CApacitor FAILURE ANALYSIS: A TROUBLESHOOTING Cبورصة عمان STUDY

كاتب: توماس M. مزهر, P.E. t.blooming @ ieee.org, إيتون الكهربائية آشفيل, ولاية كارولينا الشمالية

1.0 مقدمة

مصنع معالجة الصلب كانت تعاني الفشل مكثف غير المبررة وعمليات الصمامات في بنك مكثف تحولت تلقائيا. مصنع لفات وارتادت صفائح الفولاذ لصناعة السيارات. أي المشكلة التي تتعارض مع جداول الإنتاج يؤثر على خط القاع. مع زيادة الطلب الإنتاجية, يمكن للمصنع لا تستطيع أن تكرس ساعة عمل للمشاكل المتكررة. تحتاج عمال المصنع لحل المشاكل عند حدوثها بدلا من الاستمرار في استبدال المعدات فشل أو إعادة تشغيل عمليات إيقاف التشغيل.

الحفاظ على عامل القوة مقبول المهم أن المصنع لأن هيكل أسعار فائدة يتضمن عقوبة لانخفاض معامل القدرة. قسم المحاسبة لم تلاحظ انخفاضا في فاتورة الكهرباء عندما أضيفت المكثفات, تثبت أنهم يساهمون بالتأكيد إلى الحد الأدنى.

ويرجع ذلك إلى تحميل متغير على واحد من النبات 480 الحافلات V التي تحتاج إلى تصحيح معامل القدرة, اختار مهندسو المصنع بنك مكثف تحولت تلقائيا مع أربع خطوات متغير. عندما بدأت المكثفات والصمامات في البنك لتفشل زيادة فاتورة الكهرباء وتأثرت العمليات النبات.

2.0 نظام لتوليد الطاقة الكهربائية

2.1. وصف النظام

ويرد مبسطة الرسم من سطر واحد يبين أجزاء من نظام الطاقة ذات الصلة لهذه الورقة في الشكل 1.

الرقم 1. سطر واحد من مخطط نظام الطاقة

يتم تقديم مصنع تصنيع الفولاذ في 13.2 ك في نهاية خط توزيع النفقات العامة شعاعي. هذا الخط يحتوي على نسبة منخفضة نسبيا MVA دائرة قصر لهذا المستوى الجهد. وMVA ماس كهربائى في 13.2 ك هو 55 MVA مع نسبة X / R من 2.99. من القياس, هناك أربعة محولات تخدم أجزاء مختلفة من النبات. وتتراوح هذه المحولات من 1000 إلى 3000 كيلو فولت أمبير.

واحدة من المحولات, ل 13.2 kV-480Y/277 V, 1500 كيلو فولت أمبير، ترتكز دلتا واي مع 5.6% مقاومة, يخدم 480 الحافلة V حيث تم تثبيت البنك مكثف تحولت تلقائيا. هذا هو البنك الذي تشهد إخفاقات مكثف وعمليات الصمامات.

يحتوي البنك مكثف اثنين 50 خطوات ثابتة KVAR وأربعة تحولت خطوات 50 KVAR كل ليصبح المجموع 300 اليسار. المكثفات التي تشكل كل خطوة من الخطوات هي 16.67 اليسار, خلايا من ثلاث مراحل. كل من تقييمات KVAR هي في 480 في. يتم تكوين أي من الخطوات كمرشحات التوافقي. كل 50 محمي من قبل مجموعة KVAR مجموعتها الخاصة من الصمامات الحد الحالي. الخطوات التبديل والخروج من الخدمة تلقائيا استنادا إلى عامل قوة خوارزمية التحكم التصحيح في البنك.

يتم تبديل الخطوات متغير في البنك عن طريق الملامسات الكهربائية والميكانيكية. خوارزمية التحكم مفاتيح الخطوات ويخرجون من أجل الحفاظ على عامل القوة المستهدفة. هناك تأخير الوقت عند التبديل, إما إضافة أو إزالة المكثفات, لتجنب الصيد, تبديل المفرطة ويخرجون من خطوة.

خوارزمية التحكم أيضا يتجنب التحول في خطوة غضون دقيقة واحدة بعد أن تم قطع الاتصال. وهذا يسمح لتبديد تهمة المحاصرين إلى أقل من 50 V قبل إعادة ربط لهم. يتم ذلك بحيث المكثفات ليست في العقوبات معامل القدرة. الإفراج عن نظام تشغيل في عندما يكون لديهم تهمة المحاصرين, كان قدرة يست قضية خاصة على هذا الأمر الذي قد يؤدي إلى خدمة التحويل المفرطة. خطوة متعددة, تحولت تلقائيا عابر البنك. اختير بسبب طبيعة متقطعة من

هذه القيود اثنين تسمح فترات قصيرة من الوقت عندما لا يتم استيفاء المعيار معامل القدرة. على التوازن, لكن, يتم الحفاظ على عامل القوة الشاملة من وجهة نظر الطلب للعرض فوق مستوى مجموعة.

الحمل على هذا 480 ويشمل الحافلات V أربعة محركات DC, خدم من اثنين المحولات العزلة (اثنين من محركات الأقراص في المحولات). هذه الأقراص تعمل بشكل متقطع كما يطالب العملية. متوسط ​​الحمل على الرئيسي 1500 وكان كيلو فولت أمبير المحولات 550 A باستعراضات 990 وخلال القياسات. محركات الأقراص ليست سوى مصادر التوافقي كبيرة على متن الحافلة. عندما رسم محركات الأقراص الأقصى وضعها الراهن, فإنها يمكن أن تشكل حوالي 40% من حمولة الحافلة. هذا لا يحدث في كثير من الأحيان, لكن.

مع المكثفات تصحيح معامل القدرة, يستفيد المصنع تصنيع الفولاذ من دعم الجهد بالإضافة إلى وفورات في التكاليف بسبب انخفاض العديد من الأحمال على هذه الحافلة خاصة.

2.2 وصف للمشكلة

مصنع تصنيع الفولاذ وتعاني من مشاكل مع البنك مكثف تحولت تلقائيا لبعض الوقت قبل أن التحقيق المشكلة. لم تكتشف المشكلة فورا لأن البنك لا فحصها بانتظام. وقد لاحظت هذه المشكلة لأول مرة في فاتورة الكهرباء. رصد دائمة في الموقع قد الكشف عن المشكلة عاجلا.

وكان أول عمل الطبيعي لمجرد استبدال الصمامات في مهب التي تم العثور عليها. وقد لوحظ في وقت لاحق أن بعض الخلايا قد فشلت أيضا مكثف. تم استبدال هذه أيضا. عندما استمرت المشاكل وأجريت دراسة مفصلة.

في وقت القياسات, تم تفجير بعض الصمامات وبعض الخلايا قد فشلت مكثف. الصمامات المتغير في خطوات 1 و 4 تم تفجير واحدة من ثلاثة 16.7 اليسار (ثلاثي الأطوار) الخلايا في الخطوة 3 فشلت حتى الخطوة 3 تم توريد فقط 33.3 KVAR بدلا من الاسمية 50 اليسار.

لم يلاحظ أي سبب واضح خلال القياسات التي تم تنفيذها. إما كانت المشكلة بسبب الآثار التراكمية مع مرور الوقت أو كان مشكلة متقطعة التي لم تحدث خلال القياسات.

حقيقة أن الفشل لم يحدث خلال القياسات التي أجريت مزيد من التحليل اللازمة لتحديد سبب المشكلة. إذا فشل وقعت خلال القياسات, وكان من الممكن تحليل بيانات القياس في وقت الإخفاقات وربما تكون قد تم تحديد السبب قبل ذلك بكثير.

3.0 قياسات نظام السلطة

3.1 التوافقي نتائج القياس

وشملت الأسباب المحتملة لفشل مكثف وعمليات الصمامات التوافقيات المفرطة والعابرين (مدى الجهد). أجريت قياسات لقياس الفولتية والتيارات التوافقية في المكثفات من أجل دراسة ما إذا كانت التوافقيات سبب الفشل. ان مراقبة الطاقة المستخدمة لهذه القياسات أيضا التقاط العابرين إذا كانت لتحدث. أجريت القياسات أيضا على أجزاء أخرى من نظام الطاقة, بما في ذلك محركات DC التي هي معروفة لتتسبب في التوافقيات, كجزء من جهد أكبر دراسة.

متوسط ​​قيم الجهد التشوه التوافقي الكلي (THD) ورمس, أساسي, ويتم عرض الفولتية التوافقي في البنك مكثف مع مختلف تكوينات خطوة KVAR في الجدول 1. تشمل جميع تكوينات أيضا 100 الخطوة الثابتة اليسرى. كل القيم المعطاة هي متوسطات ثلاث مراحل. يتم إعطاء كل التوافقيات في المئة من الأساسية.

أعلى ترتيب حتى التوافقيات مثل 8^ال, 10^ال, 12^ال, 14^ال, لا يتم الإبلاغ عن آخره عادة, لكنها كانت في هذه الحالة. وقد تم ذلك للتحقيق في حالة الرنين التوافقي ممكن بالقرب من تلك الترددات.

متوسط ​​القيم لااا الحالي والتربيعي, أساسي, ويتم عرض التيارات التوافقية التي تتدفق في البنك مكثف مع مختلف تكوينات خطوة KVAR في الجدول 2. تشمل جميع تكوينات أيضا 100 الخطوة الثابتة اليسرى. كل القيم المعطاة هي متوسطات ثلاث مراحل. يتم إعطاء كل التوافقيات في المئة من الأساسية.

متوسط ​​القيم لااا الحالي والتربيعي, أساسي, ويتم عرض التيارات التوافقية التي تتدفق في عدة مواقع مهمة أخرى في الجدول 3. كل القيم المعطاة هي متوسطات ثلاث مراحل. يتم إعطاء كل التوافقيات في المئة من الأساسية. لمحركات DC, يتم تقديم جميع البيانات خلال فترات الحمل كبير. وقت كانت لا تعمل محركات الأقراص لا يتم تضمينها في البيانات في القرص.

جدول 1. ملخص قياس مكثف الجهد

جدول 2. ملخص مكثف القياس الحالي

جدول 3. تحميل ملخص القياس الحالي

تظهر القياسات عالية نسبيا, ولكن من غير المألوف, مستويات التوافقيات التي تنتجها عرض النبض التضمين (PWM) محركات. من خلال المقارنة, التوافقيات في البنك مكثف والمحولات لديها أعلى بكثير من المستويات المتوقعة من 11^ال و 13^ال التوافقيات التوافقيات نسبة إلى حقنها في النظام عن طريق محركات الأقراص. هذا يشير إلى وجود حالة الرنين التوافقي. هو استكشاف هذه الظاهرة أكثر في القسم الرابع, التحليل التوافقي.

3.2 عابر نتائج القياس

خلال القياسات لم يكن هناك سوى عدد قليل من العابرين كبيرة قياس, ومن المتوقع أن يسبب مشاكل أي منها. وكان أعلى الجهد عابر 1.74 وحدة. أي من العابرين مع ارتفاع ملحوظ الجهد استمرت لأكثر من 50 μsec.

والعابرين الجهد الوحيد الذي كان يزيد في المقابل الحالية وبعض مكثف تبديل العابرين. أذكر أن الهدف هو العثور على سبب عمليات الصمامات وكذلك الفشل مكثف. لذا الحالي هو أيضا من الفائدة, الجهد ليس فقط. ويرد واحد من العابرين سجلت في الشكل 7 وقد تمت مناقشته في القسم السادس.

4.0 التحليل التوافقي

IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 519-1992 [2] يناقش الآثار المحتملة للالتوافقيات على المكثفات. أجزاء من القسم 6.5 هذه الوثيقة وترد أدناه:

ومصدر القلق الرئيسي الناشئة عن استخدام المكثفات في نظام الطاقة هو إمكانية نظام الرنين. هذا التأثير سوف يفرض الفولتية والتيارات التي هي أعلى بكثير من أن تكون القضية دون صدى. ومفاعلة من أحد البنوك مكثف يتناقص مع تردد, والبنك, ول, بمثابة بالوعة للالتيارات التوافقية أعلى. هذا التأثير يزيد من الضغوط والتدفئة عازلة. نتيجة لزيادة التدفئة والجهد الإجهاد الناجم عن التوافقيات هي حياة مكثف تقصير.

مضيفا المكثفات سيعطل الجهاز القدرة على ضبطها إلى التوافقي معينة. هذا هو المعروف باسم الرنين المتوازي بين المكثفات والمصدر (بما في ذلك المحولات) الحث. يعرض صدى موازية لمقاومة عالية لحقن التوافقيات في أو بالقرب من تردد الرنين. هذا لا ينبغي الخلط بينه وبين سلسلة الرنين, الذي يستخدم في المرشحات التوافقي لتقديم مقاومة منخفضة إلى تردد بعض لإزالة هذا التردد من النظام.

إذا كان تردد الرنين موازية على مقربة من الترددات التوافقية حقن داخل المصنع, سوف تتضخم الفولتية والتيارات في هذه الترددات. هذا هو الأرجح عند البنك مكثف هو بنك تحولت مع خطوات متعددة لأن هناك العديد من الترددات الرنانة ممكن. الرنين يمكن أن يؤدي إلى زيادة مشاكل التوافقية ويمكن أن يؤدي إلى فشل مكثف.

وأجريت العمليات الحسابية لتقدير الترددات الرنانة من نظام الطاقة مع مستويات مختلفة من السعة على الخط. تردد الرنين نظام, في المحولات الثانوية, يمكن تقدير مع الصيغة التالية. ح هو التوافقي ضبطها للنظام, XC هو مقاومة بالسعة جميع المكثفات متصلة الحافلة الثانوية للمحول, و Xال هو مقاومة استقرائي للمحول (بالإضافة إلى مقاومة الأولية الاستقرائي المصدر, إذا كان متوفرا).

المعلومات عن المحولات #3 هي كما يلي: 1500 كيلو فولت أمبير, Z = 5.6٪, 13.2 kV-480Y/277 V. وMVA ماس كهربائى في 13.2 مستوى كيلو فولت (الابتدائي للمحول) هو 55 MVA مع نسبة X / R من 2.99. الحسابات تردد الرنين أسفرت النتائج المبينة في الجدول 4.

وتظهر بالاشعة مقاومة التوافقي في الشكل 2. تظهر هذه بالاشعة مقاومة في مجموعة من الترددات لمدة ثلاثة تكوينات النظام. التكوين الأولى هي دون أي المكثفات أو مرشحات متصلة المحولات الثانوية. التكوين الثاني هو مع 150 KVAR على الخط, كما كان الحال غالبا خلال القياسات. وconfigurationis الثالث مع 150 استبدال KVAR البنك مكثف مع a4.7^ال مرشح التوافقي.

جدول 4. مدوية تردد الحسابات

يتم تنفيذ المسح مقاومة الأحمال دون النبات متصلة بنظام لتحليل أسوأ الحالات. الأحمال متصلا تميل إلى رطب, وتغيير طفيف, بالاشعة مقاومة النظام عن طريق تقريب الكسور (خفض), وربما تتحرك قليلا, قمم في المؤامرة. الغرض من المسح هو تحديد مقاومة نظام ممكن ترددات الرنين. للسماح لهذه الترددات لتبرز بشكل أكثر وضوحا, يتم إجراء التحليل دون ربط الأحمال النبات إلى نظام.

ومقاومة عالية على تردد معين يعني أن أي التيارات التوافقية حقنها في النظام في ذلك التردد وسوف يسبب تشويه الجهد أكبر من التيارات حقن من نفس الحجم على ترددات مختلفة. تحدث مشكلات الرنين التوافقي عندما يتم حقن التيارات التوافقية في الترددات العالية مع ممانعات.

الرقم 3 ويبين التكبير ممكن من الترددات التوافقية بسبب وجود مكثف البنك أو المصرف مرشح قريب إلى وجود لا. تم تقسيم ممانعات من النظام مع البنك مكثف ومع مرشح من قبل مقاومة للنظام مع لا. ثانية, دون وجود الأحمال مقاوم لتوفير التخميد, وهذا هو أسوأ تحليل الحالة.

الرقم 2. مقاومة مقابل متناسق التردد

 

الرقم 3. التكبير مقابل متناسق التردد

وجود مكثف للبنك يزيد بشكل واضح مجموعة من التوافقيات. التوافقيات مميزة من محركات ستة نبض تشمل 5^ال, 7 , 11 , 13 , 17 , 19 , إلخ, في خفض كميات. ولكن خلال القياسات في الموقع المكثفات والرئيسي 1500 كيلو فولت أمبير المحولات كانوا يحملون أكثر بكثير 11^ال و 13^ال التوافقي الحالي من 5^ال و 7^ال. حدث هذا على الرغم أعلى من ذلك بكثير 5^ال و 7^ال حقن التيار التوافقي. هذا يمكن تفسيره من خلال ضبط للنظام مع البنك مكثف على الخط. من الواضح أن هناك قدرا من الرنين التوافقي في هذا النظام.

باستثناء مجموعة صغيرة من الترددات (ويرجع ذلك إلى صدى موازية للمرشح) سيكون مرشح تميل إلى تقليل مقاومة التوافقي نسبة إلى النظام دون أي المكثفات. تم ضبطها مرشح دون أدنى تردد التوافقية المميزة التي تنتجها محركات ستة نبض لتجنب أي تضخيم التيارات التوافقية التي تنتجها محركات.

الرقم 4 ويبين الخط للخط الجهد والتيار الكلي في البنك مكثف مع 150 KVAR على الخط, سجلت خلال القياسات. تظهر هذه الموجات الطول الموجي ما يمكن التيار والجهد تبدو وكأنها في حالة رنين. نلاحظ أن هناك ترددات إضافية على ركوب 60 الطول الموجي هرتز, خصوصا الموجي الحالي.

مع 150 KVAR على الخط, تقدير الحسابات صدى تقريبا في 11.1^شارع متناسق. ويمكن أيضا أن تضخيم الترددات بالقرب من التوافقي. الموجي الحالي يظهر قوي 11^ال و 13^ال مكونات التوافقي فرضه على 60 هرتز. يمكن التعرف على صدى في الموجي من خلال إحصاء عدد قمم نظرا لتردد الرنين التي تحدث ضمن واحدة 60 دورة هرتز. هذا هو إلى حد ما أقل وضوحا في هذه الحالة لأن هناك على حد سواء 11^ال و 13^ال التوافقيات, ولكن يمكن للمرء أن يعول 11 قمم "المهيمن" في واحد 60 دورة هرتز.

الرقم 5. التوافقي الطيف الحالي من الشكل 4

الرقم 5 يظهر الطيف التوافقي يحسب للالموجي الحالية في الشكل 4. هذا يظهر بوضوح المهيمنة و 13 التوافقيات على الرغم من حقيقة أن الحمل harmonicproducing يتم توليد أكثر 5^ال و 7^ال التيار التوافقي.

لم يتم تنفيذ تحليل التوافقي مفصلة دراسة كيفية مرشح التوافقي يمكن أن تقلل مستويات متناسق وتصميم مثل هذه التصفية بسبب الاكتشافات اللاحقة.

على الرغم من التوافقيات لم يتم العثور لتكون سببا للمشاكل في البنك مكثف, المكثفات كانت تسبب حالة الرنين التوافقي. لهذا السبب, أو إذا التوافقيات تصبح أكثر من مشكلة في المستقبل, أوصي بأن إذا كانت هناك حاجة تصحيح معامل القدرة في أماكن أخرى من المصنع حيث كان هناك عدد أقل من الأحمال التوافقية المنتجة لل, فإنه سيكون فكرة جيدة لنقل هذا البنك مكثف لتلك المنطقة. ثم ينبغي أن تحل محلها بنك تكوين كعامل تصفية التوافقي.

احتمال آخر, لم يتم التحقيق في هذه الدراسة, سيكون ل"دي لحن" البنك مكثف. أليس هذا من شأنه ضبط البنك لتصفية التوافقيات, ولكن لحن لها لتجنب التسبب في الرنين التوافقي. إن إضافة المفاعلات دي الضبط أيضا أن يقلل من مدى الجهد عابرة خلال مكثف التبديل.

5.0 فحص معدات فشل

5.1 مقدمة

في مثل هذه الحالات, تحليلا للمعدات فشلت في كثير من الأحيان تعطي ادلة قيمة وكان هذه الحالة ليست استثناء. الصمامات التي تم تطهيرها السينية X لتحديد سبب عملها. وقد أرسلت هذه الأشعة السينية إلى الصانع للفحص الصمامات. تم فحص خلية مكثف فشل من قبل الشركة المصنعة.

5.2 فحص مكثف

وجدت الشركة المصنعة مكثف أن السوائل العازلة للكهرباء في مكثف فشلت كان أسود تقريبا من رواسب الكربون. هي سبب رواسب الكربون عن طريق الانحناء التي تحرق أو ينهار مواد عازلة.

تصريف الداخلية (أو تنزف حالا) المقاومات (مطلوب من قبل قانون الوطنية الكهربائية [3] لتصريف المكثفات تقييما 600 V وأقل ل 50 V أو أقل خلال دقيقة واحدة) وقد وجدت لحرق وقطع علامات التبويب اتصال. وليس من الواضح ما اذا كان هذا سببا أو نتيجة لفشل.

للتحقق من المقاومات التفريغ في المكثفات التي لم فشلت, تم قطع العديد من المكثفات جيدة من النظام بعد أن كانت على الخط. ثم تم رصد الفولتية لمعرفة ما إذا كانت المكثفات تفريغها بشكل صحيح. في كل حالة, تفريغ المكثفات تشير صحيح أن المقاومات التفريغ ما زالوا على اتصال والقيام بعملهم.

تمت إزالة العديد من المكثفات جيدة أيضا من الخدمة من أجل التحقق من السعة الخاصة بهم. في جميع الحالات كانت السعة قريبة جدا من القيمة المتوقعة.

واقترح الصانع اثنين من الأسباب المحتملة لفشل: التوافقي شروط التعادل والجهد الزائد المفرط الحالي بسبب اتصال متقطع. يمكن أن يكون التيار التوافقي المفرط بسبب محركات السيارات أو شرط الرنانة. اتصال متقطع يمكن أن تترك تهمة المحاصرين على مكثف والذي يمكن أن يؤدي إلى تبديل العابرين أشد (مدى الجهد العالي) عندما يتم إعادة تطبيق الجهد. هذا هو السبب في واحد يجب أن نكون حذرين عند التبديل البنوك مكثف يدويا. عند تشغيل خطوة يدويا قبالة ينبغي أن توقفت لمدة دقيقة واحدة على الأقل من أجل أن الوفاء ل 50 V أو أقل. ويناقش هذا القسم في مزيد السابع, مكثف التبديل العابرون.

5.3 فتيل الخلفية

الصمامات مكثف في هذه الحالة هي الصمامات الحد الحالي. استخدام الصمامات الحد الحالي لحماية المكثفات هو شائع في الفولتية المنخفضة ولكن عموما لم تفعل مع المكثفات متوسطة أو عالية الجهد (4160 V والعالي) ويرجع ذلك إلى التكلفة.

يمكن الصمامات الحد الحالي مسح بطريقتين: الزائد و قصر الدائرة, في كلمات مصنعين الصمامات. ندعو أيضا استشارة المهندسين قوة هذين الحدثين التيار الزائد و الطاقة الدافع (أنا²ر).

قانون الوطنية الكهربائية [3] يعرف الزائد على النحو التالي:

تشغيل المعدات الزائدة عن الطبيعي, تصنيف كامل الحمولة, أو من موصل تتجاوز تقييما ampacity أن, عندما استمرت لفترة كافية من الوقت, من شأنه أن يسبب ضرر أو خطورة ارتفاع درجة الحرارة. وهناك خطأ, مثل حدوث ماس كهربائي أو خطأ الأرض, ليس الزائد.

الزائد هو الحالي الذي هو عادة "ما بين واحد وستة أضعاف المستوى الحالي العادي." [4] وسوف تعمل الصمامات, أو واضحة, إذا كان الزائد موجود لفترة معينة من الزمن على أساس مميزة الوقت الحالي (TCC). إذا كان الزائد قصيرة جدا في المدة, تم تصميم الصمامات عموما تجاهله. مثلا, تدفق السيارات والمحولات energization هي أحداث النظام العادي الذي يسبب تيارات عالية لفترة قصيرة، وينبغي ألا يتسبب في الصمامات لتعمل.

دارة قصيرة هو "التيار الزائد الذي يتجاوز كامل الحمولة العادية الحالية للدائرة بعامل عدة مرات (عشرات, مئات, أو آلاف) أكبر ". [4] خلافا الزائد, وغالبا ما تسبب ماس كهربائى عن طريق خطأ.

قانون الوطنية الكهربائية [3] يعرف الحالي منظم للحماية التيار الزائد كما يلي:

جهاز ..., عند انقطاع التيارات في مجموعتها الحد الحالي, سوف يقلل من التيار المار في الدائرة معيبا إلى حجم أقل بكثير من التي يمكن الحصول عليها في نفس الدائرة إذا تم استبدال الجهاز مع وجود مقاومة موصل صلبة قابلة للمقارنة.

تم تصميم الصمامات الحد الحالي إلى "الحد من حجم الخطأ الحالية الذروة وتقليل المدة الزمنية للخطأ حماية أفضل المعدات." [5] يمكن أن يقطع الدائرة الحالية قصيرة في دورة أقل من نصف واحد, قبل الحالية قد وصلت إلى الصفر الحالي الطبيعية.

خصائص الحد فتيل الحالي, عندما الحالي مرتفع بما فيه الكفاية بالنسبة لهم لتعمل في وضع الحد الحالي, والتي وصفها أعمالهم أنا²القيم ر. أنا²ر هو القيمة التي تتناسب مع الطاقة (الذي سيكون الأول²RT). منذ المقاومة, R, هو ثابت في الصمامات, وأعرب عن أداء الصمامات من حيث أنا (حالي) و ر (وقت) المتغيرات. في كثير من الأحيان أنا²يستخدم ر بالتبادل مع الطاقة, كما سيتم القيام به في بقية هذه الورقة.

"هناك نوعان من القيم الطاقة - الحد الأدنى تذوب أنا²ر والسماح من خلال I²ر. الحد الأدنى تذوب أنا²ر وهذا مؤشر على كمية الطاقة اللازمة لإذابة العنصر فتيل ل. دعونا من خلال I²ر وهذا مؤشر على كمية الطاقة سوف فتيل دعونا من خلال لخطأ قبل التشغيل وتطهير الحالي ". [5]

نوع من الصمامات المستخدمة لحماية البنك مكثف هو مجموعة كاملة الحالي فتيل الحد. وهذا يعني أن لديها TCC الذي يسمح لها بالعمل لالزائدة وكذلك تعمل في وضع الحد الحالي لارتفاع التيارات ماس ​​كهربائى. أنه يحتوي على عناصر منفصلة لأداء كل من هذه الوظائف.

ضمن فتيل هناك "بقعة M" وهو مصنوع من سبيكة التي تم تصميمها لتذوب واضحة لالزائدة ولكن لن تعمل لدوائر قصيرة. هناك أيضا العديد من "نقاط الضعف" أو "الحلقات الضعيفة" التي تم تصميمها تذوب واضحة لدوائر قصيرة ولكن ليس للالزائدة.

إذا كان هناك مشكلة مع التوافقيات المفرطة تسبب إضافية الحالية ثابتة للدولة, هذا ومن المتوقع أن تسبب بقعة M لإذابة واضحة. إذا كان هناك مشكلة مع دوائر قصيرة يتوقع من نقاط الضعف لإذابة واضحة.

5.4 فحص الصمامات

كما ذكر في وقت سابق, الصمامات التي تم تطهيرها السينية X لتحديد سبب عملها. وقد أرسلت هذه الأشعة السينية إلى الصانع للفحص الصمامات.

الرقم 6 يظهر الأشعة السينية ستة من الصمامات التي تطهيرها. في أي من ستة صواعق لم البقعة M تشير الواضح أن الزائد لم يكن لإلقاء اللوم. في كل ستة صواعق واحد, اثنان, أو ثلاث نقاط الضعف تطهيرها. إذا كان هناك ماس كهربائي أو خطأ في بنك مكثف, فإن كل نقاط الضعف أربعة مسحت.

مهندس مع الشركة المصنعة فتيل الذين حللوا الأشعة السينية صرح:

لاحظ كيف لا يتم ذاب البقع 'M' على الروابط. هذا يشير إلى أن التيار كان أكثر من 500% تصنيف الصمامات و. الآن, لم يتم فتح كافة نقاط الضعف. هذا يدل على وجود الزائد, ليس قصيرة. وضع اثنين معا & تحصل على شيء في حجم 600%-800%. يجب التوافقيات فقط إضافة إلى الآثار التدفئة, لا يكون مصدر القلق الرئيسي.

وفقا لالصانع, ال 100 ولم يكن لدى الصمامات الحد الحالي تستخدم لحماية البنك مكثف تذوب الحد الأدنى من أنا²ر من 5,000 A²ثانية والذروة من خلال السماح أنا²ر من 11,000 A²ثانية. وهذا يعني أن للدائرة القصيرة التي كان لها أنا²ر من 5,000 A²ثانية, إن نقاط الضعف في الصمامات تبدأ بالذوبان واضحة. لن يكون من المتوقع لمسح كافة نقاط الضعف, لكن. لحدوث ماس كهربائي عالية جدا, كل من نقاط الضعف وسيكون من المتوقع لمسح.

ل, في جميع الصمامات بالأشعة السينية, 1-3 من نقاط الضعف أربعة تطهيرها فقط, وأنا²كان من المتوقع أن يكون بين ر لهذا الحدث الذي تسبب في الصمامات لتعمل 5,000 و 11,000 A²ثانية.

استنادا إلى هذه المعلومات كان من الواضح الآن أن ذلك كان العابرين والتي كانت تسبب الصمامات لمسح و, على الأرجح, المكثفات تفشل. القسم السابع, مكثف التبديل العابرون, يدرس سبب العابرين والوضع الفريد الذي تسبب العابرين شديدة بشكل غير متوقع أن يحدث.

6.0 تحليل الفشل

6.1 تحليل الصمامات

أظهرت القياسات أن التربيعي الحالية في كل من الصمامات لم نهجها 100 A تقييمات. أذكر أن كل مجموعة من 100 والصمامات يحمي 50 مجموعة KVAR من المكثفات. الحمل الحالي الكاملة لكل 50 مجموعة KVAR هو 60 A. تصنيف الصمامات هو 166% من الحمولة الاسمية الحالية كاملة. عندما تستخدم الطبقات أسرع من الصمامات, وغالبا ما الحجم حتى أنها أعلى.

يتم تحديد تصنيف الصمامات للسماح لتدفق مكثف التيارات (التي يمكن أن تكون أعلى بكثير من حمولة كاملة) عندما يتم تشغيل كل خطوة في. هذا يمنع فتيل من العمل خلال هذه الأحداث النظام العادي.

إذا كانت تسبب التوافقيات التدفئة المفرطة في الصمامات البقعة M ينبغي أن مسح الزائد يدل على حالة الاستقرار. هذا لم يحدث. على الرغم من أن المكثفات وغرق كمية كبيرة جدا من التوافقيات, كانت التوافقيات يست السبب في عمليات الصمامات.

إذا كان هناك خطأ داخل مجلس الوزراء مكثف, يجب أن يكون الحالية مرتفعة بما يكفي لمسح كافة نقاط الضعف في الارتباط الصمامات. المتاحة من ثلاث مراحل قصيرة الدوائر الحالية في 480 حافلة الخامس هو 21.9 كيلو أمبير وتتوفر ماس كهربائى الحالي خط إلى الأرض 24.6 و, كلا النظر فقط مقاومة المصدر والمحولات. لأن كل من نقاط الضعف واضحة لم, خطأ ليس هو السبب المحتمل للعمليات الصمامات.

التيار التقريبي الذي تسبب في الصمامات لتعمل و 600-800 A (600-800% ل 100 فتيل) وفقا لالصانع. ويمكن وضع هذا التيار من عابرة مثل energization مكثف.

المشكلة هي أن بيانات القياس أيضا لم تتضمن أي أحداث عابرة والتي من المتوقع أن تتسبب في الصمامات لتعمل. في الواقع, خلال القياسات كانت هناك إخفاقات.

الموجي عابرة هو مبين في الشكل 7 هو energization مكثف عندما 50 الخطوة ترك 2 وقد نشطت مع القاعدة 100 KVAR بالفعل في الخدمة. كانت التيارات ثابتة للدولة قبل وبعد ما يقرب من energization 124 ألف و 180 A, على التوالي (60 م لكل 50 مجموعة KVAR). كانت الذروة الحالية في هذا الحدث -1480 A. وكان هذا أكبر الذروة الحالية سجلت خلال القياسات.

وأنا²ر المرتبطة 1480 وكان من الذروة 793 A²ثانية. بما في ذلك ذروة الإيجابية التالية يزيد من أنا²ر ل 1058 A²ثانية. هذه هي على حد سواء أقل بكثير من 5,000 A²ثانية تصنيف الصمامات لنقاط الضعف لبدء لإذابة.

ويتم تحليل هذا النوع من الحدث بمزيد من التعمق في القسم السابع من الورق, مكثف التبديل العابرون. في الشكل 7 فمن الجدير بالذكر أيضا صدى في الموجي الحالية مماثلة لتلك التي في الشكل 4.

وخلاصة القول, لم بيانات القياس لا تكشف لماذا الصمامات قد تطهيرها.

6.2 تحليل مكثف

يجب أن يبنى المكثفات على تحمل الفولتية والتيارات التي تزيد من تصنيفاتها وفقا للمعايير. المعيار ينطبق على المكثفات الطاقة IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 18-1992, IEEE القياسية لالتحويلة المكثفات الطاقة. [6] وترد معلومات إضافية في IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 1036-1992, دليل IEEE لتطبيق التحويلة المكثفات الطاقة. [7]

IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 18-1992 يعطي طوارئ حدود المسموح به الزائد المستمر التالية.

• 110% من تصنيف الجهد التربيعي
• 120% من تصنيف الجهد الذروة
• 180% التربيعي من التصنيف الحالي (الاسمية الحالية بناء على تقييم KVAR والجهد)
• 135% من قوة رد الفعل تقييما

تجدر الإشارة إلى أن المكثفات وغالبا ما تنصهر أدناه 180% التربيعي من التصنيف الحالي لذلك 180% لم يتم اقترب الحد عادة.

يتم تحديد وقت قصير الفولتية الزائد في IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 18-1992 وIEEE الأمراض المنقولة جنسيا 1036-1992 وترد أدناه. يذكر أن هذه المعايير مكثف قد يكون من المتوقع أن نرى 300 مثل مدى الجهد في خدمة الحياة.

• 2.20 التربيعي الجهد لكل وحدة ل 0.1 ثانية(6 دورات تردد الأساسية التربيعي)
• 2.00 التربيعي الجهد لكل وحدة ل 0.25 ثانية(15 دورات تردد الأساسية التربيعي)
• 1.70 التربيعي الجهد لكل وحدة ل 1 ثان
• 1.40 التربيعي الجهد لكل وحدة ل 15 ثانية
• 1.30 التربيعي الجهد لكل وحدة ل 1 دقيقة
• 1.25 التربيعي الجهد لكل وحدة ل 30 دقيقة
• معيار الأكبر سنا, IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 18-1980 شملت أيضا مدى الجهد يجوز التالية.
• 3.00 لكل وحدة الجهد التربيعي ل0.0083seconds (½ دورة RMS تردد الأساسية)
• 2.70 لكل وحدة الجهد التربيعي ل0.0167seconds (1 دورة تردد الأساسية التربيعي)

تم تجاوز أيا من هذه التفاوتات خلال القياسات.

7.0 مكثف التبديل العابرون

7.1 نظرة عامة

A مكثف التحول هو حدث عابر النظام العادية التي يمكن أن تحدث عندما يتم تنشيط مكثف. يحدث هذا عابرة بسبب الفرق بين الجهد النظام والجهد على مكثف. ومن الخصائص الأساسية من المكثفات هو أن الجهد عبر لهم لا يمكن تغيير فوري. إذا مكثف هو عند مستوى الصفر الجهد ويتم تطبيق نظام الجهد إليها, سوف يتم سحبها النظام الجهد وصولا الى ما يقرب من الصفر حظات.

ثم سوف يكون هناك تدفق الحالية مكثف كما التهم مكثف. فإن الجهد على مكثف ثم استعادة ويقفز نظام الجهد, ثم التأرجح حول نظام الجهد. فمن الممكن لهذا الجهد الزائد للوصول إلى 2.0 وحدة (ضعف نظام ذروة الجهد) إذا كان مكثف هو بدون تهمة البداية. التخميد النظام (مقاومة) عادة ما يبقي هذا الجهد الزائد دون ذروة النظرية.

ستواصل الجهد مكثف إلى التأرجح حول 60 هرتز الموجي الأساسية, مع التذبذب تدريجيا ثبط من الحصول على, عادة في غضون دورة. فإن حجم عابرة وترددها التذبذب سمة تعتمد على خصائص نظام الطاقة الكهربائية في السؤال.

الرقم 7. قياس المكثفات Energization عابر

فإن حجم عابرة تختلف بناء على متغيرين في وقت التبديل.

هذه المتغيرات هي الجهد الأولي على مكثف (تهمة المحاصرين, عادة قريبة من الصفر إذا تم السماح مكثف للوفاء) ونظام الجهد لحظية في وقت التبديل. وكلما زاد الفرق بين هذه الفولتية اثنين, وكلما زاد حجم عابرة. سوف عابرة أسوأ الحالات تحدث عندما يكون النظام الجهد هو في ذروة الجهد وهناك رسوم على المحاصرين مكثف من ذروة نظام الجهد في قطبية المعاكس.

أذكر أن قانون الوطنية الكهربائية يتطلب المقاومات والمكثفات لأداء تقييما 600 V وأقل ل 50 V أو أقل خلال دقيقة واحدة. خوارزمية التحكم في البنك مكثف يتجنب التحول في خطوة غضون دقيقة واحدة بعد أن تم قطع الاتصال. حتى في التشغيل العادي يجب أن يكون هناك رسوم المحاصرين قليلا جدا على المكثفات عند التبديل.

إذا كان الجهد عابرة عالية بما فيه الكفاية مكثف من الممكن ان تفشل فورا. إن لم يكن, الآثار التراكمية من الفولتية عابرة (أكبر من ذروة نظام الجهد) قد نشدد على عازلة لنقطة الفشل على مر الزمن. فإن التيارات العابرة تسبب ارتفاع أنا²مستويات طن

الرقم 8. عابر مكثف energization (نعم.) في المسؤول قبل على المكثفات, أنا²ر = 1،857 ألف²ثانية

7.2 مكثف Energization المحاكاة

أجريت محاكاة مكثف energization لسببين. وأشارت الحدث الذي تسبب في الفشل لم مكثف وعمليات الصمامات لا تحدث خلال القياسات وفحص الصمامات التي العابرين كانت السبب المحتمل. تم استخدام المعلومات من نظام الطاقة مصنع تصنيع الفولاذ لمحاكاة بعض مكثف تبديل الأحداث في ظل ظروف مختلفة.

الرقم 8 يظهر energization ل 50 الخطوة مكثف KVAR مع أي رسوم المحاصرين ومع أي خطوات أخرى مكثف في الخدمة. وقع energization في نظام ذروة الجهد. هذا وأنا transienthad²ر من 1,857 A ثانية.

من دون أي تهمة على المكثفات التي تحولت إلى حلبة, وأنا²ر القيم الموجودة في الأسفل 5,000 A²ثانية, تذوب الدنيا أنا²قيمة طن من الصمامات المستخدمة لحماية المكثفات. هذا هو, بالطبع, والنتيجة المتوقعة. إذا لم تكن هذه هي الحالة, فإن الصمامات تعمل بانتظام للأحداث النظام الموحد.

الرقم 9 يظهر energization ل 50 الخطوة مكثف KVAR مع المحاصرين تهمة ودون أي خطوات أخرى مكثف في الخدمة. وقع energization في نظام ذروة الجهد. كان هذا عابرة لر الأول من 5,661 A ثانية.

الرقم 9. عابر مكثف energization (نعم.) المسؤول قبل على المكثفات (-300 في), أنا²ر = 5،661 ألف²هوج

 

7.3 العودة إلى العودة مكثف التبديل

يسمى نوع آخر من التحول مكثف عابرة للعودة إلى الوراء التحول. هذا هو عندما يتم تبديل مكثف الثانية على مقربة من مكثف تنشيط سابقا. في هذه الحالة حدوث عابرة سريعا للمشاركة في المكثفات اثنين عهدتهم مع بعضها البعض، وتأتي إلى نفس الجهد. ثم هناك عابرة أخرى حيث يتحرك هذا الزوج من المكثفات يسبب الجهد إلى التأرجح حول 60 هرتز الجهد الأساسية, كما هو موضح أعلاه, كما لو كانت أحد البنوك مكثف واحد.

الرقم 10 يظهر energization ل 50 الخطوة مكثف KVAR مع تهمة المحاصرين ومع 150 KVAR من الخطوات الأخرى مكثف في الخدمة. وقع energization في نظام ذروة الجهد. كان هذا عابرة وأنا²ر من 5,178 A²ثانية. النطاق الزمني لالشكل 10 وأسرع كثيرا من ذلك في في أرقام 8 و 9. وقد تم ذلك لإظهار أفضل عابرة ارتفاع وتيرة الأولية.

الرقم 10. العودة إلى العودة مكثف التبديل (نعم.) المسؤول قبل على المكثفات (-350 في), I2t = 5،178 A2sec

7.4 المحاصرين المسؤول

 

أجريت محاكاة لتحديد ما إذا مكثف تبديل العابرين كان يمكن أن يكون قادرا على أن يسبب الفشل. أشارت نتائج المحاكاة أن العابرين مكثف التحول يمكن أن تولد عالية بما فيه الكفاية أنا²ر إلى مستويات تتسبب في الصمامات بالعمل. كان هذا صحيحا فقط إذا كانت هناك مستويات عالية من تهمة المحاصرين على الخطوة مكثف يجري في تحول وكان نظام الجهد قرب ذروته في وقت تبديل.

مع مستويات عالية من تهمة المحاصرين خلال التحول, يمكن الفولتية مكثف أيضا تصل إلى أكثر من جيد 2.0 وحدة. قد لا تسبب هذه المستويات المكثفات إلى فشل على الفور ولكن يمكن أن يسبب تدهور التراكمي للعازل مكثف, مما يؤدي في النهاية إلى فشل.

_أنا²

حتى مع أسوأ الظروف حالة, أن هذه المستويات ر لا تصل إلى الذروة من خلال السماح I²طن من الصمامات. نتائج المحاكاة بالتالي فهي تتفق مع حقيقة أن ليس كل نقاط الضعف في أي من الصمامات قد أخلى.

مع هذه المعلومات, استبدال الكهربائيين النبات الملامسات التي يعتقد أحيانا الثرثرة. عندما استمرت المشاكل, لاحظ الكهرباء تشغيل والمكثفات في نهاية المطاف استبدال لوحة التحكم في البنك مكثف. منذ ذلك الوقت لم تكن هناك أي فشل مكثف أو عمليات الصمامات في البنك.

 

المراجع

[1] "العابرون في أنظمة الطاقة الكهربائية,"الطبعة الثانية, ألان غرينوود, © جون وايلي & أبناء, المؤتمر الوطني العراقي. 1991.

[2] IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 519-1992, "IEEE الممارسات الموصى بها ومتطلبات HarmonicControl في نظم القوى الكهربائية,"© معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات, المؤتمر الوطني العراقي. 1993.

[3] NFPA 70, كود الكهربائية الوطنية, 1999 طبعة, © الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق, المؤتمر الوطني العراقي. 1998.

[4] "SPD حماية كتيب الكهربائية - اختيار أجهزة وقائية بناء على قانون الوطنية الكهربائية,"© تابع بوسمان, صناعات كوبر 1992

[5] "نظام توزيع التيار الزائد ProtectionWorkshop - دورة ملاحظات,"© كوبر PowerSystems, المؤتمر الوطني العراقي. 1996.

[6] IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 18-1992, "IEEE القياسية لالتحويلة المكثفات الطاقة,"© معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات, المؤتمر الوطني العراقي. 1993.

[7] IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 1036-1992, "دليل IEEE لتطبيق التحويلة المكثفات الطاقة,"© معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات, المؤتمر الوطني العراقي. 1993.

 

البلاغ السيرة الذاتية

توماس M. مزهر, P.E. هو مهندس المنتج التطبيق لشعبة الجودة قوة إيتون الكهربائية. تلقى توم B.S. في الهندسة الكهربائية من جامعة ماركويت, وM. المهندس. في هندسة الطاقة الكهربائية من معهد البوليتكنيك رينسيلار, وM.B.A. من كيلر مدرسة الدراسات العليا للإدارة. توم يعمل في المجموعة تصحيح معامل القدرة الكهربائية من إيتون (قسم الجودة السلطة). انه يعالج القضايا المتعلقة بتطبيق معامل القدرة البنوك تصحيح مكثف, المرشحات التوافقي, البنوك مكثف staticswitched, والمرشحات التوافقي النشطة, فضلا عن المسائل المتعلقة بالجودة العديد من السلطة. توم عملت سابقا في كاتلر هامر، الخدمات الهندسية & أنظمة (CHESS) وقدمت مجموعة عملاء مع الطاقة الكهربائية الخبرات الهندسية, التركيز في مجالات نوعية الطاقة والموثوقية. كان أداء توم العديد من القياسات والدراسات. وبالإضافة إلى ذلك, فقد نشرت الصحف الفنية وورش العمل تدرس الهندسة وحلقات دراسية تدريبية حول قضايا نوعية الطاقة.