ÇApacitor FAILURE 一NALYSIS: A T故障诊断 ÇASE 小号这种方式

作者: 托马斯·M·. 怒放, 体育教育. t.blooming @ ieee.org, 伊顿电气阿什维尔, 北卡罗莱纳州

1.0 介绍

的钢材加工工厂遇到不明原因的自动切换电容器组的电容失效和保险丝. 该工厂卷和镀锌钢板为汽车行业. 任何干扰生产计划的问题，影响底线. 随着生产力的提高要求, 厂买不起投入工时经常出现的问题. 工厂人员需要解决出现的问题，而不是不断地更换故障设备关机或重新启动过程.

重要的是保持一个可接受的功率因数的植物，因为利用率结构包括一个刑罚为低功率因数. 会计部门也注意到减少电费时，, 证明他们是绝对的底线.

由于工厂的一个可变负荷 480 V客车，需要功率因数校正, 工厂的工程师选择了自动切换电容器组四个变量的步骤. 当电容器和保险丝在银行开始出现问题电费增加，工厂生产过程的影响.

2.0 电力系统

2.1. 系统说明

示于图中的简化的一个线图，示出了部分的电力系统中与本文相关的 1.

图 1. 电力系统单线图

钢材加工工厂供应 13.2 千伏在端部的径向的架空配电线路. 此线具有相对低的短路MVA这个电压电平. 在短路MVA 13.2 KV是 55 MVA的X / R比 2.99. 从计量, 有4个为不同的植物部分的变压器. 从这些变压器 1000 至 3000 千伏安.

其中一个变压器, 一 13.2 在kV-480Y/277, 1500 千伏安三角洲与接地星形 5.6% 阻抗, 服务于 480 V总线的自动切换电容器组安装. 这是这家银行的电容失效和保险丝已经经历了.

电容器组包含两个 50 千乏的固定步骤和四个交换步骤 50 KVAR每个共 300 离开. 组成的电容器，该电容器的每个步骤是 16.67 离开, 三相细胞. 所有的KVAR评级是在 480 在. 谐波滤波器步骤中没有一个被配置为. 每 50 千乏组是由它自己的一组电流限制熔断器保护. 的步骤切换在，和，星，满分的服务的基础上自动的功率因数在的银行中的的校正控制算法.

在银行的可变步骤操作顷由的电气 - 机械 - 接触器的装置，切换. 的控制算法将切换步骤操作在和星，满分在为了维持一个目标功率因数. 切换时，，有是一个的时间延迟, 无论是中添加或移除电容器的, ，以避免打猎, ，并星，满分，一步步的过度的开关.

其控制算法可也避免了在一分钟之内后，它已被与电路断开连接在的一个步骤中的切换的. 这允许陷阱电荷到消散至小于 50 V前重新连接他们. ，，以便，电容器是不在的功率因数的惩罚中，这样做是的. 释放系统切换在当他们有一个被困的电荷时，, 容量不是一个问题，在这个特殊的，这可能会导致过度的交换服务. 一种多步, 银行自动切换的瞬态. 间歇性的选择，因为

在功率因数不满足条件，这两个限制允许短的时间内. 在资产负债, 但, 从需求的角度来看是保持了总功率因数高于设定水平.

上的负载 480 V客车包括四个直流驱动器, 供应时间为两个隔离变压器 (每个变压器的两个驱动器). 这些驱动器间歇操作的工艺要求. 的平均负载上的主要 1500 千伏安变压器 550 A的一个最大的 990 一个在测量过程中. 该驱动器是唯一的总线上的显着的谐波源. 当驱动器吸引他们的最大电流, 他们可以包括有关 40% 总线负载. 这并不经常发生, 但.

随着功率因数校正电容器, 钢加工厂由于这个特殊的总线上的负载减少电压支持除了节约成本的好处.

2.2 问题的说明

的钢材加工工厂的自动切换电容器组遇到的问题，前一段时间他们调查的问题. 没有发现问题立即生效，因为银行没有定期检查. 是第一次注意到这个问题在电费. 永久现场监测可能已经发现了问题越早.

自然的第一个动作是简单地更换熔断的保险丝被发现. 后来注意到，一些电容的细胞也没有. 这些也替换. 当存在的问题进行详细的检查.

在测量的时间, 一些保险丝被烧断，一些未能电容单元. 变步长的保险丝 1 和 4 烧断，其中的3个 16.7 离开 (三相) 细胞的步骤 3 没有步骤 3 供应只 33.3 千乏，而不是其标称 50 离开.

没有明显的原因，进行在测量过程中，观察到. 无论是问题是由于随着时间的推移的累积效应，或者它是一个间歇性问题，在测量过程中没有发生.

事实上，故障没有出现在测量过程中需要进一步分析，以确定问题的原因. 如果在测量过程中发生了故障, 可能已被在到的故障的时间的的的测量数据分析和产生的原因可能已被厘定，可以更快地.

3.0 的电源系统测量

3.1 谐波测量结果的的

为的电容器的的的的失败和的保险丝的操作的可能的原因，包括了过度的的次谐波和瞬变现象 (过电压). 测量进行了，以量化的谐波的在电容器中的的电压和电流在为了研究是否次谐波分别为到的故障的原因. 。用于进行这些测量所使用的监视器将的电源，还可以捕获的的的的瞬变，，如果他们分别为，以发生. 测量数据也被上执行的功率系统的万家部分的, （包括的的DC驱动器）这是已知的，以会导致次谐波的, ，作为一个更大的的研究的努力的的一部分，.

的平均的的的总谐波失真基本的值（为的电压） (总谐波失真) 和的rms, 根本, 和谐波电压在不同的千乏步配置电容器组表都 1. 所有的配置还包括了 100 左侧固定步骤. 所有给出的值是三相平均值. 所有谐波中的基波百分比表示.

更高阶的偶次谐波，如 8^日, 10^日, 12^日, 14^日, 等等，一般都不会报道, 但是，他们在这种情况下. 这样做是为了调查附近的频率可能的谐波共振条件.

对于当前的THD和均方根平均值, 根本, 和流过具有不同千乏步骤配置所述电容器组的谐波电流在表给出 2. 所有的配置还包括了 100 左侧固定步骤. 所有给出的值是三相平均值. 所有谐波中的基波百分比表示.

对于当前的THD和均方根平均值, 根本, 而流经其他几个重要位置的谐波电流在表都 3. 所有给出的值是三相平均值. 所有谐波中的基波百分比表示. 对于直流驱动器, 所有的数据被期间提出的的显著负载时的时期. 时间当的驱动器时被运行不被没有包含在的驱动器数据中中，.

表 1. 电容式电压测量方法总结

表 2. 电容型电流测量方法总结

表 3. 负载电流测量​​摘要

的的测量结果表明相对高的的, 但不不寻常的的, 正在生产的的谐波的水平由的脉冲宽度调制 (PWM) 驱动器. 通过比较, 的电容器的银行存款及在变压器中中的谐波有比的预期的水平的更高的得多的 11^日 和 13^日 相对到注入到系统中的谐波，由驱动器的次谐波. ，这建议一个谐波的的的的共振条件. 在第IV节，这种现象被进一步探讨, 的间谐波分析.

3.2 瞬态测量结果的

在的测量值的过程中过程中，有分别为唯一的一个少数的的计量的显著的瞬变, ，其中的概无将被预期的，以会造成问题的. 的最高的的的电压瞬态而是 1.74 单位. 概无的的显着的高的电压的瞬变与，历时为更多的比 50 微秒.

的仅有的电压瞬变，民政事务总署在当前的的的相应升幅的的分别为一些电容器开关操作与的瞬变. 回想一下，的的的的客观的是，以找到的的事业的的导火索的操作作为以及作为的电容器的的的的的的的的的失败. 因此电流是也的的的兴趣, 不只是电压. 记录下来的一个的的瞬变的是，示于图 7 并且被谈论在第VI节.

4.0 的间谐波分析

IEEE StD里 519-1992 [2] 讨论了上的电容器的的的可能产生的影响的次谐波. 的第的某些部分 6.5 的该文档中的客人也呈列如下:

的一个主要的从在在的功率系统中的电容器的使用所上所引起的关注是了的系统发生系统共振的可能性. 此效果施加了，顷大大高于的的电压和电流，将是情况下无共振. 的电容器银行的的电抗随频率的而减小, 和的银行, 因此, 作为一个信宿为的高次谐波的电流的行为. 此效应增加了的加热应力和介电应力. 的增加的加热和电压应力受谐波带来约的结果是一个缩短的的的电容的寿命.

添加电容器将会导致的功率系统，以被调谐给某次谐波. 这是作为的电容器和源极的之间的并联谐振（parallel resonance）公知的 (包括变压器的) 电感. 阿并联谐振（parallel resonance）呈列本一个高阻抗到的谐振频率处或附近注入次谐波. 这不应该被与串联谐振相混淆, 这是利用中的高频谐波的过滤器到提交一份低阻抗到一定的的频率“中，到中删除该从系统中的频率.

如果的并联谐振频率是靠近到在核电厂之内的注入的谐波频率的, 将被放大，在这些频率下的的电压和电流. 这是一个更有可能的当的电容器的的银行是一个产品所切换银行与多个的步骤中时，的的，以来的有几个可能的的的谐振频率. 的共振可以导致在增加的的谐波问题中，，，并可能导致到电容器的故障产生的.

计算均执行的电力系统中与电容上线的不同级别的的来估计的谐振的的的频率. 一个系统的谐振频率的, 在一个变压器次级, 可以被估计用下面的公式. Ĥ 是该系统所调谐的高次谐波的, XÇ 是的电容性阻抗的连接到所述变压器的次级总线的的所有的电容, 和 X“ 是所述变压器的电感性阻抗的 (再加上的主要来源的电感性阻抗, ，如果可用的).

的为变压器的信息 #3 是如下所示: 1500 千伏安, Z = 5.6％, 13.2 在kV-480Y/277. 的短的的电路MVA属性，在的 13.2 kV的的水平 (变压器初级的) 是 55 MVA的X / R比 2.99. 的所产生的谐振频率的计算的的结果示于表 4.

，谐波阻抗扫描顷示于图 2. 这些扫描表明：为三个的系统配置的的频率的范围内处的阻抗. 的的是第一配置没有任何与变压器的次级连接到的的电容器或过滤器的. 的第二个配置是与 150 季度上线, 作为往往是在测量过程中的情况下. 的的第三个configurationis与一个 150 KVAR电容器的替换与A4.7的银行^日 谐波过滤器.

表 4. 谐振频率计算

阻抗扫描而不连接到系统的最坏情况分析植物的负荷进行. 连接的负载趋于潮湿, 而稍微改变, 由四舍五入系统的阻抗扫描 (降低), 并可能轻微移动, 在情节的峰. 阻抗扫描的目的是要找出可能的系统共振频率. 为了让这些频率脱颖而出更清晰, 无植物负载连接到系统中进行分析.

在给定频率的高阻抗意味着，在该频率注入到系统中任何谐波电流将导致比相同大小的注入电流更大的电压失真在不同的频率. 当谐波电流注入频率与高阻抗发生谐波共振问题.

图 3 示出了由于电容器组或滤波器组相对于存在的谐波频率的可能放大到具有既不. 该系统与电容器组和与该过滤器的阻抗是由该系统既没有的阻抗除以. 再次, 没有阻性负载的存在，以提供阻尼, 这是最坏的情况分析.

图 2. 阻抗与谐波频率

 

图 3. 放大倍率对战谐波频率

电容器组的存在显然放大了一系列谐波. 六脉驱动器特征谐波包括 5^日, 7 , 11 , 13 , 17 , 19 , 等等, 在减少数额. 但在实地测量的电容和主 1500 千伏安变压器携带了显著更多 11^日 和 13^日 比谐波电流 5^日 和 7^日. 发生这种情况，尽管高得多 5^日 和 7^日 谐波电流注入. 这可通过该系统与上线，电容器组的调谐来解释. 但显然在这个体系一定程度的谐波共振.

除了一个小的频率范围内 (由于该滤波器的并联谐振) 该过滤器将趋向于降低谐波的阻抗相对于给系统，而无需任何电容器. 该过滤器进行了调整低于六脉驱动器产生的，以避免放大由驱动器产生的任何谐波电流最低的特征谐波频率.

图 4 示出了线 - 线电压和总电流流入电容器组与 150 季度上线, 在测量过程中记录. 这些波形显示什么电流和电压波形可以像处于共振状态. 请注意，有额外的频率骑在 60 赫兹波形, 特别是电流波形.

同 150 季度上线, 在计算估计的谐振在大约 11.1^ST 谐波. 靠近此谐波频率也可扩增. 该电流波形示出了强 11^日 和 13^日 高次谐波成分叠加在 60 赫兹. 共振所用的波形通过计数峰的数目由于1内发生的谐振频率被识别 60 赫兹周期. 这有点不太清楚在这种情况下，因为有两个 11^日 和 13^日 谐波, 但可以指望 11 在一个“显性”峰 60 赫兹周期.

图 5. 从图谐波电流频谱 4

图 5 示出对图的电流波形的谐波频谱 4. 它清楚地表明了显性和 13 尽管该harmonicproducing负载产生更多的谐波 5^日 和 7^日 谐波电流.

是不是由于随后的发现进行详细的谐波分析研究谐波滤波器如何能降​​低谐波含量和设计这种滤波器.

虽然未发现谐波是在电容器组中的问题的原因, 电容器是造成谐波共振情况. 为此, 或者如果谐波成为未来更多的问题, 有人建议，如果功率因数校正在别处需要在工厂那里有更少的谐波负荷生产, 这将是一个好主意，这个移动电容器组到该地区. 应该再由配置为谐波滤波器银行被替换.

另一种可能性, 在这项研究没有调查, 将“去调整”电容器组. ，这将不调优的的银行，以过滤次谐波, ，，但会调整它，，以避免造成谐波的的共振. 的的的的DE-调优电抗器的此外将还可以减少的瞬态的的的过电压的，，期间，电容器的投切.

5.0 考试的失败“设备的

5.1 介绍

在像这样的情况下, 一个分析的的失败的的设备往往会产生宝贵的的的的的的线索，并这种情况下，是没有例外. 其中已清除了的保险丝为x-光检查，，，以确定的的他们的操作的因由所引致. 该x-射线被送往到所述保险丝制造商，以考试. 一个失败的的电容单元的进行了检查由的制造商.

5.2 电容器的考试

该电容器的的制造商发现，的的介电流体在出现故障的的的电容器是几乎是黑色的从碳存款的的. ，碳存款乃引起的由，其中燃烧的或打破了的的飞弧的电介质材料中.

的内部放电 (或泄放) 电阻 (国家电气规范要求 [3] 放电电容器的额定 600 V和下 50 在一分钟之内V或更低) 被发现已烧毁和断开连接片. 目前尚不清楚这是否是一个失败的原因或结果.

要检查放电电阻，电容没有失败, 良好的电容器与系统断开后，他们已经上线. 电压监测，看是否正确地喷出的电容. 在任何情况下, 电容正确地喷出，放电电阻连接，并做他们的工作.

几个很好的电容也从服务中移除，以检查其电容. 在所有的情况下，电容是非常接近的与预期值.

制造商提出了两种可能的失败原因: 过大的谐波电流和过电压条件下，由于间歇性连接. 可能是由于过多的谐波电流电机驱动器或共振条件. 间歇性的连接可以留下被困电容器上的电荷，这可能会导致更严重的开关瞬态 (较高的过电压) 当电压被重新施加. 这就是为什么手动投切电容器组时，应小心. 当一个步骤的手动关闭，它应不放过至少一分钟放电到 50 V或更少. 在进一步讨论这个问题第七节, 电容器开关瞬变.

5.3 保险丝背景

在这种情况下，该电容器熔断器是限流熔断器. 使用电流限制熔断器，以保护电容器在低电压是常见的，但通常是不这样做与中压或高压电容 (4160 V和更高) 由于成本.

有两种方式可以清除电流限流熔断器: 超载 和 短路, 保险丝制造商的话. 咨询电源工程师还呼吁这两个事件 过流 和 提高能源 (我²ţ).

国家电气规范 [3] 如下定义了一个过载:

设备在超过正常的操作, 满负荷等级, 或超过额定载流容量的导体, 当它持续一段足够长的时间, 会导致损坏或过热危险. 故障, 如短路或接地故障, 不是过载.

过载的电流通常是“正常电流等级1和6之间的时间。” [4] 将操作的保险丝, 或明确, 如果过载是一定长度的时间的基础上的时间 - 电流特性的本 (TCC). 如果过载持续时间很短，, 保险丝的设计，一般忽略它. 例如, 电机励磁涌流和变压器通电是正常的系统事件造成的高电流很短的时间，应该不会造成保险丝操作.

短路电流过载的一个因素超过了正常的满负荷电流的电路多次 (数万, 数百, 或上千) 更大了。“ [4] 不同的是超载, 通常是由短路故障.

国家电气规范 [3] 定义了一个 限流过电流保护装置 如下:

...的设备, 中断时在其电流限制的范围内的电流, 将减少发生故障的电路中流动的电流的大小基本上小于在同一电路中得到的，如果该设备被替换的固体导体具有可比阻抗的.

限流熔断器“限制峰值故障电流的大小和更好的设备保护，减少故障时间。” [5] 他们可以中断小于1的半周期中的短路电流, 前的电流将达到一个自然的电流为零.

电流限流熔断器特性, 当电流是高的，足以让他们在一个电流限制模式操作, 他们我²t值. 我²t是一个值，该值成比例的能源 (这将是我²RT). 由于电阻, ŕ, 内是恒定的保险丝, 该保险丝的性能表示在条款 我 (当前) 和 ţ (时间) 变量. 我常常²t是可互换使用与能量, 在本文的其余部分将做.

“有两种类型的能量值 - 最低融化我²t和让 - 通过我²ţ. 最低融化我²t是所需的能量的量的指示，以熔化的熔丝的元素. 让我们通过I²t是量能的保险丝会让操作和清除当前故障前的迹象。“ [5]

保险丝，用于保护电容器组的类型是一个全范围限流熔断器. 这意味着，它有一个TCC，它允许为重载操作，以及操作在高短路电流的电流限制模式. 它有独立的元素来执行这些功能.

在熔丝是一个“M点”，它是由一个设计的合金，至熔化并清除的重载，但将不会运行短路. 也有几个“薄弱环节”或“薄弱环节”短路而设计的熔体和明确的，但不超载.

如果有过多的谐波问题造成额外的稳态电流, 这预计将导致在M点，融化和清除. 如果有一个短路的问题，将预期的薄弱点熔化并清除.

5.4 保险丝考试

正如前面所提到的, 保险丝已清除了X光检查，以确定其操作的原因. 该x-射线被送往到所述保险丝制造商，以考试.

图 6 示出的x-射线六个熔断器清零. 没有六保险丝的M点明确表示过载不怪. 在所有6熔断器1, 二, 或三个薄弱点被清除. 如果有短路或故障的电容器组, 已清除所有四个薄弱环节.

保险丝制造商的工程师谁的X射线进行了分析说明:

注意'M'点的链接是不融化的. 这表明，目前的超过 500% 保险丝的额定. 现在, 不是所有的打开的薄弱点的. 这表明了过载, 不是一个短期. 把二者结合起来 & 你得到的东西的大小 600%-800%. 谐波只应添加的热效应, 不是主要关注.

根据制造商, “ 100 电流限流熔断器用于保护电容器的银行有一个最低融化我²吨 5,000 一²秒，让我达到高峰²吨 11,000 一²秒. 这意味着，用于短路，有一个I²吨 5,000 一²秒, 在保险丝的薄弱点，将开始融化并清除. 所有的薄弱点预计不会以清除, 但. 对于一个非常高的短路, 所有的薄弱环节，预计将清除.

因为, 在X光检查所有的保险丝, 只有一到三个清除的四个薄弱环节, 在我²t的事件，造成保险丝，操作预计将介于 5,000 和 11,000 一²秒.

基于这些信息，现在很清楚，这是瞬变清除导致保险丝, 最有可能的, 失败的电容器. 第七节, 电容器开关瞬变, 检查该意外造成严重的瞬变发生的瞬态和独特情况的原因.

6.0 故障分析

6.1 保险丝分析

该测量结果表明，电流有效值在各熔断器未接近其 100 A额定电流. 回想一下，每个组 100 安培的保险丝保护一个 50 电容器组KVAR. 每一个满载电流 50 KVAR组 60 一. 保险丝的额定值是 166% 额定满负载电流. 当使用速度更快的类熔断器, 他们往往尺寸甚至更高.

保险丝的额定值被选中，以允许电容器的浪涌电流 (这可以比全负荷高得多) 当每个工序切换在. 这可以防止从保险丝在这样的系统正常运行的事件.

如果谐波均在保险丝造成过度加热对M点应已清除指示稳态过载. 这并没有发生. 虽然电容器下沉非常显著量的谐波, 谐波是不是保险丝操作的原因.

如果有电容柜内部故障, 当前应足够高，以清除熔断所有薄弱点. 可用的三相短路电流在 480 5V总线是 21.9 kA的和可用的线对地的短路电流是 24.6 和, 双方只考虑源和变压器阻抗. 由于所有的薄弱环节并没有明确的, 故障是不是保险丝操作的可能原因.

这引起了保险丝操作，充电电流为 600-800 一 (600-800% 一 100 保险丝) 根据制造商. 该电流可以从一个短暂的诸如电容器的通电被开发.

问题是，测量数据也没有包含这预期会导致熔丝操作任何瞬态事件. 其实, 在测量过程中没有失败.

在图中所示的瞬态波形 7 是电容器的通电时 50 左步 2 与基地被通电 100 千乏已经在服务. 之前和之后的激励的稳态电流分别约为 124 A和 180 一, 分别 (60 每 50 KVAR组). 峰值电流在这个事件是 -1480 一. 这是在测量过程中录得最大峰值电流.

在我²吨与相关联的 1480 达到峰值 793 一²秒. 包括以下正峰值增加了我²吨至 1058 一²秒. 这些都大大低于 5,000 一²秒保险丝额定值的薄弱点开始融化.

这种类型的事件在更深入分析的文件第七节, 电容器开关瞬变. 图 7 这也是值得注意的谐振以类似于图电流波形 4.

综上所述, 测量数据并没有透露为什么保险丝已清除.

6.2 电容分析

电容器必须建立在容忍的电压和电流超过其额定值根据标准. 电力电容器适用的标准是IEEE标准 18-1992, IEEE标准并联电力电容器. [6] 额外资料在IEEE Std 1036-1992, IEEE指南并联电力电容器中的应用. [7]

IEEE StD里 18-1992 给出了以下应急允许连续过载限制.

• 110% 额定电压有效值
• 120% 额定峰值电压
• 180% 额定电流有效值 (基于千乏额定电压和额定电流)
• 135% 额定无功功率

但应注意的是，电容器通常低于稠 180% 额定电流有效值所以 180% 限制通常不会走近.

短时过载电压在IEEE标准规定 18-1992 与IEEE标准 1036-1992 和下面给出. 这些标准规定，一个电容器可以预期看到 300 这种过电压在其使用寿命.

• 2.20 RMS每单位电压 0.1 秒(6 均方根基本频率的周期)
• 2.00 RMS每单位电压 0.25 秒(15 均方根基本频率的周期)
• 1.70 RMS每单位电压 1 第二
• 1.40 RMS每单位电压 15 秒
• 1.30 RMS每单位电压 1 分钟
• 1.25 RMS每单位电压 30 分钟
• 一个旧的标准, IEEE StD里 18-1980 还包括以下允许过压.
• 3.00 每单位电压有效值的0.0083秒 (½的有效值基频周期)
• 2.70 每单位电压有效值的0.0167秒 (1 均方根基本频率的周期)

没有这些公差的测量过程中均超标.

7.0 电容器开关瞬变

7.1 概观

电容器开关瞬态的现象是，每当一个电容通电正常的系统事件. 这个瞬变发生，因为系统电压和电压在电容器之间的差的. 电容器的一个基本特点是，在它们之间的电压不能瞬时变化. 如果电容器是在零电压和系统电压施加到它, 系统电压将被拉低到接近零瞬间.

这时会有一个电容器的浪涌电流为电容充电. 电容器上的电压将恢复和冲系统电压, 然后附近振荡系统电压. 它有可能为这个过电压到达 2.0 单位 (该系统峰值电压的两倍) 如果电容器是起初不带电. 系统阻尼 (阻力) 通常保持这种过电压低于理论峰值.

电容器电压将继续振荡绕 60 赫兹基本波形, 与振荡逐渐得到衰减掉, 通常在一个周期. 瞬态和其特性的振荡频率的大小将取决于所讨论的电力系统的特性.

图 7. 测量电容瞬态通电

瞬态的幅度将根据两个变量在开关的时间而有所不同.

这些变量是在电容器上的初始电压 (陷阱电荷, 通常接近于零，如果电容器已被允许排放) 并且在切换时的瞬时系统电压. 更大的这两个电压之间的差, 瞬态的幅度越大. 当系统电压为峰值电压和有对峰的系统电压的电容器的捕获电荷的极性相反会发生最坏的情况下瞬时.

回想一下，国家电气规范要求电阻放电电容器的额定 600 V和下 50 在一分钟之内V或更低. 在电容器组中的控制算法避免了在一分钟之内的步骤的切换后，已被断开. 因此，在正常操作中进行切换时，应就在电容器很少捕获电荷.

如果瞬变电压足够高的电容可以立即失败. 否则, 瞬态电压的累积效应 (大于峰值电压系统) 可以强调的介电到故障点随着时间的推移. 瞬态电流会导致高I²T水平

图 8. 暂态电容通电 (是。) 在电容器上的电荷前, 我²T = 1,857一²秒

7.2 电容通电模拟

有两个原因分别进行电容通电模拟. 导致该电容器失效和熔丝操作期间未发生保险丝的测量和检测的事件表明，瞬变是有可能的原因. 从钢铁加工厂电力系统中的信息被用来模拟一些电容在不同条件下的开关活动.

图 8 示出了在激励 50 没有陷阱电荷和服务没有其他电容器步骤KVAR电容降压. 通电发生在峰值电压系统. 这transienthad一个I²吨 1,857 几秒钟之内.

而对被切换到电路中的电容器收取任何费用, 在我²，t值都低于 5,000 一²秒, 最小熔融我²用于保护电容器熔断器的吨价. 这是, 当然, 预期结果. 如果不是这种情况, 保险丝会为常见的系统事件定期运行.

图 9 示出了在激励 50 与陷阱电荷和服务没有其他电容器步骤千乏电容器一步. 通电发生在峰值电压系统. 这有短暂的余吨 5,661 几秒钟之内.

图 9. 暂态电容通电 (是。) 在此之前充电的电容器 (-300 在), 我²T = 5,661一²是Ç

 

7.3 返回到上一页电容开关

另一种类型的电容器开关瞬态被称为背到后端切换. 这是当第二电容器接通接近先前激励电容器. 在这种情况下，由于两个电容与对方分享自己的电荷和得出相同的电压发生快速瞬变. 然后还有另外一个瞬态作为对电容引起的电压振荡绕 60 赫兹基波电压, 如上所述, 就好像它们是一个单一的电容器组.

图 10 示出了在激励 50 与陷阱电荷和千乏电容器步 150 在服务其他电容器千乏的步骤. 通电发生在峰值电压系统. 这短暂的有一个我²吨 5,178 一²秒. 对于图的时间尺度 10 从该图中大大放大 8 和 9. 这样做是为了更好地显示频率较高的最初瞬时.

图 10. 返回到上一页电容开关 (是。) 在此之前充电的电容器 (-350 在), I2T = 5,178 A2sec

7.4 被困充电

 

模拟被执行以确定是否电容器开关瞬变本来可以使故障. 该模拟的结果表明，该电容器开关瞬变可能产生足够高的余²T水平造成保险丝操作. 这是唯一真实的，如果有高水平的捕获电荷的电容器上一步被接通，且系统电压接近其峰值在切换时.

带开关在高层次陷阱电荷, 电容电压也能达到超过 2.0 单位. 这些级别可能不会引起电容器立即失败，但可能会导致电容器电介质的累积降解, 最终导致失败.

_我²

即使最坏的情况下, 这些T水平不会达到峰值允通我²保险丝吨. 该模拟的结果，故与实际情况一致的是，并非所有的任何熔断器的薄弱点已经清除.

有了这个信息, 工厂电工更换了被认为喋喋不休偶尔接触. 当持久化的问题, 该电工观察到的电容器的动作，并最终在电容器组替换控制板. 自那时以来，没有出现过电容器的故障或保险丝业务在银行.

 

参考文献

[1] “电气瞬变电源系统,“第二版, 艾伦·格林伍德, ©约翰·威利 & 儿子, 公司. 1991.

[2] IEEE StD里 519-1992, “IEEE建议措施及在电力系统中的HarmonicControl要求,“©电气和电子工程师协会, 公司. 1993.

[3] NFPA 70, 国家电气规范, 1999 版, ©美国国家防火协会, 公司. 1998.

[4] “防雷电保护手册 - 选择的基础上，国家电气规范保护装置,“©扼流圈, 库柏工业集团 1992

[5] “配电系统过电流ProtectionWorkshop - 课程笔记,“©库珀PowerSystems, 公司. 1996.

[6] IEEE StD里 18-1992, “IEEE标准并联电力电容器,“©电气和电子工程师协会, 公司. 1993.

[7] IEEE StD里 1036-1992, “IEEE指南并联电力电容器中的应用,“©电气和电子工程师协会, 公司. 1993.

 

作者简介

托马斯·M·. 怒放, 体育教育. 是一种高级产品应用工程师伊顿电气电能质量事业部. 汤姆收到了B.S. 在马凯特大学电气工程, 一个工程硕士. 在伦斯勒理工学院电力工程, 和M.B.A. 从管理凯勒研究生院. Tom在伊顿电气的功率因数校正集团 (电能质量事业部). 他处理与功率因数校正电容器组应用问题, 谐波滤波器, 静态开关电容器组, 和有源谐波滤波器, 以及许多电能质量相关的问题. 汤姆以前曾在伊顿工程服务 & 系统 (国际象棋) 组，为客户提供了电力工程专业, 聚焦在电源的质量和可靠性的领域. 汤姆已经进行了大量的测量和研究. 此外, 他发表的技术论文，并教工程研讨会和培训班上的电能质量问题.