Zaburzenia w napięciu zasilającym mogą być przyczyną nie tylko dodatkowych kosztów, lecz także zagrożenia pożarowego, a więc stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia użytkowników. Zależy to w dużym stopniu od czasu trwania zaburzeń i przyjmując to kryterium można mówić o zaburzeniach:
- wywołujących skutki natychmiastowe związane z samym faktem wystąpienia zjawiska, a nie z czasem jego trwania, np. błędne działanie układów zabezpieczeń, urządzeń sterujących, telekomunikacyjnych itp.,
- wywołujących skutki kumulujące się w czasie, np. przyspieszenie procesu starzenia izolacji maszyn elektrycznych i kabli, dodatkowe straty mocy w torach prądowych, przeciążenie elementów sieci elektroenergetycznej itp.
Jedne i drugie mogą, poprzez wyzwolenie dużych ilości energii – także w następstwie błędów sterowania, zaburzyć bilans cieplny urządzenia lub procesu technologicznego prowadząc do wzniecenia pożaru. Przykładów udawadniających tę tezę jest bardzo dużo i ich omówienie przekracza objętość niniejszego artykułu. Część z nich ma ogólny charakter ułatwiający uogólnienie zjawisk (np. wzrost temperatury urządzeń w następstwie dodatkowych strat energii wywołanych różnymi czynnikami) lub są to przypadki szczególne, wymagające indywidualnej analizy.
Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera! |
zagrożenie pożarowe powodowane przez baterie kondensatorów
Na fotografii 1. przedstawiono przykładową instalację kondensatorową SN przed i po awarii.
W wyniku zwarcia obudowa jednego z kondensatorów została rozerwana, a
zawartość o wysokiej temperaturze wydostała się na podłogę wzniecając
pożar. Łuk elektryczny zniszczył doprowadzenia elektryczne w górnej
części baterii, a siły elektrodynamiczne rozerwały przekładnik prądowy.
Gazy wydobywające się z płonącej baterii dostały się do szybu windy,
stanowiąc realne zagrożenie dla ludzi. Przypadki takie nie należą do
rzadkości. Należy więc postawić pytanie: co sprawia, że instalacje
kondensatorów o mocach niekiedy wielu Mvar pracują nieprawidłowo, w
krytycznych sytuacjach stanowiąc zagrożenie pożarowe i zagrożenie dla
bezpieczeństwa ludzi?
Kondensatory należą do tej kategorii
urządzeń, które w bardzo dużym stopniu doświadczają skutków pracy w
środowisku elektromagnetycznym z przebiegami odkształconymi.
Przeciążenia, którym podlegają, dotyczą napięcia, prądu i mocy.
Większość międzynarodowych norm określa wartości graniczne napięć i
prądów na bardzo małym poziomie w stosunku do wartości znamionowych.
Przykładowo, według norm IEEE, stających się często wzorem dla innych
dokumentów narodowych i międzynarodowych:
- maksymalna długotrwała wartość skuteczna napięcia kondensatora: 1,1·UN ,
- maksymalna długotrwała wartość szczytowa napięcia kondensatora:
,
- maksymalna wartość szczytowa napięcia podczas krótkotrwałych przepięć: 
,
- maksymalna długotrwała wartość skuteczna prądu kondensatora: 1,35· IN,
- maksymalna wartość mocy biernej kondensatora: 1,35·QN
gdzie UN, IN, QN
są wartościami znamionowymi odpowiednio: napięcia, prądu i mocy
kondensatora. Zachowanie podanych wartości prądów i napięć nie powinno
prowadzić ani do uszkodzenia kondensatora, ani skrócenia czasu jego
użytkowania. Jednak podane zapasy prądowe i napięciowe są na tyle małe,
że w praktyce dochodzi często do ich przekroczenia – na skutek błędów
projektowych lub nieprawidłowej eksploatacji. Praca baterii w stanie
długotrwałego przeciążenia znacząco skraca czas jej eksploatacji, a
przekroczenie parametrów granicznych kondensatorów stanowi realne
zagrożenie pożarowe. Przykładowo rezultatem odkształcenia napięcia,
czyli obecności wyższych harmonicznych, jest wzrost wartości szczytowej
napięcia – po przekroczeniu 120% wartości znamionowej stanowi to
dodatkowe obciążenie dla izolacji.
W konsekwencji może dojść do
częściowego wyładowania w dielektryku, zwarcia końców folii zwijek
kondensatorowych i trwałego uszkodzenia kondensatora. Przepływ przez
baterię prądu o zbyt dużej wartości powoduje wystąpienie w
kondensatorach dodatkowych strat mocy. Wiąże się to ze zjawiskami,
takimi jak: przepalenie bezpieczników, procesy fizykochemiczne
dielektryków powodujące przyspieszony proces starzenia i skrócenie czasu
eksploatacji, trwałe uszkodzenie kondensatora, a w granicznym przypadku
rozerwanie kondensatora.
wpływ procesów łączeniowych
Wzrost wartości szczytowej napięcia kondensatora może nastąpić na skutek wzmocnienia oscylacji napięcia wywołanych procesem łączeniowym. Łączenie pojedynczej nienaładowanej baterii kondensatorów nie wiąże się – z wyjątkiem przypadków szczególnych – z zagrożeniem dla kondensatorów i środowiska zewnętrznego. Wartość szczytowa napięcia nie przekracza zwykle 1,1 UN do 1,6 UN, a czas trwania zjawiska zmienia się typowo od 0,5 do 3 okresów. Znacznie trudniejsze warunki napięciowe mogą wystąpić w przypadku:
- dołączania kolejnej baterii do już pracującej – oscylacje łączeniowe na równolegle pracujących bateriach mogą mieć większą wartość, a czas ich trwania może być znacząco dłuższy, szczególnie w sieciach SN i WN,
- łączenia baterii wstępnie naładowanej – dochodzi wtedy do znaczącego wzrostu prądu i napięcia kondensatora,
- zapłon łuku podczas procesu wyłączania baterii. Różnica potencjałów między stykami wyłącznika może osiągnąć wartość równą podwójnej amplitudzie napięcia zasilającego. Jeżeli ta wartość przekroczy wytrzymałość przerwy między stykami, wyładowanie łukowe pomiędzy nimi spowoduje gwałtowny wzrost prądu źródła zasilania i napięcia kondensatora. Taki przypadek może wystąpić np. w wyniku nieprawidłowego doboru wyłącznika i grzania się jego styków.
W szczególnych przypadkach w sieci elektroenergetycznej mogą powstać oscylacje napięcia o znacznych wartościach szczytowych. W układzie przedstawionym na rysunku 1. stwierdzono duży poziom awarii baterii kondensatorów niskiego napięcia (nn) C2 na skutek wzmocnienia oscylacji zainicjowanych procesem łączenia baterii C1 (rys. 2.).
