Завод конденсаторных установок «МИРКОН» предлагает к ознакомлению цикл статей, посвящённых конденсаторам и установкам повышения коэффициента мощности. Третья, заключительная часть, содержит общие правила выбора конденсаторов по параметрам, обеспечивающим большой срок службы и малую интенсивность отказов. Также приведены примеры расчета срока службы и интенсивности отказов конденсаторов с разным номинальным напряжением и заявленной долговечностью. С первой и второй частями цикла можно ознакомиться по ссылкам: часть первая и часть вторая.
Превалирующее большинство производителей конденсаторов рассчитывают референсные (базовые) значения срока службы tsl, ref и интенсивности отказов λref по стандарту IEC 61709, но рекомендуют корректировать показатели в зависимости от реальных условий эксплуатации, т.е. тех же температуры, емкости и приложенного напряжения. Исходя из простого анализа графиков, данных таблиц стандарта-руководства Министерства обороны США MIL-HDBK-217F, международных технических регламентов IEC TR 62380 и IEC 61709 (см. в статье «Установки повышения коэффициента мощности и конденсаторы. Часть вторая. Нормативные документы оценки надежности») видно, что для выхода на максимальный срок службы и минимальную интенсивность отказов нужно:
- подбирать для установок конденсаторы с наиболее большим базовым tsl,ref (и минимальным λref);
- паковать конденсаторные батареи конденсаторами и сборками конденсаторных элементов с минимально возможной емкостью, поскольку уже в интервале 40 — 200 мкФ фактор πс составляет 1.4-1.6;
- обеспечивать конденсаторам в установке рабочую температуру менее 40 °С (оптимально 30) и напряжение не выше 0.5 номинального даже в ущерб потери эффективности по генерируемой мощности.
Важно: долговечность пленочных конденсаторов сильно зависит от приложенного напряжения, и снижение номинальных значений напряжения является наиболее эффективным способом увеличения срока службы и снижения средней наработки на отказ. Обеспечить рабочую температуру конденсаторов в шкафу установки на уровне 35 градусов Цельсия реально, если:
- в УКРМ интегрирована система принудительной вентиляции или кондиционирования;
- УКРМ управляет интеллектуальный контроллер, регулирующий температуру с помощью системы вентиляции по показаниям датчиков;
- между конденсаторами при монтаже обеспечен необходимый зазор (не менее 50 мм) или используются конденсаторные сборки с двойным корпусом и зазором по инструкции производителя.
Тогда, например, конденсаторы емкостью 150 мкФ с заявленной долговечностью (tsl, ref) 300000 часов при температуре класса -40/55 °С (максимальная средняя в течение года 35 градусов):
- Номинальным напряжением 850 В будут иметь факторы:
- температуры πt — 1.0,
- емкости πс — 1.5,
- напряжения (380/850=0.45) πv — 1.0 по IEC 61709 (1.25 по MIL-HDBK-217F),
- tsl=300000·1/1.0·1/1.5·1/1.0 = 200000 часов (по MIL-HDBK-217F tsl=300000·1/1.0·1/1.5·1/1.25=160000 часов).
Это 8333 суток, 278 месяцев или 23 года непрерывной работы (по MIL-HDBK-217F — 6667 суток, 222.2 месяца и 18.5 лет непрерывной работы). - Номинальным напряжением 525 В будут иметь факторы:
- температуры πt — 1.0,
- емкости πс — 1.5,
- напряжения (380/525=0.72) πv — 2.2 по IEC 61709 (3.6 по MIL-HDBK-217F),
- tsl=300000·1/1.0·1/1.5·1/2.2=90909 часов (по MIL-HDBK-217F tsl=300000·1/1.0·1/1.5·1/3.6=55556 часов).
Это 3788 суток, 126 месяцев или 6.4 года непрерывной работы (по MIL-HDBK-217F — 2315 суток, 77 месяцев и 18.5 лет непрерывной работы). - Номинальным напряжением 440 В будут иметь факторы:
- температуры πt — 1.0,
- емкости πс — 1.5,
- напряжения (380/440=0.86) πv — 3.6 по IEC 61709 (7.0 по MIL-HDBK-217F),
- tsl=300000·1/1.0·1/1.5·1/3.6 = 55556 часов (по MIL-HDBK-217F tsl=300000·1/1.0·1/1.5·1/7.0=28571 часов).
Это 2314 суток, 77 месяцев или 6.4 года непрерывной работы (по MIL-HDBK-217F — 1190 суток, 39.7 месяца и 3.3 года непрерывной работы).
В то же время конденсаторы той же емкости и работающие при той же температуре класса -40/55 °С (максимальная средняя в течение года 35 градусов), но с заявленной долговечностью (tsl, ref) 130000 часов:
- Номинальным напряжением 850 В будут иметь факторы:
- температуры πt — 1.0,
- емкости πс — 1.5,
- напряжения (380/850=0.45) πv — 1.0 по IEC 61709 (1.25 по MIL-HDBK-217F),
- tsl=130000·1/1.0·1/1.5·1/1.0=86000 часов (по MIL-HDBK-217F tsl=130000·1/1.0·1/1.5·1/1.25=68800 часов).
Это 3583 суток, 119.4 месяцев или 9.95 лет непрерывной работы (по MIL-HDBK-217F — 2867 суток, 95.6 месяца и 7.96 лет непрерывной работы). - Номинальным напряжением 525 В будут иметь факторы:
- температуры πt — 1.0,
- емкости πс — 1.5,
- напряжения (380/525=0.72) πv — 2.2 по IEC 61709 (3.6 по MIL-HDBK-217F),
- tsl=130000·1/1.0·1/1.5·1/2.2=39091 часов (по MIL-HDBK-217F tsl=130000·1/1.0·1/1.5·1/3.6=23889 часов).
Это 1629 суток, 54.29 месяцев или 4.5 года непрерывной работы (по MIL-HDBK-217F — 995 суток, 33.2 месяца и 2.76 года непрерывной работы). - Номинальным напряжением 440 В будут иметь факторы:
- температуры πt — 1.0,
- емкости πс — 1.5,
- напряжения (380/440=0.86) πv — 3.6 по IEC 61709 (7.0 по MIL-HDBK-217F),
- tsl=130000·1/1.0·1/1.5·1/3.6=39091 часов (по MIL-HDBK-217F tsl=130000·1/1.0·1/1.5·1/7.0=12285.6 часов).
Это 1629 суток, 54.29 месяцев или 4.5 года непрерывной работы (по MIL-HDBK-217F — 511.9 суток, 17.1 месяца и 1.42 года непрерывной работы).
Вместе с тем, интенсивность отказов конденсаторов (по MIL-HDBK-217F):
- Номинальным напряжением 850 с фактором напряжения (по MIL-HDBK-217F) πv=1.25-λ=0.00051·1.0·1.5·1.25/10-6=0.00096·10-6=0.01*10-7 1/ч, а это в 50 раз меньше порога, установленного в СТО 34.01-3.2.11-012-2017 ПАО «Россети» (интенсивность отказов конденсаторов после приработки не более 0.5·10-7 1/ч).
- Номинальным напряжением 525 с фактором напряжения (по MIL-HDBK-217F) πv=3.6-λ=0.00051·1.0·1.5·3.6/10-6=0.0023·10-6=0.02*10-7 1/ч, а это в 25 раз меньше порога, установленного в СТО 34.01-3.2.11-012-2017 ПАО «Россети»;
- Номинальным напряжением 440 с фактором напряжения (по MIL-HDBK-217F) πv=7.0-λ=0.00051·1.0·1.5·7.0/10-6=0.0045·10-6=0.05·10-7 1/ч, а это в 10 раз меньше порога, установленного в СТО 34.01-3.2.11-012-2017 ПАО «Россети».
