Условия работы исправных конденсаторов и конденсаторных батарей
После включения конденсатора под напряжение температура его постепенно повышается. Изменение температуры происходит по показательной кривой, если условия охлаждения конденсатора и напряжение на его зажимах остаются неизменными.
Температура конденсатора достигает установившегося значения тогда, когда количество тепла, отдаваемого окружающему воздуху через поверхность конденсатора, становится равным количеству тепла, выделяющегося внутри конденсатора. Конденсаторы типа КМ достигают установившейся температуры примерно через 8 ч после включения.
Количество тепла, выделяющегося в конденсаторе, зависит от емкости конденсатора, тангенса угла диэлектрических потерь, напряжения на зажимах конденсатора и формы кривой напряжения (чистая синусоида или синусоида, искаженная высшими гармониками). Условия теплоотдачи определяются при данных размерах конденсаторов температурой окружающего воздуха и интенсивностью его циркуляции. Все эти факторы и определяют в каждом отдельном случае установившуюся температуру конденсатора.
В конденсаторных батареях с расположением конденсаторов в несколько ярусов конденсаторы нижних ярусов слегка подогревают установленные над ними конденсаторы.
Например, на одной установке температуры конденсаторов при испытании составили: в нижнем ярусе +32° С, в среднем +34° С и верхнем +36° С.
Температура конденсатора в батарее зависит также от его расположения относительно вентиляционных отверстий в стенах помещения.
ГОСТ 1282-58 в современной его редакции допускает для силовых конденсаторов наивысшую температуру окружающего воздуха +35° С при продолжительном режиме работы на высоте до 1 000 м над уровнем моря, а также допускает работу конденсаторов при естественно изменяющейся температуре окружающего воздуха, эпизодически достигающей +40° С.
Наивысшая допустимая температура бумажно-масляного диэлектрика между обкладками силовых конденсаторов отечественного производства принимается при тепловом расчете равной 60° С, а для обеспечения теплоотдачи внутри конденсатора от диэлектрика к стенкам бака последние должны иметь более низкую температуру. Таким образом, особенностью температурных условий работы конденсаторов сравнительно с силовыми трансформаторами является значительно меньшее допустимое превышение температуры выемной части и особенно поверхности бака над температурой окружающего воздуха.
Температура поверхности конденсаторного бака в различных его точках различна. Наивысшую температуру имеют точки, расположенные на вертикальных осях (посредине) стенок на уровне около трех четвертей высоты бака.
После отключения конденсатора температура его постепенно понижается по показательной кривой до температуры окружающего воздуха, и наинизшее значение последней, возможное при эксплуатации данной установки, есть одновременно наинизшее возможное значение температуры конденсатора.
При понижении температуры конденсатора понижается уровень находящегося в нем масла или другого жидкого диэлектрика. Этот уровень при самой низкой температуре конденсатора должен быть выше верхней поверхности конденсаторных секций. В противном случае включение такого конденсатора под напряжение может привести к перекрытию по обнаженной поверхности секций.
Если конденсатор пропитан синтетическим негорючим диэлектриком, то значительное понижение его температуры ниже нуля может привести к образованию в изоляции пустот вследствие усадки, а после включения конденсатора под напряжение — к возникновению в пустотах ионизационных процессов.
ГОСТ 1282-58 не нормирует наинизшей температуры окружающего воздуха, но действовавшие до 1955 г. технические условия на силовые конденсаторы устанавливали ее в размере минус 35° С. Ныне действующая заводская инструкция требует, чтобы температура воздуха в помещении, где хранятся конденсаторы, была в пределах от —35 до +35° С.
Температурные условия работы дефектного конденсатора
При эксплуатации силового конденсатора в нем могут возникнуть следующие внутренние дефекты, влияющие на его температуру:
короткое замыкание одной или нескольких секций с отключением дефектных секций их индивидуальными предохранителями;
короткое замыкание одной или нескольких секций,
не сопровождающееся их отключением (при отсутствии индивидуальной защиты секций);
повышение тангенса угла потерь вследствие развития ионизации диэлектрика или других причин.
Ниже рассмотрен тепловой режим дефектного конденсатора в этих трех случаях.
Отключение секций в конденсаторе с параллельным соединением секций и соединением фаз треугольником, например в. конденсаторе типа КМ напряжением до 500 В, уменьшает емкость конденсатора, не меняя напряжения на секциях, оставшихся включенными. Поэтому мощность конденсатора и потери энергии в нем уменьшаются, что вызывает понижение его температуры.
Если отключение секций происходит в однофазном конденсаторе с параллельно-последовательным соединением секций, то емкость его также уменьшается, а напряжение на конденсаторе остается неизменным при соединении фаз батареи треугольником и повышается при соединении их звездой. В обоих случаях мощность конденсатора и потери энергии в нем уменьшаются (при соединении фаз треугольником — в большей степени) и температура конденсатора понижается.
Противоположное явление наблюдается в конденсаторах с параллельно-последовательным соединением секций при коротком замыкании секций, не имеющих индивидуальной защиты. Емкость конденсатора при этом увеличивается, и при обеих схемах соединений фаз (треугольник или звезда) увеличиваются мощность конденсатора и потери энергии в нем (при соединении фаз треугольником — в большей степени). В результате этого температура конденсатора повышается.
Повышение тангенса угла потерь в конденсаторе вызывает пропорциональное ему увеличение потерь активной мощности и, следовательно, повышение температуры конденсатора. Если в конденсаторе нет замкнутых накоротко секций, то повышение его температуры сравнительно с температурой других конденсаторов может служить признаком повышения тангенса угла потерь.
Во всех рассмотренных выше случаях внутренние дефекты в конденсаторах приводят к изменению их температуры сравнительно с температурой таких же исправных конденсаторов. Это позволяет выявить дефектные конденсаторы путем сравнения температур одинаковых конденсаторов в одной и той же батарее. Изменение температуры конденсаторов может быть вызвано и внешними факторами, например перегрузкой высшими гармониками, но в этом случае оно одинаково распространяется на все конденсаторы, установленные в данной батарее.
