در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ و روش‌های تعذیه و زمین کردن را مرور کنید.
رعد و برق می‌تواند با انتقال از طریق ترانسفورماتورهای توزیع، سبب افزایش ناگهانی ولتاژ در سمت ثانویه، انتقال از هادیهای اولیه به هادیهای ثانویه، اضافه ولتاژهای شدید و ولتاژ های ضربه در هادیهای ثانویه، یا جابه جایی پتانسیل زمین ایجاد شوند.
افزایش ولتاژ ناشی از صاعقه‌ها نیز می‌توانند از طریق ترانسفورماتورهای توزیع به رسانا های ثانویه برسد. این انتقال تحت تأثیر عوامل بسیاری از جمله ولتاژ، نسبت دور، اتصال الکترواستاتیک و اتصال الکترومغناطیسی سیم پیچ‌ها و بارهای متصل قرار دارد.
در صورت امکان باید از حلقه‌های زمین (ground loops) در سیم کشی برق کنترلر جلوگیری نمود. با این حال، حلقه‌های زمین همیشه نمی توانند از بین بروند، به ویژه هنگامی که کنترلر خازن و ترانسفورماتور قدرت در یک قطب قرار ندارند.
برق رگولاتور خازن
شکل – برق رگولاتور در یک قطب: یک حلقه زمین از طریق زمین کردن خروجی ترانسفورماتور کنترل قدرت و ترمینال خنثی کنترلر خازنی ایجاد شده‌است. قابلیت اطمینان بانک خازنی
عناصر انسانی
بسیاری از کنترلرها متاسفانه به طور نادرست تنظیم شده‌اند. برنامه‌ریزی برخی از کنترلرها سخت‌است، اما این دلیلی برای تنظیمات نادرست آنها نیست و خدمه میدانی اغلب مهارت یا نگرش مناسبی نسبت به خازن‌ها و کنترل آنها ندارند. در بعضی از تاسیسات، خدمه اغلب به صورت دستی خازنهای مجاور را خاموش می‌کنند (و اغلب فراموش می کنند که پس از اتمام کار، آنها را دوباره روشن نمایند). برای کاهش این مشکلات، به درستی خدمه را آموزش داده تا در صورت لزوم خازن‌ها در دسترس باشند.
خازن‌ها چگونه خراب می‌شوند؟
خازن‌ها می‌توانند در دو مد خراب شوند: جریان پایین، شکست‌های پیاپی و جریان بالا، شکست امپدانس پایین.
جریان پایین، شکست پیاپی
دی‌الکتریک در یکی از عناصر درون خازن شکست می‌خورد (شکل 1 را ببینید). با حذف یک عنصر، عناصر باقیمانده در رشته سری باعث افزایش ولتاژ و جریان بالاتر می‌شوند (زیرا کل امپدانس خازنی پایین تر‌است.) با تنش بیشتر ممکن است یکی دیگر از عناصر کم شود. خرابی ها تا زمانی که کل رشته اتصال کوتاه شود به صورت آبشاری می‌شوند. در این سناریو، جریان با کندی شارش می‌یابد زیرا عناصر پی در پی شکست می‌خوردند.
شکل 1 – واحد خازنی با یک عنصر دچار شکست شد
جریان بالا
یک شکست امپدانس کم در سراسر پایانه‌های خازن یا از یک ترمینال فاز به زمین ایجاد می شود. یک اتصال‌دهنده خراب می‌تواند چنین خطایی ایجاد کند. قابلیت اطمینان بانک خازنی
شکست پی در پی
بیشتر شکست‌ها پی در پی هستند و پرش ناگهانی به جریان زیاد نادر‌است. برای شناسایی سریع خرابی‌های پی در پی، فیوزینگ باید بسیار حساس باشد. خازنهای ورق – فویل[1] دارای شکست کمتری هستند و شکست آنها بسیار کمتر از واحدهای کاغذی قدیمی می‌باشند. یک بررسی EPRI از خدمات (EPRI 1001691,2002)، نشان‌داد که شکست خازن ورق فویل برای موارد نادر وجود ندارد و خرابی آنها نادر‌است. این مسئله به شدت با خازن‌یهای کاغذ تضاد دارد، زیرا بر اساس گزارش Newcomb (1980) خازنهای فیلم / کاغذی در 25٪ دارای خرابی هستند.
کاغذ و خازنهای فیلم کاغذی دارای یک لایه عایق کاغذی بین ورق‌های فویل هستند. هنگامی که خرابی در یک بسته رخ می دهد، قوس کاغذ را می سوزاند و گاز تولید می‌کند. در خرابی‌های پی در پی، حتی اگر جریان فقط کمی از جریان بار معمولی بالاتر باشد، قوس پایدار می‌تواند گاز کافی برای پارگی محفظه را ایجاد کند.
قبل از سال 1975، خازن‌ها به طور عمده از بیفنیل پلی کلر‌شده (PCB) به عنوان مایع عایقی استفاده می‌کردند. مقررات زیست محیطی در مورد PCB در صورت خراب شدن این واحدها هزینه‌های پاکسازی را به شدت افزایش میدهد (آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده40 CFR قسمت 761 بیفنیل پلی کلر شده (PCB) ساخت، پردازش، توزیع در تجارت و استفاده از ممنوعیت ها).
مسائل زیست محیطی و نگرانی‌های ایمنی باعث شده تا قوانین سختی برای فیوز گذاری در خازن ها به وجود آید.
در خازنهای فیلم فویل مدرن، ورق های پلی پروپیلن دی الکتریک، لایه های فویل آلومینیومی را از هم جدا می‌کند. هنگامی که دی الکتریک تجزیه می‌شود، گرمای قوس فیلم را ذوب می‌کند. فیلم عقب می‌رود؛ و ورق‌های آلومینیوم با هم جوش می‌خورند.
قابلیت اطمینان بانک خازنی
با جوش محکم، یک عنصر مجزا می‌تواند خراب شود و هیچ گازی ایجاد نکند (جریان هنوز هم نسبتاً کم است). در خازنهای ورق فویل ، مد خرابی پی در پی بسیار کمتر احتمال دارد که محفظه را بشکند. هنگامی که همه بسته‌های سری دچار شکست می‌شوند، جریان زیادی از طریق خازن شارش می‌یابد که در صورت پاک نشدن سریع(عمل نکردن فیوز)، می‌تواند گرما و گاز کافی ایجاد کند تا خازن را دچار ترکیدگی کند.
منحنی‌های ترکیدگی محفظه، تمام حالت‌های خرابی را نشان‌نمی‌دهد. چنین منحنی‌هایی نشانگر عملکرد در حین شایع ترین خرابی‌ها نیستند: مثل خرابی پی در پی عناصر با جریان پایین (قبل از سوراخ شدن تمام عناصر).
اگرچه، خوشبختانه خطاهای با جریان بالا که شدیدتر از آنهایی هستند که برای منحنی‌های ترکیدگی تست شده‌اند، محتمل هستند. قوس از طریق مایع دی الکتریک عایق می تواند فشار قابل توجهی ایجادکند. پرات و همکاران (1977) آزمایشاتی را روی واحدهای خازن ورق / فویل با طول قوس تا 3 اینچ انجام دادند. (7.6 سانتی متر). آنها 3 اینچ را به عنوان حداکثر طول قوس واقعی در یک خازن به عنوان فاصله شکاف بین ترمینال‌های بخش سری داخلی انتخاب کردند.
در این شرایط، آنها چندین واحد را برای جریان و بارهای پایین تر از منحنی‌های ترکیدگی خازن در شکل 2 آسیب دیده یا پاره‌کردند. همچنین در نصب بانک خازن، سایر تجهیزات را نیز باید در نظرگرفت. کلیدهای خازنی، به ویژه کلیدهای روغنی، در برابر خرابی شدید آسیب پذیر هستند. این نوع خرابی تقریباً مورد توجه ترکیدگی خازن یا خرابی ترانسفورماتور توزیع قرارنگرفته‌است. قابلیت اطمینان بانک خازنی
کلید قطع فشار قوی / خارجی / پنهان شده برای بانک خازنی دیتیون
600 – 630 آمپر و ماکسیمم 170 کیلوولت
ترانسفورماتورهای ولتاژ، ترانسفورماتورهای جریان، ترانسفورماتورهای منبع تغذیه کنترلر و ارستر ها: که می‌توانند باعث خرابی شدیدشوند. هر گونه خرابی که در آن یک قوس در داخل محفظه کوچک ایجاد شود می تواند باعث ترکیدگی یا انفجارشود.
در مناطقی که دارای جریان خطای بالا هستند، از فیوزهای محدودکننده جریان استفاده می‌شود که به محافظت در برابر خرابی های شدید واحدهای خازنی، سوئیچ ها و سایر لوازم جانبی در مناطقی با جریان خطای بالا کمک‌می‌کند.
تعداد بخشهای سری در ولتاژهای نامی مختلف
وقتی یک عنصر از کار بیفتد، بخش های سری دیگر ولتاژ بالاتری دارند و جریان بیشتری را می‌کشند. بسته های خازن با یک لایه فیلم پلی پروپیلن با ضخامت کمتر از یک میلی متر (0.001 اینچ یا 0.025 میلی متر) طراحی‌شده‌است، که برای تحمل ولتاژ 2000 ولت طراحی شده است.
در جدول 1
تعداد بخشهای سری برای چندین خازن توسط توماس گزارش‌شده‌است (1990).
طرح های جدیدتر حتی می‌توانند گروه‌های کمتری نیز داشته باشند. یک سازنده از سه بخش سری برای واحدهای 7.2 تا 7.96 کیلوولت و شش بخش سری برای واحدهای 12.47 تا 14.4 کیلو ولت استفاده می‌کند. با خرابی بخشهای سری، عناصر باقیمانده باید ولتاژ فزاینده‌ای داشته باشند و خازن به همان نسبت جریان بیشتری را می‌کشد.
شکل 4
جریان پریونیت کشیده‌شده توسط یک بانک خازنی از کار افتاده بسته به سهم بانک در خراب‌شدگی (با فرض شین بینهایت) که برابر با ولتاژ پریونیت اعمال‌شده به بخشهای سری باقیمانده نیز می‌باشد.
شکل 4 اثر جریان پریونیت کشیده‌شده توسط یک واحد از کار افتاده (خراب) و ولتاژ پریونیت باقیمانده در بخشهای سری را نشان‌می‌دهد.
اگر یک بانک خازنی دارای چندین واحد در یک فاز باشد و کلیه واحدها توسط یک فیوز (فیوز گروهی) محافظت‌شوند، باید کل جریان بانک در نظرگرفته‌شود. بانکی را با دو واحد خازن در نظربگیرید. اگر یک واحد نیمی از بخشهای سری خود را از دست‌بدهد، آن واحد دو برابر جریان اسمی خود را می‌کشد.
این گروه – دو واحد با هم – 1.5 برابر بار اسمی بانک را جلب‌می‌کنند. (این جریانی است که فیوز می‌بیند).
مراجع :
سیستم‌ها و تجهیزات توزیع توان الکتریکی نوشته T.A. Short
حفاظت کنترلرهای خازنی توزیع در برابر صاعقه
References //
Electric power distribution equipment and systems by T.A. Short (Purchase hardcopy from Amazon)
Lightning Protection of Distribution Capacitor Controllers by F. D. Crudele, Member, IEEE, P. E. Sutherland, Senior Member, IEEE
and T. A. Short, Senior Member, IEEE
[1] film-foil capacitor
قابلیت اطمینان بانک خازنی