콘덴서 고장 분석 (이튼)

CApacitor 에프AILURE ANALYSIS: TROUBLESHOOTING CASE 에스이 방법

저자: 토마스 M. 지독한, 체육 시간. t.blooming @ ieee.org, 이튼 전기 Asheville, 노스 캐롤라이나

1.0 소개

철강 가공 공장은 자동으로 전환 콘덴서 은행에 원인 불명의 콘덴서 오류 및 퓨즈 작업을 체험했다. 공장은 자동차 산업에 대한 시트 강철을 롤백하고 galvanizes. 생산 일정을 방해하는 모든 문제는 하단 라인에 영향을 미치는. 생산성 향상의 요구에, 공장은 되풀이 문제에 사람이 시간을 투자 할 여유가 없습니다. 공장 직원들은 발생하는 문제를 해결하기보다는 실패 장비를 대체 할 계속 프로세스를 종료 다운 다시 시작해야합니다.

유틸리티 요금 구조는 낮은 전력 요소에 대한 처벌이 포함되어 있기 때문에 허용 역률을 유지하는 것은 공장에 중요합니다. 회계 부서는 커패시터가 추가 된 때 전기 요금의 감소를 발견 한, 확실히 하단 라인에 기여하는 증명.

공장의 중 하나에 변수를 로딩으로 인해 480 V 버스 필요한 역률 보정이, 공장의 엔지니어 네 변수 단계를 자동으로 전환 콘덴서 은행을 선택. 은행에 캐패시터 및 퓨즈 실패하기 시작하면 전기 요금이 증가하고 공장 프로세스가 영향을받은.

2.0 전력 시스템

2.1. 시스템 설명

이 글과 관련된 전력 시스템의 일부를 보여주는 간단한 한 줄 다이어그램은 그림에 표시되어 1.

그림 1. 전원 시스템의 한 라인 다이어그램

철강 가공 공장에서 드실 수 있습니다 13.2 레이디 얼 오버 헤드 분포 라인의 끝에 KV. 이 줄이 전압 레벨에 대한 상대적으로 낮은 단락 MVA 있습니다. 의 단락 회로 MVA 13.2 KV는 55 의 X / R 비율 MVA 2.99. 측광에서, 식물의 여러 부분을 제공하는 네 변압기가 있습니다. 이 변압기 범위 1000 에 3000 KVA.

변압기 중 하나, a 13.2 kV-480Y/277에서, 1500 와 KVA 델타 - 접지 우아이 자 5.6% 임피던스, 를 제공 480 자동으로 전환 커패시터 은행이 설치되어있는 V 버스. 이 콘덴서 고장 및 퓨즈 작업을 경험 한이 은행입니다.

콘덴서 은행은 두가 포함되어 있습니다 50 kvar 고정 단계와 네 개의 전환 단계 50 총 각을 kvar 300 왼쪽. 각 단계를 구성하는 커패시터는 16.67 왼쪽, 삼상 세포. kvar 등급의 모든에 있습니다 480 에. 단계 중 어느 것도이 조화 필터로 구성되지 않습니다. 각각의 50 kvar 그룹은 전류 제한 퓨즈 자체의 집합에 의해 보호됩니다. 단계의 전환 아웃 서비스를 자동으로 은행의 역률 보정 제어 알고리즘에 따라.

은행에 변수 단계는 전자 기계 접촉기에 의해 전환 아르. 제어 알고리즘은 대상 역률을 유지하기 위해 및 아웃 단계를 전환. 전환 할 때 약간의 시간이 지연이, 중 콘덴서를 추가하거나 제거, 사냥을 방지하기, 단계의 확대 및 과도한 스위칭.

제어 알고리즘은 또한이 연결이 끊어졌습니다시 1 분 내에 단계에서 전환 방지. 이 덫 요금 미만 분산 할 수 있습니다 50 V를 다시 연결하기 전에. 콘덴서는 역률을 처벌하지 않도록이 작업은 완료. 시스템의 릴리스가 덫 요금이 때 전환, 용량은 과도한 스위칭 서비스 될 수 있습니다 특정의​​ 문제가 아니라. 여러 단계, 은행이 과도 자동 전환. 때문에 간헐적 인 자연 선택되었다

역률 기준이 충족되지 않은 경우이 두 제한 시간이 짧은 기간을 허용. 잔액에, 그러나, 보기의 수요 지점에서 전체 전력 요소가 설정 레벨보다 위에 유지.

이에 대한 부하 480 V 버스 네 DC 드라이브를 포함, 이 절연 변압기에서 제공 (변압기 당 두 개의 드라이브). 프로세스가 요구하는 이러한 드라이브가 간헐적으로 작동. 메인에있는 평균 로딩 1500 KVA 변압기였다 550 의 최대 990 측정 중. 드라이브는 버스의 유일한 중요한 고조파 소스입니다. 드라이브는 최대 전류를 그릴 때, 그들은에 대해 포함 할 수있다 40% 버스로드. 이것은 매우 자주 발생하지 않습니다, 그러나.

역률 보정 커패시터와, 뿐만 아니라 전압 지원에서 철강 가공 공장 혜택이 특정 버스의 감소로드의 많은으로 인해 절감 비용.

2.2 문제에 대한 설명

사람들이이 문제를 조사하기 전에 철강 가공 공장은 몇 시간 동안 자동으로 전환 커패시터 은행에 문제가 발생했습니다. 은행 정기적으로 확인되지 않기 때문에이 문제는 즉시 발견되지 않았습니다. 문제는 전기 요금에 발견 된. 영구 현장 모니터링은 빨리 문제를 발견했을 수 있습니다.

자연 첫번째 활동은 단순히 발견 된 퓨즈가 나갔나을 대체하는 것이 었습니다. 그것은 나중에 어떤 콘덴서 세포도 실패했다 것으로 나타났습니다되었습니다. 이러한도 교체했습니다. 문제가 지속되면 자세한 검사가 수행되었다.

측정시, 일부 퓨즈는 무너졌고 된 일부 커패시터 셀 실패했습니다. 변수 단계에있는 퓨즈 1 과 4 무너졌고 세 중 하나되었습니다 16.7 왼쪽 (삼상의) 단계의 셀 3 그래서 단계 실패했습니다 3 만 공급되었다 33.3 오히려 그 공칭보다 kvar 50 왼쪽.

명백한 원인이 수행 된 측정 기간 동안 관찰되지 않았. 어느 문제가 시간이 지남에 따라 누적 효과로 인해했다거나 측정하는 동안 발생하지 않은 간헐적으로 문제가 발생했습니다.

오류가 측정 중에 발생하지 않은 사실은 문제의 원인을 확인할 수 추가 분석이 필요 한. 실패는 측정하는 동안 발생했다면, 실패시 측정 데이터를 분석 한 수 있고 원인은 훨씬 빨리 결정되었을 수도 있습니다.

3.0 전력 시스템 측정

3.1 고조파 측정 결과

콘덴서 고장 및 퓨즈 작업의 가능한 원인은 과도한 고조파와 과도를 포함 (overvoltages). 측정 고조파는 실패의 원인하는지 여부를 연구하기 위해 콘덴서에 고조파 전압 및 전류를 정량화하기 위해 수행되었다. 가 발생 할 경우 이러한 측정에 사용되는 전력 모니터는 과도을 잡을 것. 측정은 전력 시스템의 다른 부분에서 수행되었습니다, 고조파를 일으키는 것으로 알려져 있습니다 직류 드라이브를 포함, 더 큰 연구 노력의 일환으로.

전압 총 고조파 왜곡에 대한 평균 값 (THD) 그리고 RMS에게, 기본적인, 서로 다른 kvar 단계 구성과 콘덴서 은행 고조파 전압은 표에 표시됩니다 1. 모든 구성도 포함 100 kvar 고정 단계. 주어진 모든 값은 삼상 평균 아르. 모든 고조파는 기본의 비율로 진행됩니다.

예와 같은 높은 순서에도 고조파 8^일, 10^일, 12^일, 14^일, 등등은 일반적으로보고되지 않습니다, 하지만이 경우에 있었어. 이것은 그 주파수 근처에 가능한 고조파 공진 상태를 조사하기 위해 이루어졌다.

현재 THD 및 RMS에 대한 평균 값, 기본적인, 서로 다른 kvar 단계 구성과 콘덴서 은행에 흐르는 고조파 전류는 표에 표시됩니다 2. 모든 구성도 포함 100 kvar 고정 단계. 주어진 모든 값은 삼상 평균 아르. 모든 고조파는 기본의 비율로 진행됩니다.

현재 THD 및 RMS에 대한 평균 값, 기본적인, 여러 다른 중요한 위치에 흐르는 고조파 전류는 표에 표시됩니다 3. 주어진 모든 값은 삼상 평균 아르. 모든 고조파는 기본의 비율로 진행됩니다. DC 드라이브에 대한, 모든 데이터가 중요한 부하의 기간 동안 제공됩니다. 드라이브가 작동하지 않은 시간은 드라이브 데이터에 포함되지 않습니다.

표 1. 콘덴서 전압 측정 요약

표 2. 콘덴서 전류 측정 요약

표 3. 전류 측정 요약을로드

측정은 상대적으로 높은 표시, 하지만 특이한하지, 고조파의 수준은 변조 된 펄스 폭에 의해 생성되는 (PWM) 드라이브. 비교함으로써, 콘덴서 은행과 변압기의 고조파가의 예상 수준보다 훨씬 높은 수 있습니다 11^일 과 13^일 드라이브가 시스템에 주입 고조파를 기준으로 고조파. 이 고조파 공진 조건을 제시. 이러한 현상은 제 IV에 대한 추가 탐색합니다, 고조파 분석.

3.2 과도 측정 결과

측정의 과정에서 측정 몇 중요한 과도가 있었어, 은 전혀 문제가 발생할 것으로 예상되지 않습니다 것입니다. 과도 가장 높은 전압했습니다 1.74 단위 당. 상당히 높은 전압 과도 중 어느 것도 이상 지속되지 50 μsec.

현재에 해당하는 증가를 가진 유일한 전압 과도 일부 커패시터 스위칭 과도했다. 목적은 퓨즈 작업의 원인뿐만 아니라 콘덴서 고장을 발견하는 것입니다 기억. 따라서 전류는 관심 있습니다, 뿐만 아니라 전압. 기록 된 과도 중 하나는 그림에 표시됩니다 7 그리고 제 VI에 설명되어.

4.0 고조파 분석

IEEE 표준 519-1992 [2] 콘덴서에 고조파의 가능한 효과를 설명. 섹션의 일부 6.5 이 문서의 아래에 표시됩니다:

전력 시스템의 콘덴서의 사용에서 발생하는 주요 문제는 시스템 공명의 가능성이다. 이 효과는 전압과보다 상당히 높다 전류를 부과하는 것은 공명하지 않고 경우 것. 콘덴서 은행의 리액턴스는 주파수 감소, 그리고 은행에, 따라서, 고조파 전류의 싱크 등의 행위. 이 효과는 난방과 유전체 스트레스를 증가. 고조파에 의해에 대해 가져온 증가 난방 및 전압 스트레스의 결과는 짧은 커패시터 생활이다.

커패시터를 추가하면 전원 시스템이 특정 고조파로 조정이 적용되지 않습니다. 이것은 커패시터와 소스 사이에 병렬 공진으로 알려져 있습니다 (변압기를 포함) 인덕턴스. 병렬 공진은 공진 주파수에서 또는 근처에 주입 고조파에 높은 임피던스를 제공합니다. 이것은 시리즈 공명과 혼동해서는 안됩니다, 하는이 시스템에서 해당 주파수를 제거하는 특정 주파수로 낮은 임피던스를 제공하기 위해 고조파 필터에 사용된다.

병렬 공진 주파수는 공장 내 주입 고조파 주파수에 가까운 경우, 이 주파수에서 전압과 전류가 증폭 될 것입니다. 몇 가지 공진 주파수가 없기 때문에 이러한 커패시터 은행은 여러 단계로 전환 은행 인 경우 확률이 더 높아집니다. 공명 증가 고조파 문제가 발생할 수 있으며, 커패시터 실패로 이어질 수.

계산 용량의 다른 수준에 온라인으로 전원 시스템의 공진 주파수를 추정하기 위해 수행되었다. 시스템의 공진 주파수, 변압기 차에, 다음과 같은 방식으로 추정 할 수. H 시스템의 조정 고조파입니다, 엑스C 변압기의 보조 버스에 연결된 모든 커패시터의 용량 임피던스이다, 과 엑스L 변압기의 유도 임피던스이다 (플러스 기본 소스 유도 임피던스, 가능한 경우).

변압기에 대한 정보 #3 이 다음과 같이: 1500 KVA, Z = 5.6 %, 13.2 kV-480Y/277에서. 의 단락 회로 MVA 13.2 KV 수준 (변압기의 주) 이 55 의 X / R 비율 MVA 2.99. 공진 주파수 계산 결과가 표에 표시 굴복 4.

고조파 임피던스 검사는 그림에 표시됩니다 2. 이 검사는 세 시스템 구성을위한 주파수 범위에서 임피던스를 표시. 첫 번째 구성은 변압기 차에 연결된 커패시터 또는 필터없이. 두 번째 구성과 함께 150 kvar 온라인, 자주 측정하는 동안 사건이었다로. 와 세 번째 configurationis 150 kvar 커패시터 은행은 a4.7로 교체^일 고조파 필터.

표 4. 공진 주파수 계산

임피던스 검사는 최악의 경우 분석 시스템에 연결 식물의로드없이 수행됩니다. 연결로드 펌프하는 경향이, 그리고 약간 변경, 반올림하여 시스템의 임피던스 검사 (저하), 그리고 아마도 약간 이동, 음모의 봉우리. 임피던스 검사의 목적은 가능한 시스템 공진 주파수를 식별하는 것입니다. 이 주파수가 더 명확하게 돋보일 수 있도록 허용하려면, 분석 시스템에 공장 부하를 연결하지 않고 수행됩니다.

주어진 주파수에서 높은 임피던스는 그 주파수에서 시스템에 주입하는 고조파 전류는 다른 주파수에서 동일한 크기의 주입 전류보다 큰 전압 왜곡의 원인이된다는 것을 의미합니다. 고조파 전류는 높은 임피던스와 주파수에 주입 할 때 고조파 공진 문제가 발생.

그림 3 도를 갖는에 커패시터 은행이나 필터 은행 상대의 존재로 인해 고조파 주파수의 가능한 배율을 보여줍니다. 콘덴서 은행 및 필터 시스템의 임피던스가도있는 시스템의 임피던스로 나누어되었습니다. 다시, 댐핑을 제공하는 저항 부하의 존재없이, 이 최악의 경우 분석입니다.

그림 2. 임피던스 대 주파수 고조파

 

그림 3. 고조파 주파수 대 확대

콘덴서 은행의 존재는 분명 고조파의 범위를 증폭. 여섯 펄스 드라이브의 특성 고조파가 포함 5^일, 7 , 11 , 13 , 17 , 19 , 등, 양의 감소에. 그러나 현장 측정시 캐패시터 및 주요 1500 KVA 변압기 훨씬 더 많은 운반되었다 11^일 과 13^일 보다 고조파 전류 5^일 과 7^일. 이 훨씬 더 높은에도 불구하고 발생 5^일 과 7^일 고조파 전류 주사. 이것은 커패시터 은행 온라인으로 시스템의 튜닝에 의해 설명 될 수있다. 이 시스템의 고조파 공진 어느 정도는 분명히 있습니다.

주파수의 작은 범위를 제외하고 (필터의 병렬 공진에 의한) 필터는 커패시터없이 시스템에 고조파 임피던스 상대를 감소하는 경향이 것. 필터는 드라이브에 의해 생성 된 고조파 전류를 증폭 방지하기 위해 6 펄스 드라이브에 의해 생성 된 낮은 특성 고조파 주파수 아래 맞춰져 있었죠.

그림 4 표시 커패시터 은행에 라인 대 라인 전압과 총 전류와 150 kvar 온라인, 측정하는 동안 기록. 이 파형은 전류 및 전압 파형이 공진 상태에 어떤 식으로 보여 질지 보여. 를 타고 추가 주파수가 있습니다 60 Hz에서 파형, 특히 전류 파형.

과 150 kvar 온라인, 계산은 약에서 공명을 추정 11.1^세인트 조화적인. 이 고조파 주파수 근처도 증폭 될 수있다. 전류 파형은 강한을 보여줍니다 11^일 과 13^일 고조파 구성 요소에 겹쳐 60 Hz에서. 공명은 하나에 의해 발생하는 공진 주파수로 봉우리의 수를 계산하여 파형에서 확인하실 수 있습니다 60 Hz에서주기. 모두가 있기 때문에이이 경우 다소 명확하다 11^일 과 13^일 화성학, 하지만 그 중 하나가 셀 수 11 하나에 '지배적 인'봉우리 60 Hz에서주기.

그림 5. 그림에서 고조파 전류 스펙트럼 4

그림 5 그림에서 전류 파형에 대해 계산 고조파 스펙트럼을 보여줍니다 4. 분명 지배적을 표​​시하고 13 조화 - 생산 부하를 더 생성 있다는 사실에도 불구하고 고조파 5^일 과 7^일 현재 고조파.

고조파 필터가 고조파 수준을 줄일 수 방법을 공부하고 이러한 필터를 설계 자세한 고조파 분석 인해 이후의 발견으로 수행되지 않았습니다.

고조파는 콘덴서 은행의 문제의 원인이 발견되지 않았습니다하지만, 콘덴서는 고조파 공진 상황을 초래. 이런 이유로, 또는 고조파 앞으로 문제가 더 될 경우, 그것은 경우 역률 보정은 다른 곳보다 적은 고조파 - 생산로드가 있던 공장에서 필요한 것을 권장했습니다, 그것은 그 지역이 콘덴서 은행을 이동하는 것이 좋습니다 것. 그런 다음 고조파 필터로 구성된 은행으로 대체해야합니다.

또 다른 가능성, 이 연구에서 조사하지, "드 조정"커패시터 은행 것. 이 고조파를 필터링 할 수있는 은행을 조정하지 않을, 하지만 고조파 공진을 일으키는 것을 방지하기 위하여 그것을 조정 것이다. 드 조정 반응기의 추가는 커패시터 스위칭 동안 과도 overvoltages를 줄일 것.

5.0 실패 장비의 시험

5.1 소개

이런 경우에, 실패한 장비의 분석은 종종 귀중한 단서를 얻을이 경우도 예외 없었다. 삭제 한 퓨즈는 작업의 원인을 확인하기 위해 X-레이 검사되었습니다. 이 X-레이 검사에 대한 퓨즈 제조업체를 보냈습니다. 실패 커패시터 셀은 제조업체가 조사되었다.

5.2 콘덴서 시험

콘덴서 제조업체 실패 커패시터의 유전체 유체가 탄소 예금에서 거의 검은 색 것으로 나타났습니다. 탄소 예금은 유전체 자료를 타거나 분해 아킹로 인해 발생합니다.

내부 방전 (또는 피 오프) 저항 (국립 전기 코드에서 요구하는 [3] 평가 커패시터를 방전하는 600 V 낮은에 50 V 또는 분 내로 이하) 연결 탭을 불 태우고 연결이 끊긴 것으로 발견. 그것은이 실패의 원인이나 효과했는지 확실하지 않습니다.

실패하지 않았 커패시터의 방전 저항을 확인하려면, 사람들이 온라인 된 후 좋은 커패시터의 여러가 시스템에서 연결이 끊긴 된. 전압은 다음 커패시터가 제대로 배출 여부를 감시했다. 모든 경우에, 커패시터가 제대로 배출 저항이 여전히 연결하고 일을하고 있다는 의미 배출.

여러 좋은 콘덴서는 또한 용량을 확인하기 위해 서비스에서 삭제되었습니다. 모든 경우에있어서 정전 용량은 예상 값에서 매우 가깝했다.

제조업체는 실패에 대한 두 가지 가능한 원인을 제안: 과도한 고조파 전류 드로우와 간헐적 인 연결로 인해 과전압 조건. 과도한 고조파 전류는 모터 드라이브 또는 공진 조건으로 인해있을 수. 간헐적 인 연결은 더 심각 스위칭 과도 될 수있는 콘덴서에 갇혀 요금을 남길 수 있습니다 (높은 overvoltages) 전압은 다시 적용되는 경우. 수동으로 콘덴서 은행을 전환 할 때 하나가 조심해야하는 이유는. 가에 배출하는 단계를 수동으로 스위치 오프 할 때 그것은 최소 1 분 중단해야합니다 50 V 이하. 이것은 제 VII에 대한 추가 설명되어 있습니다, 콘덴서 스위칭 과도.

5.3 배경 융합

이 경우 콘덴서 퓨즈는 전​​류 제한 퓨즈 아르. 콘덴서를 보호하기 위해 전류 제한 퓨즈를 사용하면 낮은 전압에서 일반적인이지만, 일반적으로 보통 또는 높은 전압 콘덴서 짓을하지 않습니다 (4160 V 이상) 비용으로 인해.

전류 제한 퓨즈는 다음 두 가지 방법으로 지울 수 있습니다: 초과 적재 과 단락, 퓨즈 제조업체의 말. 컨설팅 전력 엔지니어는 전화 두 사건 과전류 과 충동 에너지 (나는²티).

국립 전기 코드 [3] 다음과 같은 과부하를 정의:

일반 초과하는 장비의 운영, 전체 하중 평가, 또는 정격 ampacity 초과하는 도체의, 그 시간의 충분한 기간 동안 지속되면, 손상 또는 위험이 과열 발생. 오류, 같은 단락 또는 지락 등, 과부하가 아닙니다.

과부하가 일반적 현재는 "하나 6 배 정상적인 현재 수준 사이에." [4] 퓨즈가 작동합니다, 또는 맑은, 과부하는 시간이 현재의 특성에 따라 일정 기간 동안 존재하는 경우 (TCC). 과부하가 기간이 매우 짧은 경우, 퓨즈는 일반적으로 그것을 무시하도록 설계되어 있습니다. 예를 들면, 모터 유입 및 변압기 전류 공급은 짧은 시간에 높은 전류를 일으킬 정상적인 시스템 이벤트이며 퓨즈가 작동하는 원인 없습니다.

짧은 회로는 "요소에 의해 회로의 일반 전체 부하 전류를 초과하는 과전류 여러 번입니다 (수십, 수백, 또는 수천) 더. " [4] 과부하는 달리, 짧은 회로는 종종 오류로 인해 발생합니다.

국립 전기 코드 [3] 를 정의 전류 제한 과전류 보호 장치 다음과 같이:

... 장치 그, 현재 - 제한 범위의 전류를 방해 할 때, 장치가 비교 임피던스를 갖는 고체 도체로 대체 된 경우 동일 회로에 해당 얻을 수 비해 훨씬 크기에 결점이 회로에 흐르는 전류를 줄일 수 있습니다.

전류 제한 퓨즈는 "피크 고장 전류 크기를 제한하고 더 나은 장비 보호를위한 장애 시간 기간을 줄일 수 있습니다."하도록 설계되어 있습니다 [5] 그들은 미만 반 사이클에서 전류 단락을 방해 할 수 있습니다, 현재는 천연 현재 제로에 도달했을 전에.

전류 제한 퓨즈 특성, 현재 그들 전류 제한 모드에서 작동 할만큼 높은 경우, 자신의 I에 의해 설명되어 있습니다²t 값. 나는²t는 에너지에 비례 값 (이는 I 것²RT). 이후 저항, R, 퓨즈 내에 일정, 퓨즈의 성능은 측면에서 표현됩니다 나는 (현재) 과 티 (시간) 변수. 자주²t은 에너지와 상호 교환 사용, 이 문서의 나머지 부분에서 수행되므로.

"에너지 값의 두 종류가 있습니다 - 최소 I을 녹이다²t와하자 - 스루²티. 최소 I을 녹이다²t는 퓨즈의 요소를 용해하는 데 필요한 에너지의 양의 표시입니다. I 보자 -을 통해²t는 퓨즈가 전류를 운영하고 삭제하기 전에 결함에 이르기까지 드리죠 에너지의 양의 표시입니다. " [5]

커패시터 은행을 보호하는 데 사용 퓨즈의 종류는 전체 범위의 전류 제한 퓨즈입니다. 이것은이 높은 단락 회로 전류에 대한 전류 제한 모드에서뿐만 아니라 운영 과부하에 대해 작동 할 수있는 TCC을 가지고 있다는 것을 의미. 그것은 이러한 함수의 각을 수행 할 별도의 요소가 있습니다.

퓨즈 내에 용해 및 과부하에 대한 삭제하도록 설계되어 있지만, 짧은 회로에 대해 작동하지 않습니다 합금으로 제작되는 "M 스포트는"이. 그러나 과부하에 대한 짧은 회로에 용해하고 명확한 설계되었습니다 몇 가지 "약점"또는 "약한 링크"도 있습니다.

추가 정상 상태 전류를 발생 과도한 고조파에 문제가있는 경우, 이것은 녹기을 취소 할 M 자리를 일으킬 것으로 예상됩니다. 단락 문제가있는 경우 약한 부분이 녹기을 취소 할 것으로 예상됩니다.

5.4 퓨즈 시험

앞에서 언급 한, 삭제 한 퓨즈는 작업의 원인을 확인하기 위해 X-레이 검사되었습니다. 이 X-레이 검사에 대한 퓨즈 제조업체를 보냈습니다.

그림 6 삭제 퓨즈 여섯의 X-레이를 보여줍니다. 여섯 퓨즈의 없음에 맑은 M 지점은 과부하 탓이지 않았 음을 나타냅니다 않았습니다. 한 여섯 퓨즈의 모든, 두, 또는 세 약점은 삭제. 커패시터 은행에 짧은 회로 또는 결함이 있었다면, 네 가지 약점은 삭제했을.

엑스레이를 분석 퓨즈 제조업체와 엔지니어가 명시된:

링크에서 'M'장소가 녹은하지 않습니다 방법을 참고. 이것은 현재 상황은 끝난 줄 것을 제안합니다 500% 퓨즈의 등급. 지금, 약점의 모든이 열립니다 없습니다. 이 과부하를 제시, 짧은 없습니다. 두 함께 넣어 & 당신은의 크기에서 뭔가를 얻을 600%-800%. 고조파는 난방 효과에 추가해야합니다, 주요 문제 없습니다.

제조업체에 따르면, the 100 커패시터 은행을 보호하는 데 사용 전류 제한 퓨즈는 최소 I을 녹여했다²t의 5,000 A²초 및 피크 I 듣지를 통해²t의 11,000 A²초. 이 짧은 회로를 위해이 I가 있다는 의미²t의 5,000 A²초, 퓨즈의 약점이 녹기 시작하고 지우 것. 약점의 모든 취소 할 것으로 예상되지 않을, 그러나. 매우 높은 단락 회로의 경우, 약점 모두 취소 할 것으로 예상됩니다.

때문에, 모든 퓨​​즈 X 레이 검사에서, 네 가지 약점 만 1-3는 삭제, I²퓨즈가 작동하도록 만든 이벤트의 t는 사이 여야 할 것으로 예상 된 5,000 과 11,000 A²초.

이 정보를 기반으로 그것이 퓨즈가 취소 원인이되었고 과도이라고 지금 분명했습니다, 가능성이 가장 높은, 실패 할 수있는 콘덴서. 제 VII, 콘덴서 스위칭 과도, 예기치 않게 심각한 과도가 발생한 원인을 과도하고 고유 한 상황의 원인을 검사.

6.0 실패 분석

6.1 분석 융합

측정 퓨즈의 각 전류 RMS는 접근하지 않은 보여 자신의 100 평가. 리콜 해당의 각 집합 100 퓨즈는 보호 50 콘덴서의 kvar 그룹. 각의 전체 부하 전류 50 kvar 그룹입니다 60 A. 퓨즈 등급입니다 166% 공칭 전체 부하 전류의. 퓨즈의 빠른 클래스를 사용하는 경우, 그들은 종종 더 높은 크기 아르.

퓨즈 등급은 콘덴서 돌입 전류에 대한 허용이 선택되어 (이는 풀로드보다 훨씬 높은 수) 각 단계에서 전환 될 때. 여기에는 정상적인 시스템 이벤트 기간 동안 운영의 퓨즈를 방지.

고조파는 퓨즈에 과도한 난방의 원인이 된 경우 M 지점은 정상 상태 과부하를 나타내는 말했어 야지. 이 문제가 발생하지 않았습니다. 콘덴서는 고조파의 매우 중요한 금액을 가라 있지만, 고조파는 퓨즈 작업의 원인이 아니었다.

잘못 커패시터 캐비닛 안에있을 경우, 현재는 퓨즈 링크의 약점을 모두 삭제 할 수있을만큼 높지해야. 에서 사용할 수있는 삼상 단락 전류 480 V 버스는 21.9 카 및 사용 가능한 라인 - 접지 단락 전류는 24.6 카, 모두 고려 만 소스 및 변압기 임피던스. 약점 모든 통과하지 못 했을까 때문에, 잘못 퓨즈 작업의 원인이 아닙니다.

퓨즈가 작동하도록 만든 대략적인 현재였다 600-800 A (600-800% 의 100 퓨즈) 제조업체에 따라. 이 전류는 같은 커패시터 전류 공급으로 과도에서 개발 될 수.

문제는 측정 데이터도 퓨즈가 작동 될 것으로 예상됩니다 어떤 과도 이벤트를 포함하지 않은 것입니다. 사실로, 측정 기간 동안 실패가 없었다.

과도 파형은 그림에 표시 7 커패시터 전류 공급 때 50 각 단계 2 기본으로 활력되었습니다 100 이미 서비스 kvar. 에너지인가 전후 정상 상태 전류는 약이었다 124 및 180 A, 각기 (60 당 50 kvar 그룹). 이 이벤트에서 피크 전류였다 -1480 A. 이 측정 기간 동안 기록 된 최대 피크 전류했습니다.

I²과 관련된 t 1480 피크였다 793 A²초. 다음과 같은 긍정적 인 피크를 포함하면 내가 어디 증가²에 t 1058 A²초. 이 모두 잘 이하 5,000 A²약점에 대한 초 퓨즈 등급이 녹기 시작하는.

이벤트의이 유형은 신문의 제 VII에 더 깊이 분석, 콘덴서 스위칭 과도. 그림에서 7 또한 그림에서 비슷 전류 파형의 공명을 지적 가치 4.

요약하면, 퓨즈가 취소 한 이유 측정 데이터는 밝히지 않았다.

6.2 콘덴서 분석

커패시터는 표준에 따라 자신의 등급을 초과하는 전압과 전류를 용납 할 건설해야합니다. 전원 콘덴서의 적용 표준은 IEEE 표준입니다 18-1992, 션트 파워 커패시터에 대한 IEEE 표준. [6] 추가 정보는 IEEE 표준에 있습니다 1036-1992, 션트 전원 커패시터의 응용 프로그램에 대한 IEEE 가이드. [7]

IEEE 표준 18-1992 다음 허용 비상 연속 과부하 제한을 제공합니다.

• 110% 정격 RMS 전압의
• 120% 정격 피크 전압
• 180% 정격 RMS 전류의 (정격 kvar 및 전압에 따라 공칭 전류)
• 135% 평가 반응성 전원

이 콘덴서는 종종 아래 융합되어 주목해야한다 180% 정격 RMS 전류 때문에 180% 한도는 일반적으로 접근하지 않습니다.

짧은 시간 과부하 전압은 IEEE 표준에 명시되어 있습니다 18-1992 그리고 IEEE 표준주세요 1036-1992 그리고는 아래에 주어집니다. 커패시터를 볼 것으로 예상 할 수있는 이러한 기준은 주 300 의 수명 이러한 overvoltages.

• 2.20 의 단위 당 RMS 전압 0.1 초(6 RMS 기본 주파수의 사이클)
• 2.00 의 단위 당 RMS 전압 0.25 초(15 RMS 기본 주파수의 사이클)
• 1.70 의 단위 당 RMS 전압 1 초
• 1.40 의 단위 당 RMS 전압 15 초
• 1.30 의 단위 당 RMS 전압 1 분
• 1.25 의 단위 당 RMS 전압 30 분
• 이전 표준, IEEE 표준 18-1980 또한 다음 허용 overvoltages 포함.
• 3.00 0.0083seconds의 단위 RMS 전압 당 (RMS 기본 주파수의 ½ 사이클)
• 2.70 0.0167seconds의 단위 RMS 전압 당 (1 RMS 기본 주파수의 사이클)

이러한 허용 오차는 모두가 측정 중에 초과되지 않았습니다.

7.0 콘덴서 스위칭 과도

7.1 개요

과도 스위칭 커패시터는 커패시터 활력 될 때마다 발생할 수있는 일반적인 시스템 이벤트입니다. 이 과도 때문에 커패시터의 시스템 전압과 전압의 차이로 인해 발생합니다. 콘덴서의 기본적인 특징은 그 건너편의 전압이 즉시 변경할 수 없습니다 것입니다. 커패시터는 제로 전압 및 시스템에있는 경우 전압은 그것을 적용됩니다, 시스템 전압은 거의 순간적으로 제로로 내려 오게 될 겁니다.

다음 커패시터 요금과 같은 현재 콘덴서 돌입있을 것입니다. 커패시터의 전압은 다음 시스템 전압을 복구하고 오버 슈트합니다, 다음 시스템 전압 주변에 진동. 이 과전압 도달하는 것이 가능 2.0 단위 당 (두 정상 시스템 전압) 커패시터는 처음 uncharged 경우. 시스템 댐핑 (저항) 일반적으로이 과전압은 이론적 인 최대 아래로 몸을 낮추는데.

커패시터 전압은 주변에 진동 할 것입니다 60 Hz에서 기본 파형, 진동이 단계적 감쇠하기로, 일반적으로 사이클 내에서. 과도 및 특성 진동 주파수의 크기는 문제의 전력 시스템의 특성에 따라 달라집니다.

그림 7. 측정 콘덴서 전류 공급 과도

과도의 크기는 스위칭시에 두개의 변수에 따라 달라집니다.

이러한 변수는 커패시터의 초기 전압 아르 (갇혀 요금, 커패시터 방전으로 허용 된 경우 일반적으로 제로에 가까운) 그리고 스위칭시 순간 시스템 전압. 이 두 전압 사이의 큰 차이, 과도의 큰 크기. 시스템 전압이 최대 전압에 있으며 최대 시스템 전압의 커패시터에 갇혀 요금이 반대 극성에있을 때 과도 최악의 경우가 발생합니다.

국립 전기 코드가 저항을 평가 커패시터를 방전하는 데 필요한 기억 600 V 낮은에 50 V 또는 분 내로 이하. 이 연결이 끊어 된 후 커패시터 은행의 제어 알고리즘은 한 분 내로 단계에서 전환을 방지. 전환했을 때 정상 작동에 커패시터에 거의 갇혀 비용이 있어야합니다.

과도 전압이 충분히 높은 경우에는 커패시터는 즉시 실패 할 수. 그렇지 않은 경우, 과도 전압의 누적 효과 (최대 시스템 전압보다 더 큰) 시간이 지남에 따라 실패의 지점으로 유전을 강조 할 수 있습니다. 과도 전류는 I를 고하게됩니다²t 수준

그림 8. 과도 콘덴서 전류 공급 (예.) 콘덴서에는 이전 요금 없음, 나는²t = 1857²초

7.2 콘덴서 전류 공급 시뮬레이션

콘덴서 전류 공급 시뮬레이션은 두 가지 이유로 수행 된. 콘덴서 고장 및 퓨즈 작업을 일으킨 사건은 측정하는 동안 발생하지 않았고, 퓨즈의 시험 과도가 원인이라고 지적. 철강 가공 공장 전력 시스템에서 정보가 다른 상황에서 일부 캐패시터 스위칭 이벤트를 시뮬레이션하는 데 사용 된.

그림 8 의 전류 공급을 보여줍니다 50 없이 갇혀 무료로 서비스에 다른 콘덴서 단계 kvar 커패시터 단계. 전류 공급이 최대 시스템 전압에서 발생. 이 I를 transienthad²t의 1,857 초.

회로에 전환되는 커패시터에 어떤 비용없이, I²t 값은 다음과 같습니다 5,000 A²초, 최소 I을 녹이다²커패시터를 보호하는 데 사용되는 퓨즈의 t 값이. 입니다, 물론, 예상 결과. 이 경우가 아니었다면, 퓨즈는 일반적으로 시스템 이벤트에 대해 정기적으로 운영 것이다.

그림 9 의 전류 공급을 보여줍니다 50 덫을 무료로 서비스에 다른 콘덴서 단계 kvar 커패시터 단계. 전류 공급이 최대 시스템 전압에서 발생. 이 과도은의 I t을 가지고 5,661 초.

그림 9. 과도 콘덴서 전류 공급 (예.) 콘덴서에 앞서 요금 (-300 에), 나는²t = 5661²이C

 

7.3 다시 - 투 - 백 콘덴서 스위칭

커패시터 스위칭 과도의 또 다른 유형은 스위칭 다시 - 투 - 다시 호출. 이 두 번째 커패시터 이전에 활력 커패시터에 가까이 켜져있을 때. 두 커패시터는 서로의 요금을 공유하고 같은 전압에 와서으로이 경우 빠른 과도가 발생. 그런 다음 캐패시터의 한 쌍의 같은 다른 과도가하면 전압이 주변에 진동의 원인이 60 Hz에서 기본 전압, 위에 설명 된대로, 그들은 하나의 커패시터 은행 것처럼.

그림 10 의 전류 공급을 보여줍니다 50 덫을 무료로하고있는 kvar 콘덴서 단계 150 서비스의 다른 콘덴서 단계 kvar. 전류 공급이 최대 시스템 전압에서 발생. 이 과도은 I했다²t의 5,178 A²초. 그림에 대한 시간 척도 10 크게 수치에 해당에서 확대되어 8 과 9. 이것은 더 나은 과도 높은 주파수가 초기 표시 할 이루어졌다.

그림 10. 다시 - 투 - 백 콘덴서 스위칭 (예.) 콘덴서에 앞서 요금 (-350 에), I2t = 5178 A2sec

7.4 갇혀 요금

 

시뮬레이션은 커패시터 스위칭 과도은 실패의 원인이 할 수 있었던 것이다 여부를 확인하기 위해 수행되었다. 시뮬레이션의 결과는 커패시터 스위칭 과도 내가 높지 생성 할 수 있다고 표시²퓨즈가 작동 될 수 t 수준. 이 덫을 무료로 높은 수준의가 전환되는 커패시터 단계에 있었고, 시스템 전압 스위칭시의 정상 근처에서 경우에만 사실.

스위칭 동안 갇혀 요금의 높은 수준과 함께, 커패시터 전압도 이상 잘 도달 할 수 2.0 단위 당. 이 수준은 즉시 실패 할 콘덴서가 발생하지 않을 수 있지만 커패시터 유전체의 누적 저하의 원인이 될 수, 결국 실패로 이어지는.

_나는²

심지어 최악의 조건에, 이 t 수준은 I 듣지를 통해 정상에 도달하지 않을²퓨즈의 t. 시뮬레이션의 결과는 퓨즈의의 모든 약점을 해결할했다는 사실과 따라서 일관성이.

이 정보, 플랜트 전기가 가끔 소리로 추정 된 접촉기를 교체. 문제가 지속되면, 전기는 콘덴서의 작동을 준수하고 결국 콘덴서 은행에 제어 보드를 교체. 그 때 이후 은행에 더 콘덴서 오류 또는 퓨즈 작업이있었습니다 없습니다.

 

참조

[1] 전원 시스템의 "전기 과도,"Second Edition에서, 앨런 그린 우드, © 존 와일리 & 자제, 주식회사. 1991.

[2] IEEE 표준 519-1992, 전력 시스템의 "IEEE 추천 관행과 HarmonicControl에 대한 요구 사항,전기 및 전자 엔지니어의 "© 연구소, 주식회사. 1993.

[3] NFPA 70, 국립 전기 코드, 1999 판, © 국가 화재 보호 협회, 주식회사. 1998.

[4] "SPD 전기 보호 핸드북 - 국립 전기 코드를 기반으로 보호 장치를 선택,"© Bussmann, 쿠퍼 산업 1992

[5] "유통 시스템 과전류 ProtectionWorkshop - 코스 정보,"© 쿠퍼 PowerSystems, 주식회사. 1996.

[6] IEEE 표준 18-1992, 션트 전원 커패시터에 대해 "IEEE 표준,전기 및 전자 엔지니어의 "© 연구소, 주식회사. 1993.

[7] IEEE 표준 1036-1992, 션트 전원 커패시터의 응용에 대해 "IEEE 가이드,전기 및 전자 엔지니어의 "© 연구소, 주식회사. 1993.

 

저자의 약력

토마스 M. 지독한, 체육 시간. 이튼 전기의 전력 품질 부문의 수석 제품 애플리케이션 엔지니어입니다. 톰 B.S을 받았습니다. 마켓 대학교에서 전기 공학, M.Eng. Rensselaer 폴리 테크닉 대학에서 전력 공학, 그리고 M.B.A에게. 경영 켈러 대학원에서. 톰은 이튼 전기의 전력 팩터 보정 그룹에서 일하고 (전원 품질 부문). 그는 역률 보정 커패시터 은행에 관련된 응용 문제를 처리, 고조파 필터, 정전기 전환 커패시터 은행, 활성 고조파 필터주세요, 뿐만 아니라 많은 전력 품질 관련 질문. 톰은 이전 커틀러 - 해머 엔지니어링 서비스에 종사 & 시스템 (체스) 전력 공학 전문 지식을 갖춘 그룹 및 제공 고객, 전력 품질 및 신뢰성 분야에 초점을 맞추고. 톰은 수많은 측정과 연구를 수행하고 있습니다. 게다가, 그는 기술 논문을 발표 및 전력 품질 문제에 엔지니어링 워크샵 및 교육 세미나를 강의하고 있습니다.