فیلم متالیزه در مقابل نوع فویل: مقایسه فنی خازن های شنت ولتاژ بالا برای تصحیح ضریب قدرت

1. مقدمه: ستون فقرات بهره وری سیستم قدرت

سیستم های برق مدرن با چالش های دائمی روبرو هستند. بارهای القایی مانند موتورها، ترانسفورماتورها و کوره های القایی توان راکتیو را از شبکه می گیرند. این توان راکتیو کار مفیدی انجام نمی دهد اما همچنان از طریق خطوط انتقال، ترانسفورماتورها و تابلو برق جریان می یابد و باعث افت ولتاژ، افزایش تلفات و کاهش ظرفیت سیستم می شود.

خازن شنت ولتاژ بالا موثرترین و اقتصادی ترین راه حل برای اصلاح ضریب توان است. این خازن ها که مستقیماً به باس ولتاژ بالا متصل می شوند، توان راکتیو را به صورت محلی تامین می کنند و شبکه را از این بار رها می کنند. نتیجه بهبود تنظیم ولتاژ، کاهش تلفات خط، افزایش ظرفیت سیستم و هزینه کمتر برق است.

این مقاله یک مقایسه فنی جامع از خازن‌های شنت ولتاژ بالا، با تمرکز بر فیلم متالیزه در مقابل ساختارهای سنتی فویل ارائه می‌کند. ما مواد دی الکتریک، خواص خود ترمیمی، مدیریت حرارتی، طراحی لرزه ای و دستورالعمل های کاربرد را بررسی خواهیم کرد. برای مهندسان تاسیسات و متخصصان تدارکات صنعتی، این راهنما به عنوان مرجعی برای انتخاب خازن شنت ولتاژ بالا مناسب برای شرایط مختلف سیستم و الزامات محیطی عمل می کند.

2. تعریف خازن شنت ولتاژ بالا

خازن شنت ولتاژ بالا یک جزء الکتریکی است که به طور موازی با یک سیستم برق AC برای تامین توان راکتیو و بهبود ضریب توان متصل می شود. این خازن ها برای کارکرد مداوم در ولتاژهای 1 کیلو ولت تا 24 کیلو ولت و بالاتر با توان 100 تا 667 کیلو ولت آمپر راکتیو در واحد طراحی شده اند.

ساخت یک خازن مدرن شنت ولتاژ بالا با مواد دی الکتریک آغاز می شود. خازن های با کیفیت از فیلم پلی پروپیلن متالایز پیشرفته استفاده می کنند. پلی پروپیلن دارای خواص عایق الکتریکی عالی، تلفات دی الکتریک بسیار کم، قدرت میدان شکست بالا و ظرفیت خازنی پایدار در دما و زمان است.

فرآیند متالیزاسیون یک لایه بسیار نازک از فلز، معمولاً آلومینیوم یا آلیاژ آلومینیوم روی، را مستقیماً بر روی سطح فیلم اعمال می کند. این لایه فلزی به عنوان الکترود خازن عمل می کند. برخلاف خازن‌های فویل سنتی که از الکترودهای فویل فلزی جداگانه استفاده می‌کنند، ساختار فیلم متالایز خاصیت خود ترمیمی را ممکن می‌کند که خازن‌های شنت ولتاژ بالا مدرن را متمایز می‌کند.

سیم پیچ خازن از لایه های متعددی از فیلم متالایزه شده تشکیل شده است که به شکل استوانه ای یا مسطح پیچیده شده است. سیم پیچ سپس تحت خشک کردن خلاء قرار می گیرد تا رطوبت و هوا حذف شود. آغشته شدن به یک مایع عایق غیر PCB، خلأهای باقیمانده را پر می کند و قدرت دی الکتریک و انتقال حرارت را بهبود می بخشد.

سیم پیچ تمام شده در یک محفظه مقاوم قرار می گیرد که معمولاً از فولاد ضد زنگ برای مقاومت در برابر خوردگی و استحکام مکانیکی ساخته شده است. پوشش محافظت از محیط زیست را فراهم می کند و به عنوان یک سطح دفع گرما عمل می کند. پایانه ها برای اتصال ولتاژ بالا طراحی شده اند و مقاومت های تخلیه داخلی سطوح ولتاژ باقیمانده ایمن را هنگام قطع خازن تضمین می کنند.

3. مقایسه اول: فیلم متالیزه در مقابل خازن های شنت نوع فویل

تفاوت اساسی بین فیلم متالایز و خازن های شنت ولتاژ بالا نوع فویل در ساختار الکترود نهفته است. این تفاوت باعث ایجاد قابلیت خود درمانی، حالت شکست و قابلیت اطمینان طولانی مدت می شود.

در یک خازن نوع فویل، الکترودهای فویل آلومینیومی جداگانه با فیلم دی الکتریک درهم می آمیزند. فویل ضخیم است و معمولاً 5 تا 10 میکرومتر است و مقاومت بسیار کمی دارد. با این حال، هنگامی که یک خرابی دی الکتریک در خازن فویل رخ می دهد، این خطا یک اتصال کوتاه دائمی ایجاد می کند. خازن به طور فاجعه باری از کار می افتد و اغلب باعث اختلال در سیستم، دمیدن فیوز و حتی پارگی مخزن می شود.

در یک خازن فیلم متالایز، الکترود یک لایه فلزی نازک میکروسکوپی است که مستقیماً روی سطح فیلم اعمال می شود. هنگامی که یک شکست دی الکتریک رخ می دهد، جریان خطای زیاد، فلز شدن را در اطراف نقطه خطا تبخیر می کند. فلز تبخیر شده از ناحیه منفجر می شود و یک شکاف عایق کوچک باقی می گذارد. خازن به خودی خود ترمیم می شود و تنها با کاهش ناچیز ظرفیت خازن به کار خود ادامه می دهد.

جدول زیر خازن های شنت ولتاژ بالا نوع فیلم متالایز و فویل را در پارامترهای کلیدی مقایسه می کند.

برای کاربردهای خازن شنت ولتاژ بالا در سیستم‌های قدرت، که در آن افزایش ولتاژ ناشی از تغییرات گذرا و رعد و برق رایج است، خاصیت خود ترمیمی فیلم متالایز تعیین‌کننده است. خازن می‌تواند در طول عمر خود از هزاران رویداد خرابی کوچک جان سالم به در ببرد، که هر کدام بدون وقفه در عملکرد سیستم خود ترمیم می‌شوند.

4. مکانیسم خود ترمیم در خازن های شنت ولتاژ بالا

خاصیت خود ترمیمی خازن های شنت ولتاژ بالا فیلم متالایز با ارزش ترین ویژگی آنهاست. درک این مکانیسم توضیح می‌دهد که چرا این خازن‌ها جایگزین انواع فویل‌ها در تقریباً همه کاربردهای تصحیح ضریب توان صنعتی و صنعتی شده‌اند.

خرابی دی الکتریک زمانی رخ می دهد که تنش ولتاژ روی لایه پلی پروپیلن از قدرت دی الکتریک آن بیشتر شود. این می تواند به دلیل نقص ساخت، افزایش ولتاژ ناشی از عملیات سوئیچینگ، افزایش صاعقه یا پیری تدریجی فیلم رخ دهد. در نقطه شکست، یک کانال رسانای کوچک از طریق فیلم تشکیل می شود. جریان از این کانال عبور می کند و گرمای موضعی شدید ایجاد می کند.

از آنجایی که الکترود متالیز شده تنها چند ده نانومتر ضخامت دارد، گرمای حاصل از جریان شکست به سرعت فلز را در اطراف نقطه خطا تبخیر می کند. فلز تبخیر شده منبسط می شود و از منطقه دور می شود. در عرض میکروثانیه، مسیر رسانا قطع می شود. متالیزاسیون اطراف دست نخورده باقی می ماند و خازن همچنان به کار خود ادامه می دهد و ناحیه کوچکی از فیلم دیگر به ظرفیت خازن کمک نمی کند.

انرژی مورد نیاز برای خود درمانی بسیار ناچیز است. هر رویداد شفابخش فقط یک ناحیه کوچک از متالیزاسیون را مصرف می کند، معمولاً کمتر از یک میلی متر مربع. تلفات ظرفیت در هر رویداد ناچیز است، اغلب کمتر از یک قسمت در میلیون. یک خازن شنت ولتاژ بالا به خوبی طراحی شده می تواند هزاران یا حتی ده ها هزار رویداد خود درمانی را در طول عمر خود تحمل کند.

مایع عایق نقش مهمی در خود درمانی دارد. سیال نقطه عیب را به سرعت خنک می کند و از پخش شدن خرابی به لایه های فیلم مجاور جلوگیری می کند. این مایع همچنین یک محیط بدون اکسیژن را فراهم می کند و از احتراق جلوگیری می کند. خازن های شنت ولتاژ بالا با کیفیت از مایعات عایق غیر PCB استفاده می کنند که از نظر محیط زیست ایمن هستند و خواص دی الکتریک عالی دارند.

برای اپراتور سیستم قدرت، خود ترمیم به این معنی است که یک خازن شنت ولتاژ بالا نیازی به حذف فوری از سرویس پس از اضافه ولتاژ گذرا ندارد. خازن ممکن است برای سال های زیادی به کار خود ادامه دهد، تنها با کاهش تدریجی ظرفیت. پایش ظرفیت ظرفیت دوره‌ای می‌تواند پایان عمر را پیش‌بینی کند و به جای قطع اضطراری امکان تعویض برنامه‌ریزی‌شده را فراهم کند.

5. مقایسه دو: فیوز داخلی در مقابل محافظ فیوز خارجی

بانک های خازن شنت ولتاژ بالا معمولاً از چندین واحد خازن مجزا که به صورت موازی و سری به هم متصل شده اند، مونتاژ می شوند. محافظت در برابر خطاهای داخلی ضروری است.

فیوزهای داخلی در داخل واحد خازن نصب می شوند که به صورت سری با هر عنصر یا بخش متصل می شوند. هنگامی که یک بخش از کار می افتد، فیوز داخلی آن کار می کند، بخش خراب را ایزوله می کند و در عین حال به بخش های باقی مانده اجازه می دهد به کار خود ادامه دهند. واحد خازن مقدار کمی از ظرفیت خازن را از دست می دهد اما در خدمت باقی می ماند. فیوزهای داخلی بدون نیاز به وسایل خارجی، حفاظت سطح واحد را فراهم می کنند.

فیوزهای خارجی در خارج از واحد خازن، معمولاً روی بوش ترمینال نصب می شوند. هنگامی که یک واحد خازن کاملاً از کار می افتد، فیوز خارجی کار می کند و کل واحد را ایزوله می کند. فیوزهای خارجی ساده‌تر و ارزان‌تر از فیوزهای داخلی هستند، اما برای هر گونه خطای داخلی، کل دستگاه را از کار می‌اندازند.

برای بانک های خازن بزرگ ولتاژ بالا در پست های برق، فیوزهای داخلی به طور کلی ترجیح داده می شوند. از دست دادن یک عنصر تنها باعث تغییر کوچک ظرفیت خازنی می شود و بانک به ارائه اصلاح ضریب توان بدون وقفه ادامه می دهد. واحد خراب می تواند در طول تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده جایگزین شود.

6. طراحی اتلاف حرارت برای خازن های شنت ولتاژ بالا

خازن های شنت ولتاژ بالا از تلفات دی الکتریک و تلفات مقاومتی در الکترودها و اتصالات گرما تولید می کنند. اتلاف گرمای موثر برای عمر طولانی ضروری است. طراحی ضعیف حرارتی منجر به افزایش دمای عملیاتی می شود که پیری را تسریع کرده و قابلیت اطمینان را کاهش می دهد.

مسیر اتلاف حرارت اولیه از سیم پیچی از طریق سیال عایق به محفظه و سپس از پوشش به هوای اطراف است. سرعت انتقال حرارت به هدایت حرارتی مواد، سطح پوشش و جریان هوا در اطراف خازن بستگی دارد.

خازن های شنت ولتاژ بالا با کیفیت از فیلم پلی پروپیلن متالیز شده با تلفات دی الکتریک بسیار کم استفاده می کنند. مماس تلفات یا دلتای قهوهای مایل به زرد باید در ولتاژ نامی زیر 0005/0 و 20 درجه سانتیگراد باشد. این تلفات کم به این معنی است که گرمای کمتری در داخل برای همان توان راکتیو خروجی تولید می شود. در مقایسه، خازن های دی الکتریک کاغذی قدیمی تانژانت تلفات ده تا بیست برابر بیشتر داشتند.

مواد پوششی بر اتلاف گرما تأثیر می گذارد. روکش های فولادی ضد زنگ استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند اما رسانایی حرارتی کمتری نسبت به آلومینیوم دارند. با این حال، ضخامت دیواره نازک روکش های مدرن این تفاوت را به حداقل می رساند. برخی از تولید کنندگان پوشش های آلومینیومی را برای کاربردهایی که وزن آنها نگران کننده است ارائه می دهند.

خنک‌سازی اجباری هوا ممکن است در محیط‌های با دمای بالای محیط یا برای بانک‌های خازن متراکم مورد نیاز باشد. فن ها جریان هوا را در سراسر سطوح خازن افزایش می دهند و انتقال حرارت را افزایش می دهند. برای کاربردهای با چگالی توان بسیار بالا، می توان از خنک کننده آب استفاده کرد، اگرچه این امر در خازن های تخصصی بیشتر از واحدهای شنت ولتاژ بالا معمولی است.

وقتی یک را انتخاب می کنید خازن شنت ولتاژ بالا ، محیط نصب را در نظر بگیرید. خازن ها نباید در زیر نور مستقیم خورشید، نزدیک منابع حرارتی با دمای بالا یا در محفظه هایی با تهویه ضعیف نصب شوند. فاصله کافی بین واحدها باعث می شود هوا آزادانه در گردش باشد.

جدول زیر ملاحظات اتلاف گرما را خلاصه می کند.

7. طراحی لرزه ای برای خازن های شنت ولتاژ بالا

در مناطقی که فعالیت لرزه ای دارند، خازن های شنت ولتاژ بالا باید در برابر نیروهای زلزله بدون آسیب سازه یا خرابی الکتریکی مقاومت کنند. طراحی لرزه ای یک ملاحظات حیاتی برای تاسیسات در مناطقی مانند ژاپن، کالیفرنیا، ترکیه و چین است.

طراحی لرزه ای یک خازن شنت ولتاژ بالا با مقاومت مکانیکی آغاز می شود. پوشش خازن باید در مقابل نیروهای خمشی، پیچشی و فشاری بدون تغییر شکل مقاومت کند. روکش های فولادی ضد زنگ استحکام مکانیکی عالی را ارائه می دهند. سیم پیچ داخلی باید به طور ایمن مهار شود تا از حرکت نسبت به پوشش جلوگیری شود. سیم‌پیچ‌های شل می‌توانند به اتصالات الکتریکی یا اتصال کوتاه به بدنه در هنگام لرزش آسیب وارد کنند.

دستگاه های ضربه گیر اغلب برای نصب واحدهای خازن استفاده می شود. لنت های لاستیکی یا نئوپرن که بین پایه خازن و ساختار تکیه گاه قرار می گیرند، انرژی ارتعاشی را جذب کرده و نیروهای منتقل شده به خازن را کاهش می دهند. برای نصب‌های بزرگ‌تر، عایق‌های ارتعاشی فنری حتی حفاظت بیشتری را ارائه می‌کنند.

محاسبه و شبیه‌سازی لرزه‌ای با استفاده از نرم‌افزار مهندسی کامپیوتری می‌تواند پاسخ خازن به نیروهای زلزله را پیش‌بینی کند. طراح یک مدل سه بعدی از خازن ایجاد می کند و امواج لرزه ای با شدت ها و فرکانس های مختلف را اعمال می کند. تجزیه و تحلیل غلظت تنش، نقاط ضعف بالقوه و حداکثر جابجایی را شناسایی می کند. تکرارهای طراحی عملکرد لرزه ای را قبل از ساخت نمونه های فیزیکی بهبود می بخشد.

محیط نصب بر عملکرد لرزه ای تأثیر می گذارد. خازن های نصب شده در داخل ساختمان از جذب انرژی لرزه ای در ساختار ساختمان بهره می برند. تأسیسات در فضای باز، به ویژه بر روی سکوهای مرتفع یا سازه های فولادی، ممکن است نیروهای بیشتری را تجربه کنند. خود سازه نصب باید برای بارهای لرزه ای طراحی شود.

اتصالات الکتریکی باید حرکت نسبی را در هنگام زلزله انجام دهند. میله های اتوبوس سفت و سخت می توانند بشکنند یا از هم جدا شوند. اتصالات انعطاف پذیر، مانند جامپرهای مسی بافته شده یا کانکتورهای انبساط، امکان حرکت بدون از دست دادن تماس الکتریکی را فراهم می کند. اتصالات ترمینال باید با سخت افزار قفل ایمن شوند تا از شل شدن در اثر لرزش جلوگیری شود.

برای مشتریان در مناطق لرزه خیز، تولیدکنندگان می توانند راه حل های طراحی لرزه ای شخصی سازی شده را ارائه دهند. اینها ممکن است شامل پوشش‌های تقویت‌شده، براکت‌های نصب سنگین، مهاربندی داخلی اضافی، و جداکننده‌های ارتعاش تخصصی باشد. هدف این است که اطمینان حاصل شود که خازن پس از یک رویداد لرزه ای فعال باقی می ماند و اصلاح ضریب توان برای بارهای بحرانی حفظ می شود.

8. مشخصات محیطی و محدودیت های کاربردی

خازن های شنت ولتاژ بالا برای عملکرد در محدوده های محیطی خاص طراحی شده اند. عملکرد خارج از این محدودیت ها ممکن است بر عملکرد، قابلیت اطمینان و عمر سرویس تأثیر بگذارد.

محدوده دمای محیط معمولاً منفی 25 درجه سانتیگراد تا مثبت 50 درجه سانتیگراد است. در این محدوده، خازن مشخصات الکتریکی خود را حفظ می کند. در دماهای پایین، سیال عایق چسبناک تر می شود که ممکن است بر سرعت خود ترمیم تأثیر بگذارد. در دماهای بالا، تلفات دی الکتریک افزایش می یابد و عمر خازن کاهش می یابد. به ازای هر 8 تا 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای کار بالاتر از حداکثر نامی، عمر خازن نصف می شود.

رطوبت نسبی نباید از 85 درصد تجاوز کند. در محیط‌های با رطوبت بالا، رطوبت می‌تواند بر روی بوش‌های انتهایی متراکم شود و عایق سطح را کاهش دهد و به‌طور بالقوه باعث فلاش اوور شود. اقدامات رطوبت زدایی، مانند گرمایش محفظه یا تهویه مطبوع، برای تاسیسات با رطوبت بالا توصیه می شود.

ارتفاع بر قدرت دی الکتریک تأثیر می گذارد. در ارتفاعات بالای 2000 متر، فشار هوا کمتر است و قدرت دی الکتریک هوا را کاهش می دهد. این بر عایق خارجی مانند شکاف هوا بین پایانه ها و بین پایانه ها و زمین تأثیر می گذارد. برای نصب در ارتفاع بالا، خازن ها ممکن است به اصلاحات طراحی مانند افزایش فاصله خزش یا عملیات ترمینال خاص نیاز داشته باشند.

محیط محیطی باید عاری از گازهای خورنده، گرد و غبار رسانا و گرد و غبار انفجاری باشد. گازهای خورنده مانند دی اکسید گوگرد یا سولفید هیدروژن می توانند به پوشش های انتهایی و پوشش ها حمله کنند. گرد و غبار رسانا می تواند روی بوش ها جمع شود و مسیرهای نشتی ایجاد کند. برای محیط های آلوده خازن هایی با پوشش رزین اپوکسی یا سایر لایه های محافظ توصیه می شود.

جدول زیر مشخصات محیطی را خلاصه می کند.

9. رتبه بندی ولتاژ و رتبه بندی قدرت

خازن های شنت ولتاژ بالا در طیف وسیعی از درجه بندی های ولتاژ و توان موجود هستند تا با ولتاژهای مختلف سیستم و نیازهای توان راکتیو مطابقت داشته باشند.

رتبه بندی ولتاژ استاندارد برای خازن های شنت ولتاژ بالا از ولتاژهای نامی سیستم مشتق شده است. رتبه‌بندی‌های رایج شامل 1.05، 3.15، 6.6 تقسیم بر جذر 3، 6.3، 10.5 تقسیم بر جذر 3، 10.5، 11 تقسیم بر جذر 3، 11، 12 تقسیم بر جذر 3، 12، 24 تقسیم بر جذر 3، 12، 24 تقسیم بر جذر 3 کیلوولت و 2. جذر 3 مقسوم علیه برای بانک های خازن متصل به ستاره اعمال می شود که در آن ولتاژ خازن ولتاژ فاز به خنثی است.

توان استاندارد شامل 100، 150، 200، 300، 334، 400، 417، 500 و 667 کیلوولت آمپر راکتیو است. این رتبه بندی ها توان راکتیو خروجی را در ولتاژ و فرکانس نامی نشان می دهد. چندین واحد به صورت موازی و سری به یکدیگر متصل می شوند تا به کل رتبه بانکی دست یابند.

برای یک رتبه بندی ولتاژ معین، رتبه قدرت مقدار خازن را تعیین می کند. توان بالاتر نیاز به ظرفیت بیشتری دارد، که به طور کلی به معنای واحدهای فیزیکی بزرگتر یا چندین واحد متصل به موازات است. درجه توان باید به گونه ای انتخاب شود که مقدار مورد نیاز اصلاح ضریب توان را بدون اصلاح بیش از حد، که می تواند باعث اضافه ولتاژ و بی ثباتی سیستم شود، ارائه دهد.

هنگام انتخاب رتبه ولتاژ، محدوده ولتاژ عملکرد سیستم را در نظر بگیرید. خازن باید عملکرد مداوم تا 110 درصد ولتاژ نامی را تحمل کند. اضافه ولتاژهای متناوب تا 130 درصد ولتاژ نامی برای مدت زمان کوتاه مجاز است. خازن باید با ولتاژی که کمتر از 95 درصد امتیاز آن نیست اعمال شود تا از جریان های هجومی بیش از حد جلوگیری شود.

10. تست و تضمین کیفیت

خازن های شنت ولتاژ بالا با کیفیت قبل از خروج از کارخانه تحت آزمایش های دقیق قرار می گیرند. این آزمایش‌ها عملکرد الکتریکی، یکپارچگی مکانیکی و ایمنی را تأیید می‌کنند.

آزمایش ظرفیت خازنی مقدار واقعی ظرفیت خازن را اندازه گیری می کند. مقدار اندازه‌گیری شده باید در 5 درصد به علاوه یا منهای ارزش رتبه‌بندی شده باشد. برای خازن های سه فاز، تعادل ظرفیت، که به عنوان نسبت حداکثر ظرفیت به حداقل ظرفیت بین فازها تعریف می شود، نباید از 1.02 تجاوز کند. این تعادل خروجی توان راکتیو ثابت را در هر سه فاز تضمین می کند.

تست ضریب توان، مماس تلفات یا دلتای قهوهای مایل به زرد را اندازه گیری می کند. در ولتاژ نامی و 20 درجه سانتیگراد، مماس تلفات نباید از 0.0005 تجاوز کند. مماس تلفات بیشتر نشان دهنده تلفات داخلی بالاتر است که منجر به افزایش گرمایش و کاهش عمر می شود. مماس تلفات کم یک شاخص کلیدی کیفیت است.

تست مقاومت ولتاژ، ولتاژ متناوب 2.15 برابر ولتاژ نامی را به مدت 10 ثانیه بین پایانه ها اعمال می کند. این آزمایش استحکام دی الکتریک عایق داخلی را تأیید می کند. خازن باید این آزمایش را بدون خرابی یا فلاش اوور تحمل کند.

تست مقاومت در برابر ولتاژ ترمینال به کیس، ولتاژ متناوب را با ولتاژ 2.5 برابر ولتاژ نامی، با حداقل 2 کیلو ولت، به مدت 1 دقیقه اعمال می کند. این آزمایش عایق بین عناصر فعال و پوشش زمین را تأیید می کند.

آزمایش های آب بندی تایید می کند که پوشش خازن به درستی آب بندی شده است. نشتی مایع عایق نباید تشخیص داده شود. برای خازن های نوع خشک یا رزین اپوکسی محصور شده، آزمایش آب بندی تایید می کند که رطوبت نمی تواند وارد شود.

برای تولیدکنندگان دارای گواهینامه های ISO9001 و CE، این تست ها به صورت سیستماتیک بر روی هر واحد تولیدی یا بر روی یک نمونه آماری بسته به استاندارد انجام می شود. آزمایشگاه‌های آزمایش مستقل نیز ممکن است آزمایش نمونه را برای تأیید انطباق با استانداردهایی مانند GB/T 3984 و IEC 60871 انجام دهند.

11. دستورالعمل های نصب و نگهداری

نصب مناسب و تعمیر و نگهداری منظم، عمر خازن های شنت ولتاژ بالا را افزایش می دهد و عملکرد ایمن را تضمین می کند.

در حین نصب، از فاصله کافی بین واحدهای خازن و بین خازن ها و سازه های مجاور اطمینان حاصل کنید. حداقل فاصله توصیه شده بین 50 تا 100 میلی متر است تا جریان هوا برای خنک شدن جریان داشته باشد. فواصل خزش مناسب را برای سطح ولتاژ همانطور که در استانداردهای قابل اجرا مشخص شده است حفظ کنید.

سطوح نصب باید صاف و صلب باشد. خازن ها باید برای جلوگیری از حرکت در اثر لرزش یا رخدادهای لرزه ای ایمن شوند. هنگام نصب بر روی سازه های فولادی از پدهای لاستیکی یا جداکننده ارتعاش برای کاهش ارتعاشات منتقل شده استفاده کنید.

اتصالات الکتریکی باید تمیز، محکم و ضد خوردگی باشند. اتصالات با مقاومت بالا باعث گرمایش موضعی می شود و می تواند منجر به خرابی ترمینال شود. از ترکیب آنتی اکسیدانی روی پایانه های آلومینیومی استفاده کنید. تمام اتصالات را با مشخصات سازنده تنظیم کنید.

در حین کار، عملکرد بانک خازن را نظارت کنید. ولتاژ، جریان و توان راکتیو خروجی را به صورت دوره ای اندازه گیری و ثبت کنید. تغییرات زیاد در توان جریان یا راکتیو ممکن است نشان دهنده خرابی واحدها باشد. این اندازه گیری ها را با مقادیر محاسبه شده بر اساس پیکربندی بانک مقایسه کنید.

بازرسی های منظم را انجام دهید. به دنبال نشانه های تورم پوسته باشید که نشان دهنده فشار داخلی ناشی از تولید گاز است. گاز می تواند با رویدادهای خود ترمیمی یا با تخریب سیال عایق تولید شود. پوشش های متورم باید تعویض شوند. پایانه ها را برای علائم گرمای بیش از حد، مانند تغییر رنگ یا ذوب عایق بررسی کنید.

به طور دوره ای ظرفیت واحدهای جداگانه را اندازه گیری کنید. کاهش ظرفیت خازنی بیش از 5 درصد از مقدار پلاک نشان دهنده فعالیت قابل توجه خود ترمیمی است و واحد باید برای جایگزینی در نظر گرفته شود. افت ظرفیت بیش از 10 درصد نشان دهنده پایان عمر است.

برای پیکربندی بانک زمین، مقاومت عایق بین پایانه های خازن و زمین را با استفاده از مگاهم متر اندازه گیری کنید. مقاومت عایق کم نشان دهنده نفوذ رطوبت یا تخریب عایق داخلی است.

12. نتیجه گیری: انتخاب خازن مناسب شنت ولتاژ بالا

انتخاب یک خازن شنت ولتاژ بالا برای اصلاح ضریب توان باید بر اساس نیازهای سیستم، شرایط محیطی و نیازهای قابلیت اطمینان باشد.

برای پست‌های برق و تأسیسات بزرگ صنعتی، خازن‌های فیلم متالایز با فیوزهای داخلی بهترین ترکیبی از قابلیت اطمینان، خود ترمیم‌شوندگی و تخریب زیبا را ارائه می‌دهند. خاصیت خود ترمیمی تضمین می کند که اضافه ولتاژهای گذرا باعث خرابی فاجعه آمیز نمی شوند. فیوزهای داخلی عناصر خراب را در حین کارکردن دستگاه جدا می کنند.

برای تاسیسات کوچکتر یا کاربردهای کمتر بحرانی، خازنهای فیلم متالایز با فیوزهای خارجی یا بدون فیوز ممکن است قابل قبول باشند. هزینه اولیه کمتر در مقابل احتمال شکست واحد که کل بانک را از سرویس خارج می کند، متعادل می شود.

شرایط محیطی محل نصب را در نظر بگیرید. برای دمای بالای محیط، از فاصله و تهویه مناسب اطمینان حاصل کنید. برای رطوبت بالا، خازن هایی را با پوشش رزین اپوکسی یا نصب محصور در نظر بگیرید. برای مناطق لرزه خیز خازن هایی با ساختار تقویت شده و نصب عایق لرزش درخواست کنید.

رتبه بندی ولتاژ و توان را انتخاب کنید که با نیازهای سیستم مطابقت دارد. بیهوده درجه ولتاژ را بیش از حد تعیین نکنید، زیرا این کار خروجی توان راکتیو را برای یک ظرفیت معین کاهش می دهد. زیر را مشخص نکنید، زیرا عملکرد اضافه ولتاژ باعث کاهش عمر خازن می شود.

با درک مقایسه‌های فنی و ملاحظات طراحی ارائه‌شده در این مقاله، مهندسان تاسیسات و متخصصان تدارکات می‌توانند با اطمینان خازن‌های شنت ولتاژ بالا را انتخاب کنند که تصحیح ضریب توان قابل اعتماد و کارآمد را برای سال‌های متمادی ارائه دهد.

5 سوال متداول (سؤالات متداول)

Q1: امید به زندگی معمولی یک خازن شنت ولتاژ بالا چقدر است؟
A: یک خازن شنت ولتاژ بالا با کیفیت با دی الکتریک فیلم متالایز دارای عمر مفید معمولی 15 تا 20 سال در شرایط عملیاتی عادی است. این کار در محدوده ولتاژ نامی و دمای محیط، با تهویه کافی و نگهداری مناسب را فرض می کند. خاصیت خود ترمیم شوندگی به خازن اجازه می دهد تا در برابر افزایش ولتاژ که خازن های فویل را از بین می برد، زنده بماند. پایان عمر با کاهش تدریجی ظرفیت خازنی نشان داده می شود. تلفات بیش از 10 درصد نشان می دهد خازن باید تعویض شود.

Q2: خازن های شنت ولتاژ بالا هر چند وقت یک بار باید در سرویس آزمایش شوند؟
A: آزمایش ظرفیت خازنی و ضریب توان سالانه برای تاسیسات حیاتی توصیه می شود. برای تاسیسات کمتر بحرانی، آزمایش هر دو تا سه سال یکبار ممکن است کافی باشد. آزمایش‌ها باید شامل اندازه‌گیری ظرفیت واحدهای جداگانه، اندازه‌گیری مماس تلفات، اندازه‌گیری مقاومت عایق، و بازرسی بصری برای تورم پوشش یا آسیب انتهایی باشد. تجزیه و تحلیل روند از اندازه گیری های منفرد ارزشمندتر است. کاهش تدریجی ظرفیت یا افزایش مماس تلفات نشان دهنده پیری طبیعی است، در حالی که یک تغییر ناگهانی نشان دهنده یک مشکل است.

Q3: آیا خازن های شنت ولتاژ بالا می توانند به صورت سری وصل شوند تا رتبه ولتاژ را افزایش دهند؟
پاسخ: بله، خازن های شنت ولتاژ بالا را می توان به صورت سری وصل کرد تا به درجه ولتاژ بالاتری دست یابد. هنگامی که خازن ها به صورت سری متصل می شوند، ولتاژ برعکس بر ظرفیت تقسیم می شود. برای اطمینان از توزیع یکنواخت ولتاژ، مقاومت های متعادل کننده ولتاژ باید در سراسر هر واحد خازن متصل شوند. مقاومت ها همچنین به عنوان مسیرهای تخلیه در هنگام قطع انرژی بانک خازن عمل می کنند. اتصال سری، ظرفیت کل را کاهش می دهد، بنابراین خروجی توان راکتیو بانک برای همان ولتاژ اعمال شده کاهش می یابد.

Q4: تفاوت بین خازن شنت و خازن سری چیست؟
A: یک خازن شنت موازی با بار یا گذرگاه سیستم متصل می شود. توان راکتیو را به صورت محلی تامین می کند و ضریب توان و تنظیم ولتاژ را بهبود می بخشد. یک خازن سری به صورت سری به خط انتقال متصل می شود. بخشی از راکتانس القایی خط را لغو می کند، قابلیت انتقال توان را افزایش می دهد و پایداری ولتاژ را بهبود می بخشد. خازن های شنت برای تصحیح ضریب توان در تاسیسات سطح صنعتی و توزیع بسیار رایج تر هستند. خازن های سری معمولاً در خطوط انتقال طولانی استفاده می شوند.

Q5: چرا خازن های شنت ولتاژ بالا دارای مقاومت تخلیه هستند؟
الف: مقاومت های تخلیه به صورت داخلی در سراسر پایانه های خازن وصل می شوند تا پس از جدا شدن خازن از منبع تغذیه، بار الکتریکی ذخیره شده را تخلیه کنند. بدون مقاومت های تخلیه، یک خازن شنت ولتاژ بالا می تواند شارژ خطرناکی را برای ساعت ها یا روزها حفظ کند. مقاومت ها ولتاژ پایانه را در یک زمان مشخص به کمتر از 50 ولت کاهش می دهند، معمولاً برای خازن های ولتاژ بالا 5 دقیقه. این امر برای پرسنلی که روی بانک خازن قطع شده کار می کنند ایمنی ایجاد می کند.

مراجع

1. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (2014). خازن های شنت IEC 60871-1 برای سیستم های برق متناوب با ولتاژ نامی بالای 1000 ولت.
2. اداره استاندارد چین (2017). GB/T 3984.1 خازن های قدرت برای تاسیسات گرمایش القایی.
3. Jiande Antai Power Capacitor Co., Ltd. (2024). اتلاف حرارت خازن شنت ولتاژ بالا و طراحی ضد لرزه.
4. انجمن استانداردهای IEEE (2019). استاندارد IEEE 18 برای خازن های قدرت شنت.
5. شورای بین المللی سیستم های الکتریکی بزرگ (2020). بروشور فنی CIGRE 735 Power Factor Correction Capacitors.
6. Jiande Antai Power Capacitor Co., Ltd. (2024). فناوری خود ترمیم خازن فیلم پلی پروپیلن متالیز.
7. کمیته اروپایی استانداردسازی الکتروتکنیکی (2016). EN 60871-1 خازن های شنت برای سیستم های قدرت AC.
8. Jiande Antai Power Capacitor Co., Ltd. (2024). دستورالعمل‌های آزمایش‌های محیطی و کاهش ارتفاع.
9. موسسه استاندارد ملی آمریکا (2020). راهنمای ANSI/IEEE 1036 برای استفاده از خازن های قدرت شنت.
10. سازمان بین المللی استاندارد. (2015). ISO 9001 سیستم های مدیریت کیفیت الزامات.