مهندسان در مورد خازن های شنت ولتاژ بالا چه چیزی باید بدانند؟

را خازن شنت ولتاژ بالا یکی از اساسی‌ترین و از نظر تجاری همه‌جای اجزای سیستم‌های قدرت مدرن است – که در پست‌های انتقال، فیدرهای توزیع، سوئیچ‌خانه‌های نیروگاه‌های صنعتی و نقاط اتصال انرژی تجدیدپذیر در سراسر جهان مستقر می‌شود تا جبران توان راکتیو را انجام دهد که سیستم‌های قدرت را پایدار، کارآمد و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نگه می‌دارد. در یک زیرساخت قدرت جهانی که تقاضای توان راکتیو از بارهای القایی - موتورها، ترانسفورماتورها، کوره‌های قوس الکتریکی و محرک‌های سرعت متغیر - به طور مداوم ضریب توان سیستم را کاهش می‌دهد و تقاضای توان ظاهری را افزایش می‌دهد، خازن شنت ولتاژ بالا تزریق توان راکتیو اصلاحی را فراهم می‌کند که ضریب توان را به سمت یکپارچگی باز می‌گرداند، تلفات انتقال را کاهش می‌دهد، ظرفیت شبکه را آزاد می‌کند، و از تعرفه‌های تنبیهی توان راکتیو که شرکت‌ها از مصرف‌کنندگان صنعتی وضع می‌کنند اجتناب می‌کند.

با این حال انتخاب، مشخصات، نصب و حفاظت از خازن شنت ولتاژ بالاs شامل سطحی از پیچیدگی مهندسی است که اغلب توسط تیم های تدارکاتی که برای اولین بار به این دسته نزدیک می شوند، دست کم گرفته می شود. فن آوری دی الکتریک، درجه بندی ولتاژ، هماهنگی عایق، ارزیابی محیط هارمونیک، هماهنگی رله حفاظتی، و مدیریت گذرا سوئیچینگ بانک خازن، همگی برای تعیین اینکه آیا نصب خازن عملکرد مورد نظر خود را ارائه می دهد یا به دلیل فشار بیش از حد دی الکتریک، تقویت هارمونیک مبتنی بر رزونانس، یا ناهماهنگی حفاظت، با هم تعامل دارند. این مقاله تجزیه و تحلیل جامع و درجه مشخصات را ارائه می دهد خازن شنت ولتاژ بالا فن آوری، طراحی شده برای مهندسین سیستم قدرت، طراحان پست، متخصصان تدارکات تاسیسات، و مهندسان برق صنعتی که تصمیمات آگاهانه ای در زمینه منابع و کاربرد دارند.

a چیست خازن شنت ولتاژ بالا و چگونه کار می کند؟

توان راکتیو و فیزیک تصحیح ضریب توان

برای درک نقش خازن شنت ولتاژ بالا درک توان راکتیو - جزء توان ظاهری (ولت آمپر، Vالف) که بین منبع و بار بدون انجام کار مفید در نوسان است، ضروری است، اما با این وجود سیستم قدرت باید تولید، انتقال و مدیریت کند:

• توان فعال (P، وات): را component of power that performs useful work — driving motors, producing heat, generating light. Consumed by the load, not returned to the source.
• توان راکتیو (Q، ولت آمپر راکتیو - VAR): را component that establishes and sustains magnetic fields in inductive loads (motors, transformers). Oscillates between source and load at twice the supply frequency — not consumed but continuously circulated. Inductive loads absorb lagging reactive power (positive Q); capacitors supply leading reactive power (negative Q by convention, or positive Q in the compensation context).
• توان ظاهری (S، ولت آمپر - VA): را vector sum of P and Q: S = √(P² Q²). The apparent power determines the required rating of generators, transformers, cables, and switchgear — all of which must carry the full apparent power regardless of how much is doing useful work.
• ضریب توان (PF = P/S = cos φ): را ratio of active to apparent power. PF = 1.0 (unity) means all apparent power is doing useful work — ideal but unreachable in practice with inductive loads. PF = 0.80 means that 80% of the apparent power is active, and the system must generate and transmit 25% more apparent power than active power to deliver the same useful output. Industrial consumers with PF below 0.90–0.95 typically face reactive power penalty charges from their utility.
• را corrective role of the shunt capacitor: A خازن شنت ولتاژ بالا متصل به موازات (شنت) با یک بار القایی، جریان راکتیو تاخیری را تامین می کند که در غیر این صورت بار از منبع می کشد. جریان پیشرو خازن (I_C = V / X_C = V × 2πfC) به صورت محلی جریان راکتیو عقب مانده بار را لغو می کند (I_L = V / X_L = V / 2πfL)، و مولفه راکتیو جریان در شبکه بالادست را کاهش می دهد. اثر خالص: بارگذاری ترانسفورماتور بالادست و کابل کاهش می یابد، پروفیل ولتاژ بهبود می یابد و تلفات انتقال (I²R) کاهش می یابد.

شنت در مقابل خازن های سری در سیستم های قدرت

را term "shunt" in خازن شنت ولتاژ بالا به طور خاص به توپولوژی اتصال اشاره دارد - خازن به موازات بار و امپدانس شبکه بین هادی فاز و نول (یا زمین) متصل می شود. این آن را از خازن های سری (که به صورت سری به خط متصل می شود، برای جبران خطوط انتقال از راه دور استفاده می شود) و خازن های رزونانس سری (مورد استفاده در گرمایش القایی و کاربردهای الکترونیک قدرت) متمایز می کند:

خازن شنت ولتاژ بالا IEC 60871 Standard - چارچوب انطباق فنی

IEC 60871-1: رتبه بندی هسته و الزامات عملکرد

IEC 60871-1 (خازن های شنت برای سیستم های برق متناوب با ولتاژ نامی بالای 1000 ولت) استاندارد بین المللی اولیه است که بر طراحی، آزمایش و کاربرد خازن شنت ولتاژ بالاs . مطابقت با IEC 60871-1 برای تدارکات ابزار در اکثر کشورها اجباری است و مرجع مشخصات پایه برای همه کاربردهای صنعتی جدی است:

• ولتاژ نامی (U_N): را RMS voltage for which the capacitor is designed for continuous operation. Standard voltage classes for distribution-level خازن شنت ولتاژ بالاs : 3.15 کیلو ولت، 6.3 کیلو ولت، 10.5 کیلو ولت، 12 کیلو ولت، 15.75 کیلو ولت، 21 کیلو ولت، 36 کیلو ولت، 42 کیلو ولت. برای بانک های سطح انتقال: 72.5 کیلو ولت، 100 کیلو ولت، 145 کیلو ولت، 245 کیلو ولت، 362 کیلو ولت، 550 کیلو ولت. بر اساس IEC 60871-1 بخش 4.2، خازن ها باید عملکرد مداوم در 1.10 × U_N را تحمل کنند - با توجه به اینکه نوسانات ولتاژ سیستم بالاتر از حد اسمی در شبکه های قدرت معمول است.
• توان راکتیو نامی (Q_N، kvar): را reactive power output at rated voltage and frequency. Standard unit ratings: 50 kvar to 1,000 kvar per phase unit (single-phase units). Three-phase banks are assembled from multiple single-phase units connected in star (wye) or delta configuration. Q_N scales with the square of voltage: Q = U² / X_C = U² × 2πfC — doubling the voltage at constant capacitance quadruples the reactive power output.
• ظرفیت نامی (C_N، µF): را nominal capacitance of the unit at rated voltage and frequency. Tolerance per IEC 60871-1: −0% to 5% of nominal capacitance for individual units; −0% to 10% for three-phase banks. Tighter tolerances (±2%) are available from premium manufacturers for applications requiring precise reactive power control. Capacitance drift over time (aging) must not exceed the rated tolerance limits throughout the design life (typically 20–30 years for utility-grade units).
• تلفات دی الکتریک (tan δ): را ratio of resistive (loss) current to capacitive (reactive) current — a measure of dielectric quality. IEC 60871-1 requires tan δ ≤ 0.0002 (0.02%) for all-film dielectric units at 20°C. Lower tan δ values indicate higher dielectric quality — values below 0.0001 (0.01%) are achievable with premium polypropylene film dielectric. Dielectric loss generates heat within the capacitor element — an important parameter for thermal design and life prediction.
• حداکثر جریان مقاومت در برابر هجوم: IEC 60871-1 بخش 4.6 مشخص می‌کند که خازن‌ها باید در برابر جریان گذرای هجومی تولید شده در هنگام سوئیچ کردن یک بانک خازن بر روی شینه‌ای با انرژی مقاومت کنند. برای سوئیچینگ پشت سر هم (انرژی دادن به یک بانک در مجاورت بانکی که از قبل انرژی گرفته است)، پیک جریان هجومی می تواند به 100 × جریان نامی برسد - که نیاز به القاگرهای محدود کننده جریان (راکتورهای سری) و واحدهای خازن دارند که برای تنش پیک جریان حاصله درجه بندی شده اند.

IEC 60871-1 نوع و تست های معمول

یک معتبر خازن شنت ولتاژ بالا IEC 60871 standard ادعا مستلزم تکمیل مستند آزمایشات نوع (بر روی واحدهای نمایندگی برای واجد شرایط بودن طرح) و آزمایشات معمول (انجام شده در هر واحد تولیدی) است:

• آزمایش‌های نوع (IEC 60871-1 بخش 8): آزمایش ولتاژ ضربه رعد و برق (ضربه 1.2/50 میکرو ثانیه در اوج 2.0-2.5 × U_N، 3 ضربه مثبت و 3 ضربه منفی). تست ولتاژ ضربه ای سوئیچینگ (250/2500 میکرو ثانیه در پیک 1.8 × U_N برای واحدهای بالاتر از 72.5 کیلو ولت). تست ولتاژ AC (2 × U_N به مدت 10 ثانیه)؛ تست تخلیه اتصال کوتاه (10 تخلیه با انرژی ذخیره شده مشخص)؛ تست پایداری حرارتی (عملکرد در 1.10 × U_N، حداکثر دمای محیط برای 96 ساعت). اندازه گیری ظرفیت قبل و بعد از تمام آزمایشات (تغییر 2±٪).
• آزمایشات معمول (IEC 60871-1 بخش 9، هر واحد تولیدی): اندازه گیری ظرفیت (± 5٪ از اسمی)؛ اندازه گیری tan δ (≤ 0.0002)؛ تست ولتاژ AC (2.15 × U_N / √3 برای 10 ثانیه برای واحدهای ذوب شده داخلی، یا 2.0 × U_N / √3 برای ذوب خارجی). تأیید مقاومت دشارژ (ولتاژ باقیمانده ≤ 75 ولت در عرض 3 دقیقه پس از قطع - الزام ایمنی اجباری). تست آب بندی (عدم نشتی قابل مشاهده سیال دی الکتریک تحت فشار).
• آزمایش تخلیه جزئی (PD): در حالی که در IEC 60871-1 به عنوان یک آزمایش معمولی الزامی نیست، آزمایش تخلیه جزئی (IEC 60270) در 1.0 × U_N / √3 با ولتاژ خاموشی PD و اندازه‌گیری بزرگی PD به طور فزاینده‌ای توسط خریداران تاسیسات به عنوان یک شاخص کیفیت تکمیلی مشخص می‌شود. قدر PD <5 pC در ولتاژ نامی با ساخت دی الکتریک فیلم با کیفیت بالا قابل دستیابی است - که نشان دهنده رابط های دی الکتریک بدون خالی و اشباع کامل است.

هماهنگی عایق برای خازن های شنت ولتاژ بالا

هماهنگی عایق - فرآیند انتخاب سطوح عایق خازن مطابق با محیط اضافه ولتاژ محل نصب - یک مرحله مهندسی حیاتی در خازن شنت ولتاژ بالا مشخصات:

• انتخاب سطح عایق رتبه بندی شده (RIL) بر اساس IEC 60071-1: را lightning impulse withstand voltage (LIWV) and short-duration power frequency withstand voltage (SIWV) must be selected based on the system's highest voltage for equipment (U_m), the expected overvoltage factor, and the surge arrester protection level at the installation. Standard insulation levels for خازن های شنت ولتاژ بالا در فضای باز 11kV 33kV :
  • 12 کیلو ولت (U_m): پیک LIWV 75 کیلوولت; SIWV 28 کیلو ولت RMS
  • 36 کیلو ولت (U_m): پیک LIWV 170 کیلوولت; SIWV 70 کیلو ولت RMS
  • 72.5 کیلوولت (U_m): پیک LIWV 325 کیلوولت; SIWV 140 کیلو ولت RMS
  • 145 کیلوولت (U_m): پیک LIWV 650 کیلوولت; SIWV 275 کیلو ولت RMS
• الزامات فاصله خزش (IEC 60815): فضای باز خازن شنت ولتاژ بالاs در محیط های آلوده به افزایش فاصله خزش عایق خارجی برای جلوگیری از فلاش سطح در شرایط مرطوب و آلوده نیاز است. سطوح شدت آلودگی (IEC 60815): سبک (c = 16 mm/kV)، متوسط ​​(c = 20 mm/kV)، سنگین (c = 25 mm/kV)، بسیار سنگین (c = 31 mm/kV). سایت های ساحلی، مناطق صنعتی مجاور کارخانه های شیمیایی، و محیط های بیابانی با رسوب نمک/گرد و غبار نیاز به مشخصات خزش سنگین یا بسیار سنگین دارند.

خازن شنت ولتاژ بالا for Power Factor Correction - مهندسی سیستم

روش اندازه گیری جبران توان راکتیو

سایز بندی صحیح a خازن شنت ولتاژ بالا for power factor correction با تجزیه و تحلیل جریان بار شبکه در نقطه جبران شروع می شود. جبران توان راکتیو مورد نیاز (Q_C، kvar) به صورت زیر محاسبه می شود:

• مرحله 1 - اندازه گیری ضریب توان موجود: با استفاده از یک تحلیلگر کیفیت توان (طبق IEC 61000-4-30 کلاس A توصیه شده برای نقاط اندازه گیری شهری)، توان فعال P (kW) و توان راکتیو Q_L (kvar) را در نقطه جبران در یک دوره تقاضای نماینده (حداقل 7 روز، ثبت تغییرات بار روزانه و هفتگی) اندازه گیری کنید.
• مرحله 2 - تعیین ضریب توان هدف: به طور معمول PF_target = 0.95 تاخیر (cos φ_2 = 0.95) برای اکثر تاسیسات صنعتی. PF_target = 0.99 برای تاسیساتی که مشمول جریمه‌های سخت‌گیرانه تعرفه توان راکتیو شهری هستند. PF هدف بالاتر نیاز به ظرفیت جبرانی بیشتری دارد اما ضریب توان (خازنی) را در طول دوره‌های بار سبک به خطر می‌اندازد که می‌تواند باعث افزایش ولتاژ شود و ممکن است هزینه‌های جریمه‌ای را تحت برخی از ساختارهای تعرفه‌های برق جلب کند.
• مرحله 3 - محاسبه غرامت مورد نیاز: Q_C = P × (tan φ_1 - tan φ_2)، که در آن φ_1 = arccos (PF_موجود) و φ_2 = arccos (PF_target). مثال: P = 5000 کیلو وات، PF_موجود = 0.75 (tan φ_1 = 0.882)، PF_target = 0.95 (tan φ_2 = 0.329): Q_C = 5000 × (0.882 − 0.329) = 2.76 kvar
• مرحله 4 - اعمال ضریب کاهش هارمونیک: در تاسیساتی با محتوای هارمونیک قابل توجه (تعوض ولتاژ هارمونیک کل THD_V > 3%)، راکتانس خازنی موثر در فرکانس های هارمونیک باعث می شود که جریان هارمونیک اضافی از خازن عبور کند. خازن باید کاهش یابد (یا راکتورهای سری تکمیلی اضافه شود) تا از اضافه بار جلوگیری شود. طبق IEC 60871-1 بخش 4.4، خازن نباید با جریانی بیش از 1.30 × I_N به طور پیوسته کار کند - از جمله سهم هارمونیک. در محیط‌هایی با THD_V = 5٪، تقویت جریان هارمونیک معمولی در یک بانک خازن بدون راکتورهای سری می‌تواند به 1.15-1.25 × I_N برسد - تا حدی در محدوده 1.30 اما هیچ حاشیه‌ای برای افزایش بار یا تغییر سطح هارمونیک باقی نمی‌گذارد.

افزایش ولتاژ و تحلیل تاثیر شبکه

نصب a خازن شنت ولتاژ بالا for power factor correction ولتاژ را در نقطه اتصال افزایش می دهد - یک اثر مفید در شبکه های توزیع با مشکلات افت ولتاژ، اما یک محدودیت بالقوه در شبکه های قوی یا در زمان بارگذاری سبک:

• محاسبه افزایش ولتاژ: ΔV ≈ Q_C × X_S / U_N²، که در آن X_S امپدانس منبع در گذرگاه، Q_C توان راکتیو تزریقی، و U_N ولتاژ نامی سیستم است. برای یک باس 10 کیلوولت با امپدانس منبع X_S = 0.5 Ω و Q_C = 1000 kvar: ΔV ≈ (1000 × 10³ × 0.5) / (10 × 10³)² = 0.005 در واحد = 0.5% وضعیت ECa-dy قابل قبول در اکثر سیستم ها تحمل ولتاژ: ± 10٪ از اسمی).
• خطر فرورزونانس: در شبکه‌هایی با ترانسفورماتورهای کم بار و مقاطع کابل طولانی، ترکیب اندوکتانس مغناطیسی ترانسفورماتور و خازن شنت می‌تواند مدارهای فرورزونانسی ایجاد کند که اضافه ولتاژهای خطرناک (2 تا 4 × اسمی) ایجاد می‌کند. ارزیابی ریسک فرورزونانس قبل از نصب بانک‌های خازنی در شبکه‌های ایزوله، سیستم‌های جزیره‌ای یا شبکه‌هایی با فیدرهای کابلی بدون بار طولانی الزامی است.

خازن شنت ولتاژ بالا Bank Installation - طراحی و مهندسی

پیکربندی بانک: ستاره در مقابل دلتا، ثابت در مقابل سوئیچ

را configuration of the خازن شنت ولتاژ بالا bank installation رفتار الکتریکی، فلسفه حفاظت و انعطاف پذیری عملیاتی آن را تعیین می کند:

• پیکربندی ستاره زمینی (wye): را most common configuration for distribution-level capacitor banks (6–36 kV). Neutral point directly connected to earth. Each phase unit is stressed to phase-to-ground voltage (U_N / √3). Advantages: provides a low-impedance path for zero-sequence currents; simplifies earth fault detection; allows individual phase unit replacement without outaging the entire bank. Neutral unbalance protection (measuring neutral-to-ground voltage or current) provides sensitive detection of individual capacitor unit failures. Used in the majority of خازن شنت ولتاژ بالا در فضای باز 11 کیلو ولت 33 کیلو ولت تاسیسات
• پیکربندی ستاره غیرزمینی: نقطه خنثی شناور (جدا شده از زمین). به هر واحد دارای امتیاز برای ولتاژ فاز به فاز کامل تقسیم بر √3 به اضافه یک ضریب برای جابجایی خنثی در شرایط نامتعادل نیاز دارد. در مواردی استفاده می شود که باید از تزریق جریان با توالی صفر به شبکه اجتناب شود (سیستم های ارت مقاومتی، سیستم های خنثی ایزوله). حفاظت توسط رله ولتاژ نامتعادل اندازه گیری ولتاژ خنثی به زمین.
• پیکربندی دلتا: واحدهای فاز خط به خط متصل می شوند. هر واحد به ولتاژ فاز به فاز کامل فشار می آورد. هیچ جریانی با توالی صفر تولید نمی کند. در بانک های شنت HV به دلیل رتبه بندی ولتاژ (و هزینه) بالاتر واحدهای فاز در خروجی توان راکتیو معادل کمتر رایج است. در سطوح ولتاژ پایین تر (بانک های صنعتی 6-10 کیلوولت) رایج تر است.
• بانک های ثابت در مقابل بانک های سوئیچ شده: بانک های ثابت به طور دائم به شینه متصل هستند - بدون در نظر گرفتن تغییرات بار، تزریق توان راکتیو ثابت را فراهم می کنند. مناسب در جاهایی که ضریب توان بار به طور مداوم کم است. بانک های سوئیچ شده از قطع کننده های مدار یا کنتاکتورهای خلاء برای اتصال یا جدا کردن بانک در پاسخ به تقاضای توان راکتیو سیستم استفاده می کنند که توسط رله کنترل کننده ضریب توان خودکار (APFC) اندازه گیری می شود. سوئیچ بانک ها از ضریب توان پیشرو در بار سبک جلوگیری می کند - در تاسیساتی که دارای تغییرات زیادی بین تقاضای توان راکتیو پیک و خارج از پیک هستند، حیاتی است.

انتخاب راکتور سری برای حفاظت از بانک خازن

راکتورهای سری (راکتورهای محدود کننده جریان) به صورت سری به هر فاز از بانک خازن برای دو هدف اصلی متصل می شوند - فیلتر هارمونیک و محدود کردن جریان هجومی:

• راکتور دتونینگ (راکتور فیلتر هارمونیک): یک سلف سری با راکتانس X_L = p × X_C (که در آن p ضریب جداسازی است، معمولاً p = 0.07 (7%) یا p = 0.14 (14%)) مدار LC را روی فرکانس تشدید زیر کمترین هارمونیک قابل توجه در شبکه تنظیم می کند. فاکتورهای تنظیم کننده استاندارد و فرکانس های تشدید آنها در 50 هرتز:
  • p = 0.07 (7%): f_res = 50 / √0.07 = 189 هرتز (بین هارمونیک 3 و 5) - از تشدید موازی در هارمونیک پنجم (250 هرتز) جلوگیری می کند.
  • p = 0.134 (13.4%): f_res = 50 / √0.134 = 137 هرتز - از تشدید موازی در هارمونیک سوم (150 هرتز) جلوگیری می کند.
  • p = 0.14 (14%): f_res = 50 / √0.14 = 134 هرتز - استاندارد برای شبکه هایی با محتوای هارمونیک 3 قابل توجه (بارهای تک فاز، کوره های قوس الکتریکی)
• راکتور محدود کننده جریان هجومی: حتی بدون نگرانی هارمونیک، یک راکتور سری حداکثر جریان هجومی را در طول انرژی دهی بانک خازن به سطوح ایمن برای واحدهای خازن و دستگاه سوئیچینگ محدود می کند. برای سوئیچینگ پشت سر هم، اوج جریان هجومی بدون محدود کننده راکتور: I_peak = U_N × √(2C/L_S) که در آن L_S اندوکتانس منبع است — می تواند به حداکثر چند کیلو آمپر برسد. با یک راکتور سری 6٪، پیک هجوم معمولاً به جریان نامی 15-25 × محدود می شود - در حد توان مقاومت در اکثر طرح های قطع کننده مدار و واحد خازن.

هماهنگی رله حفاظتی برای بانک های خازن

یک طرح حفاظتی کامل برای a خازن شنت ولتاژ بالا bank installation نیاز به هماهنگی چندین عملکرد رله دارد:

• حفاظت در برابر جریان اضافه (50/51): حفاظت از اضافه جریان اولیه برای جریان خطا در مدار بانک خازن. تنظیم: پیکاپ در 1.35-1.50 × I_N (اجازه می دهد تحمل اضافه بار خازن بر اساس IEC 60871-1 × 1.30 به اضافه حاشیه)، تاخیر زمانی هماهنگ با حفاظت بالادست.
• حفاظت عدم تعادل (60N - اضافه ولتاژ خنثی یا اضافه جریان خنثی): را most sensitive protection for detecting internal capacitor unit failures (individual element or can failures). As capacitor units fail, the neutral point of the star bank displaces from earth potential — producing a measurable neutral voltage (for ungrounded star) or neutral current (for grounded star with neutral CT). Alarm level: typically 5–10% of nominal neutral signal; trip level: 15–25% — customized based on the number of series and parallel units in the bank and the acceptable overvoltage on remaining healthy units.
• حفاظت از اضافه ولتاژ (59): در برابر اضافه ولتاژ پایدار در برابر تنظیم ولتاژ یا دفع بار محافظت می کند. تنظیم: 1.10 × U_N پیوسته. حرکت در 1.15 × U_N با تأخیر زمانی قطعی 1 تا 5 دقیقه (که اجازه می دهد برای تحمل اضافه ولتاژ موقت بر اساس IEC 60871-1).
• راrmal protection: نظارت بر دما از طریق RTD (ردیاب دمای مقاومتی) تعبیه شده در محفظه خازن، اضافه بار حرارتی را تشخیص می دهد - که معمولاً توسط جریان اضافه هارمونیک ایجاد می شود. تنظیم سفر: دمای داخلی 65 تا 70 درجه سانتی گراد برای واحدهای دی الکتریک فیلم پلی پروپیلن (حداکثر دمای کار مداوم: 70 درجه سانتی گراد برای اکثر طرح های مطابق با IEC 60871-1).

فضای باز High Voltage Shunt Capacitor 11kV 33kV - مهندسی ساختمان و محیط زیست

فناوری دی الکتریک: فیلم-فیلم در مقابل فیلم-کاغذ

را dielectric system is the heart of any خازن شنت ولتاژ بالا - تعیین چگالی انرژی، تلفات دی الکتریک، عملکرد حرارتی و عمر مفید. دو فناوری دی الکتریک اصلی در مدرن استفاده می شود خازن شنت ولتاژ بالاs :

• دی الکتریک تمام فیلم (فیلم پلی پروپیلن / فیلم-فیلم): را current industry standard for utility and industrial خازن شنت ولتاژ بالاs . لایه های دی الکتریک: دو لایه از فیلم پلی پروپیلن جهت دو محوره (BOPP) با ضخامت 6 تا 20 میکرومتر در هر لایه، با الکترودهای فویل آلومینیومی. آغشته به استر مصنوعی (زیست تخریب پذیر، معادل FR3) یا مایع دی الکتریک روغن معدنی تحت خلاء. ویژگی های عملکرد: tan δ <0.0001 در 20 درجه سانتی گراد (اتلاف دی الکتریک بسیار کم). چگالی انرژی 0.3-0.8 J/cm³. محدوده دمای عملیاتی -40 درجه سانتیگراد تا 70 درجه سانتیگراد (بر اساس IEC 60871-1 کلاس A). عمر طراحی مورد انتظار 30 تا 40 سال در شرایط رتبه بندی شده. تکنولوژی غالب برای خازن شنت ولتاژ بالا در فضای باز 11 کیلو ولت 33 کیلو ولت و بالاتر.
• فناوری کاغذ فیلم (دی الکتریک مخلوط): فناوری قدیمی تر ترکیب فیلم پلی پروپیلن با لایه های دی الکتریک کاغذ کرافت. tan δ (0.0003-0.0010) بیشتر از تمام فیلم به دلیل تلفات دی الکتریک بیشتر کاغذ. چگالی انرژی کمتر از تمام فیلم. هنوز در برخی از برنامه های کاربردی حساس به هزینه و در تولید کنندگان با تجهیزات تولید قدیمی استفاده می شود. به دلیل جذب رطوبت کاغذ و تخریب حرارتی در طول زمان، قابلیت اطمینان طولانی مدت قابل توجهی نسبت به تمام فیلم پایین تر است.
• خازن های نوع خشک (آغشته به رزین): دی الکتریک آغشته به رزین اپوکسی به جای مایع. خطر آتش سوزی و محیطی مرتبط با خرابی دی الکتریک مایع را حذف می کند. چگالی انرژی کمتر از طرح های آغشته به مایع؛ در ولتاژهای بالا مستعد تخلیه جزئی است. در تابلو برق سرپوشیده که در آن دی الکتریک مایع به دلایل خطر آتش سوزی غیرقابل قبول است، معمولاً زیر 36 کیلو ولت استفاده می شود.

طراحی محوطه برای خدمات در فضای باز

فضای باز high voltage shunt capacitor 11kV 33kV واحدها باید طیف کامل تنش های محیطی را در طول عمر کاری 20 تا 30 سال تحمل کنند. پارامترهای کلیدی طراحی محوطه:

• مواد مخزن: مخزن فولادی گالوانیزه الکترولیتی (حداقل ضخامت دیواره 2.0 میلی متر برای واحدهای استاندارد؛ 2.5 میلی متر برای واحدهای بالاتر از 500 kvar) با سیستم رنگ پودری الکترواستاتیک (حداقل ضخامت لایه خشک 80 میکرومتر، هیبرید اپوکسی/پلی استر ترموست). مقاومت در برابر پاشش نمک: حداقل 500 ساعت در ISO 9227 (ASTM B117) - 1000 ساعت برای تاسیسات ساحلی توصیه می شود. مخازن استنلس استیل (316 لیتر) برای محیط های شدید دریایی موجود است.
• طراحی بوش و ترمینال: بوش های چینی یا پلیمری (لاستیک سیلیکونی) برای اتصالات ترمینال HV. بوش های پلیمری به دلیل آب گریزی برتر (زاویه تماس > 90 درجه)، عملکرد بهتر در شرایط مرطوب و آلوده و مقاومت در برابر آسیب خرابکاری، به طور فزاینده ای برای خدمات در فضای باز ترجیح داده می شوند. فاصله خزش به ازای سطح شدت آلودگی IEC 60815.
• دستگاه کاهش فشار: فشار داخلی گاز حاصل از تخریب دی الکتریک یا تخلیه جزئی باید قبل از وقوع پارگی مخزن به طور ایمن تخلیه شود. طبق IEC 60871-1، دستگاه های کاهش فشار باید با فشاری ≤ دو برابر فشار آزمایش طراحی کار کنند. نوع شیر کاهش فشار (PRV) نسبت به دیسک پارگی ترجیح داده می شود - PRV پس از عملیات مجدد بسته می شود و یکپارچگی محفظه را حفظ می کند. دیسک پارگی یکبار مصرف است و پس از کار نیاز به تعویض واحد دارد.
• مقاومت تخلیه داخلی: الزام اجباری IEC 60871-1: خازن ها باید در عرض 3 دقیقه پس از قطع شدن منبع تغذیه تا 75 ولت ≤ تخلیه شوند. مقاومت های تخلیه داخلی (معمولاً مقاومت های اکسید فلزی که به طور دائم به موازات عنصر خازن متصل می شوند) ولتاژ باقیمانده ایمن را در این بازه زمانی بدون توجه به مدار تخلیه خارجی تضمین می کنند. این یک الزام ایمنی حیاتی است که باید با آزمایشات معمول در هر واحد تولیدی تأیید شود.

کاهش دما و آب و هوا

IEC 60871-1 کلاس های دمای محیط را برای خازن شنت ولتاژ بالاs . کلاس استاندارد (کلاس A) برای دمای محیط از 25- درجه سانتی گراد حداقل تا 45 درجه سانتی گراد (حداکثر 1 ساعت) و 40 درجه سانتی گراد (متوسط ​​حداکثر 24 ساعت) مشخص شده است. برای نصب های خارج از این محدوده، درجه بندی مورد نیاز است:

• محیط های با دمای بالا (خاور میانه، آسیای استوایی): دمای محیط بالای 40 درجه سانتیگراد (میانگین 24 ساعته) به کاهش توان راکتیو خازن (کاهش ولتاژ کاری) یا انتخاب کلاس B (25- تا 50 درجه سانتیگراد) یا واحدهای درجه حرارت بالا سفارشی نیاز دارد. هر 5 درجه سانتی گراد بالاتر از محیط نامی تقریباً عمر دی الکتریک مورد انتظار را به نصف کاهش می دهد - تخریب حرارتی فیلم پلی پروپیلن به دنبال رابطه آرنیوس با انرژی فعال سازی تقریباً 1.0 ولت است.
• محیط های با دمای پایین (اروپا شمالی، کانادا، ارتفاع بالا): حداقل درجه حرارت کلاس A: -25 درجه سانتیگراد. برای عملکرد زیر 25- درجه سانتیگراد، واحدهای کلاس C (40- تا 45 درجه سانتیگراد) باید مشخص شوند. در دماهای پایین، ویسکوزیته سیال دی الکتریک به طور قابل توجهی افزایش می یابد - نفوذ سیال کافی به عنصر خازن باید در حداقل دمای عملیاتی در طول آزمایش نوع تأیید شود.
• تابش خورشیدی و افزایش دمای محوطه: فضای باز خازن شنت ولتاژ بالاs در معرض تابش مستقیم خورشیدی، دمای داخلی از 5 تا 15 درجه سانتی گراد بالاتر می رود، بسته به رنگ محفظه (خاکستری روشن یا پوشش آلومینیومی برای محیط های با تابش زیاد توصیه می شود)، جهت (روی شمالی ترجیح داده می شود در نیمکره جنوبی؛ رو به جنوب در نیمکره شمالی)، و طراحی تهویه محوطه.

خازن شنت ولتاژ بالا Manufacturer China - منبع یابی و صلاحیت OEM

ارزیابی قابلیت تولید

برای خریداران تاسیسات برقی و پیمانکاران برق صنعتی منبع یابی خازن شنت ولتاژ بالاs از یک خازن شنت ولتاژ بالا manufacturer China ارزیابی قابلیت تولید باید به عوامل تعیین کننده کیفیت فرآیند تولید زیر بپردازد:

• تجهیزات سیم پیچ فیلم: را precision winding of polypropylene film and aluminum foil into capacitor elements requires computer-controlled winding machines with tension control accuracy ±1% and film registration accuracy ±0.1 mm. Film winding quality directly determines the uniformity of dielectric layer thickness and the absence of void defects that initiate partial discharge. High-speed CNC film winding with in-process tension monitoring and automatic defect detection represents the current state-of-the-art in quality control.
• سیستم اشباع خلاء: حذف کامل هوا و رطوبت از عنصر خازن قبل از اشباع سیال دی الکتریک، مهم ترین مرحله فرآیند برای اطمینان طولانی مدت است. رطوبت باقیمانده بالای 50 ppm در سیال دی الکتریک باعث تخریب پیشرونده دی الکتریک در ولتاژ کاری می شود. اشباع خلاء به خلاء پایدار 0.1-1.0 Pa (مطلق) برای حداقل 12 تا 24 ساعت قبل از پر شدن مایع نیاز دارد - قابلیت تأیید شده با اندازه‌گیری میزان نشتی محفظه خلاء.
• تاسیسات تست ولتاژ بالا: آزمایش روتین اضافه ولتاژ AC برای هر واحد تولیدی در 2.0-2.15 × U_N به یک ترانسفورماتور آزمایشی ولتاژ بالا با درجه kVA کافی (حداقل 50 کیلو ولت آمپر برای تست معمول کلاس 10 کیلو ولت؛ 500 کیلو ولت برای کلاس 100 کیلو ولت) نیاز دارد. اندازه‌گیری tan δ و ظرفیت در ولتاژ آزمایش معمولی با استفاده از یک پل دقیق (پل Schering یا معادل خودکار) با عدم قطعیت اندازه‌گیری ± 0.2% برای خازن و ± 0.00002 برای tan δ.
• قابلیت ردیابی و مدیریت کیفیت: گواهینامه ISO 9001:2015 با دامنه ای که به صراحت طراحی، ساخت و آزمایش خازن های قدرت را پوشش می دهد، چارچوب سیستم مدیریت کیفیت را برای تولید ثابت فراهم می کند. نهاد صادرکننده گواهی باید دارای اعتبار IAF برای تولید تجهیزات الکتریکی باشد. صدور گواهینامه CE برای دسترسی به بازار اتحادیه اروپا مستلزم انطباق مستند با دستورالعمل ولتاژ پایین (LVD 2014/35/EU) و دستورالعمل EMC (2014/30/EU) برای محصولات خازن قابل اجرا است.