ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบที่สำคัญใน ระบบ UPS (Uninterruptible Power Supply)ทำหน้าที่สำคัญต่างๆ เช่น การปรับเรียบ การกรอง และการกักเก็บพลังงาน เครื่อง UPS ทั่วไปประกอบด้วยตัวเก็บประจุหลายประเภท ทั้งในส่วนจ่ายไฟหลักและบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

โดยทั่วไปตัวเก็บประจุจะหุ้มด้วยอะลูมิเนียมหรือทรงกระบอกชุบโครเมียม ประกอบด้วยพื้นผิวตัวนำสองแผ่น ซึ่งโดยปกติจะเป็นแผ่นโลหะหรืออิเล็กโทรด คั่นกลางและหุ้มฉนวนด้วยตัวกลางไดอิเล็กทริก ปริมาณประจุที่ตัวเก็บประจุสามารถเก็บได้จะวัดเป็นฟารัด และกำหนดโดยความหนาของชั้นไดอิเล็กทริกและพื้นที่ผิวของแผ่นตัวนำ

ตัวเก็บประจุในส่วนจ่ายไฟของระบบ UPS สามารถจำแนกได้ดังนี้:

ตัวเก็บประจุอินพุต AC:สิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของตัวกรองอินพุต UPS และ/หรือขั้นตอนการแก้ไขตัวประกอบกำลัง พวกมันจัดการกับแหล่งจ่ายไฟหลักขาเข้าและมีบทบาทสำคัญในการปรับสัญญาณชั่วขณะขาเข้าให้ราบรื่น ลดสัญญาณรบกวนจากการสลับที่สะท้อนกลับ และลดความเพี้ยนของฮาร์มอนิกให้น้อยที่สุด
ตัวเก็บประจุเอาต์พุต AC:ตัวเก็บประจุเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของตัวกรองเอาต์พุตของ UPS ซึ่งช่วยควบคุมรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตที่จ่ายให้กับโหลดวิกฤต และให้กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ
ตัวเก็บประจุ DC:ตัวเก็บประจุเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของระบบเรียงกระแสและการเก็บพลังงาน ตัวเก็บประจุเหล่านี้ทำหน้าที่ปรับความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่าการกรองแรงดันไฟฟ้า) และเก็บพลังงานไว้เป็นระยะเวลาสั้นๆ ระหว่างการเปลี่ยนผ่านจากแหล่งจ่ายไฟหลักไปยังแบตเตอรี่ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะจ่ายพลังงานให้กับโหลดสำคัญได้อย่างต่อเนื่อง

ตัวเก็บประจุทั้งหมดในระบบ UPS จะถูกสัมผัสกับการสลับความถี่สูง โหลด UPS และความเครียดทางกายภาพ/ไฟฟ้าจากสภาพแวดล้อมการทำงาน

ตัวเก็บประจุมีอายุการใช้งานนานแค่ไหน?

ตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่ถือเป็นส่วนประกอบที่เปราะบางที่สุดใน ระบบ UPS และมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป พวกมันจะเสื่อมสภาพลงเมื่ออิเล็กโทรไลต์ กระดาษ และแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมภายในสลายตัวทั้งทางกายภาพและทางเคมี ปัจจัยต่างๆ เช่น ความร้อนสูงเกินไปหรือกระแสไฟฟ้าแรงสูง สามารถเร่งการเสื่อมสภาพนี้ให้เร็วขึ้นได้

แม้ว่าตัวเก็บประจุที่มีค่าพิกัดสูงจะมีอายุการใช้งานนานถึง 10 ปีภายใต้สภาวะที่เหมาะสม แต่แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดของอุตสาหกรรมแนะนำให้เปลี่ยนตัวเก็บประจุภายใน 4 ถึง 8 ปี เพื่อป้องกันความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวร้ายแรง ในบางกรณี ตัวเก็บประจุอาจจำเป็นต้องเปลี่ยนเร็วที่สุดภายใน 4 ปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบทบาทหรือสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง

ปัจจัยที่มีผลต่ออายุการใช้งานของตัวเก็บประจุ

ปัจจัยหลายประการสามารถทำให้อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุสั้นลง:

กระแสไฟฟ้าเกิน:ตัวเก็บประจุที่สัมผัสกับกระแสไฟฟ้าเกินความจุที่กำหนดจะเสียหาย แม้ว่ากระแสริปเปิลสูงที่เกิดขึ้นเป็นช่วงสั้นๆ อาจไม่เป็นอันตราย แต่การสัมผัสอย่างต่อเนื่องอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและเสียหายก่อนเวลาอันควร
ใช้มากเกินไปยิ่งตัวเก็บประจุทำงานหนักเท่าไหร่ ก็ยิ่งเสื่อมสภาพเร็วขึ้นเท่านั้น หากกรองสัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าหรือสัญญาณชั่วขณะระดับสูงบ่อยๆ การสึกหรอของตัวเก็บประจุก็จะเร็วขึ้น
ความร้อนสูงเกินไป:ความร้อนอาจทำให้อิเล็กโทรไลต์ภายในตัวเก็บประจุระเหย ทำให้เกิดแรงดันภายในที่ไม่ปลอดภัย ความร้อนนี้อาจเกิดจากปัจจัยภายใน เช่น ตัวกรองอากาศอุดตัน หรือปัจจัยภายนอก เช่น อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงในตำแหน่งของ UPS

สัญญาณของความล้มเหลวของตัวเก็บประจุ

วิศวกรบริการสามารถระบุความล้มเหลวของตัวเก็บประจุที่อาจเกิดขึ้นได้ผ่านตัวบ่งชี้หลายตัวในระหว่างการบำรุงรักษา UPS ตามปกติ:

การรั่วไหลของน้ำมัน:การรั่วไหลของน้ำมันจะเพิ่มอุณหภูมิและความต้านทานภายในตัวเก็บประจุ
การเสียรูป:เกิดจากความร้อนที่มากเกินไปหรือการรั่วไหลของของเหลวภายใน
สายไฟไหม้เกรียม:กระแสไฟเกินอาจทำให้สายไฟที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุเสียหายได้ ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยการถ่ายภาพความร้อน
ฝาวาล์วที่ไหม้และยื่นออกมา:สิ่งนี้บ่งบอกถึงความเครียดภายในและอาจนำไปสู่ความล้มเหลวได้หากส่วนที่ยื่นออกมาแตก
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ:การเฝ้าระวังอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญ อุณหภูมิภายในที่สูงขึ้น ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยเทอร์โมมิเตอร์หรือกล้องถ่ายภาพความร้อน บ่งชี้ว่าตัวเก็บประจุกำลังเสียหาย
การลดลงของความจุเมื่อเวลาผ่านไป โครงสร้างภายในของตัวเก็บประจุจะเสื่อมสภาพ ทำให้ค่าความจุลดลงเกินกว่าค่าที่ยอมรับได้ สามารถวัดค่านี้ได้โดยใช้มิเตอร์วัดค่าความจุ ซึ่งมีอยู่ในมัลติมิเตอร์ดิจิทัลคุณภาพสูงส่วนใหญ่

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุล้มเหลว?

ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสองประเภท:

เปิดความล้มเหลว:ตัวเก็บประจุหยุดทำงานแต่มีร่องรอยความเสียหายที่มองเห็นได้น้อยมาก ความเสียหายประเภทนี้อาจมองไม่เห็น แม้ว่าจะยังส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของ UPS อยู่ก็ตาม
ความล้มเหลวของไฟฟ้าลัดวงจร:ตัวเก็บประจุจะรั่วซึมวัสดุไดอิเล็กทริก ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายที่มองเห็นได้และอาจทำให้เกิดเสียงแตกได้ ความล้มเหลวนี้ร้ายแรงยิ่งกว่า เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวนำไฟฟ้าและกัดกร่อน ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบโดยรอบเสียหายได้

ในบางกรณี ตัวเก็บประจุอาจล้มเหลวอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยสูญเสียความทนทานโดยไม่มีสัญญาณที่ชัดเจนใดๆ

ตัวเก็บประจุบางชนิด โดยเฉพาะชนิดอิเล็กโทรไลต์ จะมีวาล์วหรือฝาครอบระบายความดันในตัว เพื่อให้สามารถระบายความดันภายในได้อย่างมีประสิทธิภาพในกรณีที่เกิดความล้มเหลว อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนี้อาจทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นและเสี่ยงต่อการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์

ผลที่ตามมาของความล้มเหลวของตัวเก็บประจุใน UPS

ผลกระทบของความล้มเหลวของตัวเก็บประจุบน UPS ขึ้นอยู่กับประเภทของความล้มเหลวและการกำหนดค่าของตัวเก็บประจุ (ไม่ว่าจะต่อแบบอนุกรมหรือขนาน) ในระบบที่มีตัวเก็บประจุหลายตัว ความล้มเหลวเพียงตัวเดียวอาจไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานในทันที เนื่องจากตัวเก็บประจุที่เหลือสามารถชดเชยการทำงานที่สูญเสียไปได้ อย่างไรก็ตาม ความล้มเหลวเพียงตัวเดียวก็สามารถลดประสิทธิภาพของ UPS ได้ ส่งผลให้ความสามารถในการกรองลดลง เพิ่มสัญญาณรบกวนและความเพี้ยนฮาร์มอนิก ลดการจัดเก็บพลังงาน และอาจสร้างความเสียหายให้กับสายแบตเตอรี่

ในกรณีร้ายแรง ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุที่ร้ายแรงอาจทำให้ UPS เข้าสู่โหมดบายพาส ซึ่งทำให้โหลดสำคัญไม่ได้รับการป้องกัน

ผลที่ตามมาโดยเฉพาะของตัวเก็บประจุ AC ที่เสื่อมสภาพ ได้แก่:

เพิ่มการบิดเบือนของอินเวอร์เตอร์
ความไม่เสถียรของระบบ โดยเฉพาะในการกำหนดค่าแบบขนาน
การเสียหายกะทันหันพร้อมเสียงดังและควัน ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบ UPS อื่นๆ เสียหายได้
การหยุดทำงานที่ไม่ได้กำหนดไว้
ต้นทุนการบำรุงรักษาและซ่อมแซมที่เพิ่มขึ้น
ความเสี่ยงจากไฟไหม้หรือการระเบิดเนื่องจากตัวเก็บประจุเสียหาย

บทสรุป

ตัวเก็บประจุมีความสำคัญต่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพของ ระบบ UPSมีบทบาทในการกรอง กักเก็บพลังงาน และรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า เมื่อเวลาผ่านไป ประสิทธิภาพอาจลดลงเนื่องจากความร้อน กระแสไฟฟ้าเกิน และการใช้งานมากเกินไป การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอและการเปลี่ยนตัวเก็บประจุอย่างทันท่วงทีสามารถช่วยป้องกันความผิดพลาดที่สำคัญและทำให้ระบบ UPS ทำงานได้อย่างต่อเนื่องและเชื่อถือได้