Для компенсации реактивной мощности в электрических сетях наибольшее распространение получили косинусные силовые конденсаторы, собираемые в группы (батареи). В процессе работы в электроустановке системы автоматического регулирования осуществляют их коммутации, чтобы достичь требуемого значения емкости. Токи, протекающие через подключенные к сети конденсаторы, создают в их внутренних переходных контактах потери активной мощности, рассеивающиеся в виде тепла. Эти токи имеют, как правило, несинусоидальный характер, что приводит к дополнительному нагреву конденсаторов из-за поверхностного эффекта в проводниках. Также очевидно, что нагрев конденсаторов обусловлен диэлектрическими потерями, пропорциональными частоте и квадрату напряжения.
Во время эксплуатации корпусы конденсаторов естественным образом могут загрязняться, сопротивления переходных контактов и тангенс угла диэлектрических потерь могут возрасти. Все это приведет к их дополнительному, анормальному нагреву и, возможно, к последующему перегреву с развитием повреждений и внезапным отказом.
Современные системы защиты силовых конденсаторов реагируют непосредственно на аварийные ситуации. Например, на короткое замыкание. В момент срабатывания защиты повреждение уже произошло, что влечет вывод всей компенсирующей установки из эксплуатации до устранения неисправностей и, соответственно, приводит к финансовым затратам. При наличии системы диагностирования, способной среагировать на ранней стадии еще до отказа конденсатора, можно предусмотреть меры для штатного вывода неисправного конденсатора из работы [1–8].
В данной статье предложена методика для построения системы непрерывного мониторинга тепловых процессов косинусных силовых конденсаторов, способной на ранней стадии выявлять их анормальный нагрев, обусловленный медленно развивающимися неисправностями.
С целью удешевления аппаратной части системы диагностирования все ее алгоритмы должны иметь такой уровень сложности, чтобы выполнять все необходимые расчеты в рамках одного микроконтроллера внутри контролирующего прибора без использования внешнего компьютера. Для этого авторами данной статьи разработана упрощенная математическая модель группы конденсаторов, использующая метод термоэлектрических аналогий. Рассмотрим суть функционирования такой модели.