Hoogspanningscondensatoren: Informatie en Toepassingen

Een hoogspanningscondensator is een essentieel elektrisch component dat wordt gebruikt in wisselstroomsystemen met een vermogensfrequentie van 1 kV en hoger. Deze condensatoren spelen een cruciale rol bij het verbeteren van de arbeidsfactor en de kwaliteit van het elektriciteitsnet.

Structuur en Componenten van Hoogspanningscondensatoren

Hoogspanningscondensatoren zijn hoofdzakelijk samengesteld uit drie hoofdcomponenten: porseleinen uitlaatbussen, capacitieve elementgroepen en schalen. De schaal, vervaardigd uit dunne stalen platen, wordt verzegeld en gelast. De uitgaande porseleinen huls wordt op de schaal gelast, waarna de terminal erdoorheen wordt getrokken.

De capacitieve elementgroep, ook wel de kern genoemd, bestaat uit meerdere capacitieve elementen die met elkaar zijn verbonden. Deze elementen zijn opgebouwd uit condensatorpapier, film-papiercomposiet of pure film als diëlektricum, en aluminiumplatina als elektrodeplaat.

Om te voldoen aan de vereisten voor condensatoren die bestand zijn tegen verschillende spanningsniveaus, kunnen de capacitieve elementen in serie of parallel worden geschakeld. Bij een enkele driefasige condensator worden de capacitieve elementgroepen in de behuizing in een driehoekige configuratie verbonden.

Veiligheidsvoorzieningen en Extra Functies

In hoogspanningscondensatoren met een spanning van 10 kV en lager, is elk capacitief element uitgerust met een zekering. Deze zekering fungeert als een interne kortsluitbeveiliging voor de condensator. Sommige condensatoren zijn tevens voorzien van een ontladingsweerstand. Wanneer de condensator wordt losgekoppeld van het net, zorgt deze weerstand ervoor dat de resterende spanning na ongeveer 10 minuten wordt teruggebracht tot minder dan 75V.

Technische Prestaties en Vereisten

Hoogspanningscondensatoren moeten voldoen aan specifieke technische prestaties en vereisten:

• Capaciteitsafwijking: De afwijking mag niet groter zijn dan -5% tot +10%. De verhouding van de maximale tot de minimale capaciteit tussen twee lijnterminals in een driefasige opstelling mag niet groter zijn dan 1,06.
• Diëlektrisch verlies (tanδ): Bij nominale spanning (Un) en 20°C geldt:
  • Voor film-papier composietmedium: tanδ ≤ 0,0012.
  • Voor volfilmmedium: tanδ ≤ 0,0005.
• Continue bedrijfsspanning: De continue bedrijfsspanning is 1,0Un. De maximale waarde van langdurige overspanning mag niet hoger zijn dan 1,1Un.
• Steady-state overstroom: Inclusief harmonische stroom, mag deze niet groter zijn dan 1,43 In.
• Maximaal toegestane capaciteit: Deze mag niet groter zijn dan 1,35Qn.
• Installatiehoogte: Het installatie- en bedieningsgebied mag niet hoger zijn dan 1000 meter boven zeeniveau.
• Omgevingsluchttemperatuur: De temperatuur in het installatie- en bedieningsgebied varieert van -50°C tot +55°C.
• Restspanning bij ingebruikname: De restspanning op de klemmen mag niet hoger zijn dan 0,1Un.
• Installatieplaatsvereisten: De plaats moet vrij zijn van ernstige mechanische trillingen, schadelijk gas en stoom, en mag geen elektrische geleidbaarheid of explosief stof bevatten.

Toepassingen van Hoogspanningscondensatoren

Hoogspanningscondensatoren vinden diverse toepassingen in elektrische netwerken:

1. Transmissielijnen: Ze kunnen worden gebruikt om een seriecompensatiestation te vormen, wat de transmissiecapaciteit van de lijn verbetert.
2. Onderstations: In grote onderstations dragen ze bij aan de vorming van SVC (Static Var Compensator), wat de stroomkwaliteit verbetert.
3. Distributielijnen: Aan het einde van distributielijnen verbeteren ze de arbeidsfactor en waarborgen ze de spanningskwaliteit.
4. Onderstationrails: Geïnstalleerd in midden- en laagspanningsrails van onderstations, compenseren ze het reactieve vermogen van de belasting en verbeteren ze de arbeidsfactor aan de railzijde.
5. Filtering: In laadterminalstations met niet-lineaire belasting worden hoogspanningscondensatoren ook ingezet voor filtering.

Werkomgeving van Hoogspanningscondensatoren

De juiste werkomgeving is cruciaal voor de optimale prestaties en levensduur van hoogspanningscondensatoren:

• De omgevingstemperatuur mag niet hoger zijn dan 40°C.
• De relatieve luchtvochtigheid mag niet hoger zijn dan 80%.
• De hoogte van de werkomgeving mag niet hoger zijn dan 1.000 meter.
• Er mogen geen stoom, bijtende gassen, stof of vezels in de nabije omgeving aanwezig zijn.
• De installatieomgeving mag niet ontvlambaar, explosief zijn en mag geen sterke trillingen vertonen.

Basisprincipes van Condensatoren

Een condensator is een elektrisch component dat elektrische lading kan opslaan. Dit gebeurt door aan de ene zijde een elektrische lading op te slaan, terwijl aan de andere zijde een tegengestelde lading wordt opgeslagen. Dit vermogen om lading op te slaan, gemeten in coulomb per volt, heet de capaciteit en wordt uitgedrukt in de eenheid farad (F).

De eenvoudigste vorm van een condensator is de plaatcondensator, bestaande uit twee parallelle geleiders gescheiden door een diëlektricum. De capaciteit van zo'n condensator is recht evenredig met het oppervlak van de platen en omgekeerd evenredig met de afstand tussen de platen. De formule hiervoor is:

C = εr * ε0 * A / d

waarbij:

• C de capaciteit is
• εr de relatieve permittiviteit (diëlektrische constante) van het diëlektricum is
• ε0 de elektrische permittiviteit van het vacuüm is
• A het oppervlak van de platen is
• d de afstand tussen de platen is

Het diëlektricum, het materiaal tussen de geleiders, laat in de praktijk een kleine lekstroom door. In schakelschema's wordt dit vaak gemodelleerd door een grote parallelle weerstand.

Verschillende types condensatoren

Er bestaan diverse soorten condensatoren, elk met specifieke eigenschappen en toepassingen:

• Elektrolytische condensatoren (elco's): Gebruikt voor grote capaciteiten, bestaan uit opgerolde lagen aluminiumfolie gescheiden door een elektrolyt-gedrenkt papier of kunststof. Het diëlektricum is aluminiumoxide, wat een zeer hoge capaciteit mogelijk maakt. Deze condensatoren zijn gepoold (hebben een plus- en minpool).
• Keramische condensatoren: Kenmerken zich door kleine capaciteit en hoge doorslagspanning. Tegenwoordig ook verkrijgbaar als Surface-Mounted Devices (SMD) met grotere capaciteit bij lage werkspanning en goede temperatuurbestendigheid (tot 125°C).
• Kunststoffilmcondensatoren: Gebruiken kunststoffilm als diëlektricum. Polypropeen (KP, MKP) biedt goede hoogfrequente eigenschappen, terwijl polyester (KT, MKT) grotere capaciteitswaarden kan bieden, maar minder geschikt is voor hoge frequenties. Boven 85°C mag de spanning gereduceerd worden toegepast.
• Variabele condensatoren: Bijvoorbeeld afstemcondensatoren of varicaps die worden gebruikt in radio-ontvangers.

Gedrag van condensatoren in circuits

Een condensator blokkeert gelijkstroom zodra deze is opgeladen. Voor wisselstroom biedt een ideale condensator een impedantie die afneemt met toenemende frequentie. De capacitantie, de complexe impedantie van de condensator, zorgt ervoor dat de stroom 90° voorloopt op de spanning. In praktijk zal een lekstroom optreden, wat leidt tot een kleine dissipatie van elektrisch vermogen.

Bij parallelschakeling van condensatoren worden de afzonderlijke capaciteiten opgeteld. De capaciteit wordt vaak op de behuizing vermeld, soms met de eenheid (bijv. μF), soms impliciet in picofarad (pF). Kleurcodering kan ook worden gebruikt om de capaciteit, tolerantie en maximale spanning aan te geven.

Condensatoren worden gebruikt voor cos φ-compensatie om de faseverschuiving in elektrische installaties te verminderen en de arbeidsfactor te verbeteren. Ze kunnen ook als alternatief voor chemische accu's dienen, met name vanwege hun snelle oplaadtijd. Onbedoelde capaciteiten in kabels worden aangeduid als 'parasitaire capaciteit'.

tags: #hoogspannings #trim #condensator