Condensador explotando en una planta de papel

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Hace dos años estaba en una pasantía en una planta de papel en la Superintendencia de Electrocontrol, en el área de mantenimiento de equipos eléctricos. Bueno, tuvieron un problema con respecto a algunos bancos de condensadores que se instalaron para mantener el factor de potencia a un cierto nivel. El sistema era simple, tenía múltiples bancos de condensadores que se cambiaban para cambiar la potencia reactiva y controlar el factor de potencia, y tenían muchos cambios en un día. El problema que tenían es que los condensadores no durarían mucho, explotaron un mes, y esto era caro debido al mantenimiento y la necesidad de más condensadores para reemplazar los inútiles. Estoy un poco desconcertado, porque era un sistema trifásico, y el voltaje nominal de los condensadores era más alto que el voltaje de la fuente a la que estaban conectados (380 voltaje de línea, y los condensadores eran de aproximadamente 600 V)

Mi pregunta es, ¿por qué los condensadores "explotaron" tan rápidamente? Deberían haber durado al menos 3 - 6 meses (1 año esperado). Estaba pensando en una sobretensión debido a los transitorios al conmutar y producir como una "reacción en cadena", menos condensadores = > Tensión transitoria más alta. Sin embargo, hace tiempo que no resuelvo un problema de circuito, ¿podría alguien explicarlo en términos más matemáticos? ¿Estoy en lo correcto en mi declaración?

    
pregunta dpalma

3 respuestas

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Sospecho que la distorsión armónica de la tensión del sistema se debe a cargas no lineales. Los condensadores están dimensionados para transportar corriente debido a la compleja impedancia de los condensadores en la frecuencia de línea. Si la forma de onda del voltaje real tiene un contenido significativo de voltajes en frecuencias armónicas, eso aumenta la corriente del capacitor porque la impedancia es menor en esas frecuencias. Además, la distorsión armónica puede precipitar una situación de resonancia armónica que aumenta aún más la corriente del condensador.

Las cargas no lineales pueden ser controles electrónicos de velocidad del motor u otros equipos electrónicos de potencia en el sistema de distribución trifásico o incluso equipos electrónicos en sistemas de distribución monofásicos que se alimentan de los sistemas trifásicos.

Muchos motores grandes en plantas de papel funcionan con controles electrónicos de velocidad de conversión de potencia.

    
respondido por el Charles Cowie
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La causa más probable de falla en este caso es que el capacitor se calentó demasiado. Como todo, los condensadores se calientan cuando la corriente fluye a través de ellos. La cantidad de flujo de corriente depende de la tensión y la impedancia compleja de la tapa en la frecuencia de línea. En el análisis más simple posible, la corriente de RMS será \ $ V_ {línea} \ veces 2 \ pi f C \ $. Normalmente, los condensadores utilizados para este tipo de aplicación tendrán una especificación de voltaje de CA, que tiene todo esto en cuenta.

Por supuesto, puede tener varios condensadores en paralelo que no comparten la corriente correctamente. En ese caso, el que tiene la impedancia más baja (capacitancia más alta) domina.

O podría haber otros efectos que contribuyan a las corrientes de los condensadores además del voltaje de línea. He oído hablar de casos en los que los efectos de resonancia entre diferentes condensadores en una planta los exponen a corrientes más altas de lo que se esperaría que vieran. Incluso he oído hablar de casos en los que la falla de un condensador cambió la resonancia, haciendo que el problema desaparezca.

Hasta que alguien reemplace el condensador quemado, por supuesto ...

    
respondido por el Stephen Collings
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Los condensadores pueden fallar antes si se violan su clasificación de corriente de ondulación y la clasificación de la temperatura de operación ambiental.

Si la clasificación de la corriente de ondulación para estas tapas nominales de 600 V fue de 20 A, pero se observaron ondulaciones de la corriente de CA pico de 30-40 A (las magnitudes de la unidad son solo ejemplos), entonces los condensadores se desgastarán mucho más rápido de lo que están clasificados Debido al aumento de temperatura interna gracias a ESR (resistencia de serie equivalente).

Las temperaturas ambientales altas lo empeorarán aún más.

La realidad de la resistencia de contacto y la inductancia parásita significa que ningún condensador compartirá la corriente exactamente igual. Algunos pueden soportar un poco por encima de su rango de corriente de ondulación, mientras que otros bajan la cadena (si modela tapas paralelas como una cadena conectada por resistencias parásitas en los contactos y cables entre ellos) tienen mucho menos. Los que están más cerca de la fuente de entrada cargarán y descargarán la corriente más que los demás, y fallarán más rápido debido a las razones anteriores.

También encontré un documento útil sobre los bancos de condensadores de corrección de PF y sus modos de falla aquí .

    
respondido por el KyranF