فهم المصادر الأولية لفقدان الطاقة في وحدات مكثف الطاقة

نظرة عامة على فقدان الطاقة في منشآت المكثفات عالية الجهد

في أنظمة الطاقة عالية الجهد ، تعد المكثفات ضرورية لتصحيح عامل الطاقة ، وتنظيم الجهد ، وتعويض الطاقة التفاعلية. من بين هؤلاء ، أ وحدة مكثف عالية الجهد يلعب دورًا رئيسيًا في الحفاظ على الاستقرار الكهربائي في المحطات الفرعية والإعدادات الصناعية. في حين أن المكثفات تعتبر عمومًا مكونات منخفضة الخسارة مقارنة بالعناصر المقاومة أو الاستقرائية ، إلا أنها ليست خالية تمامًا من تبديد الطاقة. يمكن أن يؤدي فقدان الطاقة في هذه الوحدات إلى زيادة تكاليف التشغيل ، وانخفاض الكفاءة ، وعمر المعدات الأقصر. لذلك ، فإن تحديد وفهم السبل الأولية لفقدان الطاقة أمر بالغ الأهمية لتحسين الأداء وطول العمر.

الخسائر العازلة بسبب عيوب المواد

أحد المساهمين المهمين في فقدان الطاقة هو فقدان العزل الكهربائي. تخزين المكثفات الطاقة من خلال تجميع الشحنات الكهربائية عبر وسيط عازل. ومع ذلك ، لا توجد مادة عازلة جيدة. حتى العازل العالي الجودة تظهر كمية صغيرة من الموصلية أو التأخر في الاستقطاب ، مما تسبب في ما يعرف باسم تبديد العزل الكهربائي. تعتمد هذه الخسارة على التردد وتصبح أكثر وضوحًا في الفولتية العاملة العالية أو في وجود بيئات غنية بالتوافقي. يمكن أن تتراكم الحرارة المتولدة من الخسائر العازلة بمرور الوقت ، مما يرفع درجة الحرارة الداخلية للوحدة وربما تسريع تدهور الخواص العازلة.

خسائر التوصيل من خلال الأقطاب الكهربائية والاتصالات

ينشأ مصدر آخر ملحوظ لفقدان الطاقة من التوصيل من خلال المكونات المعدنية للمكثف. الأقطاب الكهربائية والمحطات والترابط جميعها مصنوعة من مواد موصلة ، وعادة ما يكون الألومنيوم أو النحاس. هذه المواد ، على الرغم من التوصيل الشديد ، لا تزال تظهر بعض المقاومة. عندما تتدفق التيار عبر المكثف ، تتسبب هذه المقاومة في خسائر I²R - يتم تبديد الطاقة في شكل حرارة. في التطبيقات عالية الجودة ، يمكن أن تسهم حتى العناصر المقاومة البسيطة في كمية قابلة للقياس من فقدان الحرارية. بمرور الوقت ، يمكن أن تتسبب دورات التدفئة والتبريد المتكررة في الإجهاد الميكانيكي أو تخفيف المفاصل ، مما يزيد من المقاومة وتبديد الطاقة.

الخسائر بسبب تيارات التسرب وتدهور العزل

حتى في الظروف المثالية ، قد تظهر المكثفات تيارات تسرب عبر العزل الكهربائي أو سطح الغلاف. هذه التيارات عادة ما تكون ضئيلة ولكن يمكن أن تصبح مهمة في الوحدات المسنة أو تلك المعرضة للرطوبة العالية أو تقلبات درجة الحرارة أو التلوث. يزيد تدهور العزل بمرور الوقت من خطر ارتفاع التسرب ، مما لا يؤدي فقط إلى فقدان الطاقة ولكن قد يسبب أيضًا في السلامة ويتسبب في انهيار العزل الكهربائي. للتخفيف من ذلك ، يتم تصميم وحدات المكثف الحديثة غالبًا مع مواد عزل محسّنة وتقنيات الختم ، على الرغم من أن درجة ما من الخسارة لا مفر منها.

الخسائر المرتبطة بالتبديل والعبور

في النظم الصناعية ، غالبًا ما يتم تشغيل المكثفات وإيقافها وفقًا للطلب على الحمل. أثناء أحداث التبديل ، لا سيما تحت الحمل أو في الشبكات ذات جودة الطاقة الرديئة ، يمكن أن تحدث العابرين مثل مسامير الجهد أو التيارات المتداخلة. قد لا يستمر هؤلاء العابرين ، لكن تأثيرها كبير. كل حدث يسبب التدفئة الموضعية والضغط العازلة ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة البسيط ولكن التراكمي. يمكن أن يؤدي التبديل المتكرر أو المدار بشكل سيئ أيضًا إلى زيادة التآكل على مكونات الحماية مثل المقاولين والمفاعلات ، مما يساهم في عدم كفاءة النظام بمرور الوقت.

الخسائر الحرارية وتأثيرها على طول العمر

بغض النظر عن المصدر ، يتم تحويل معظم خسائر الطاقة في المكثفات إلى الحرارة في النهاية. ارتفاع درجات الحرارة الداخلية لا تمثل الطاقة الضائعة فحسب ، بل تقصر أيضًا عمر المكثف. تؤثر الخسائر الحرارية على الاستقرار الكيميائي للعزل الكهربائي ، ولزوجة سوائل التشريب ، ومرونة مركبات الختم. في التطبيقات عالية الجهد ، إدارة هذه التأثيرات الحرارية أمر بالغ الأهمية. عادة ما يتم استخدام التبريد السلبي من خلال تصميم السكن الأمثل والتبريد النشط عن طريق التهوية أو أحواض الحرارة لتقليل نفايات الطاقة والتدهور الحراري.