علت خراب شدن خازن های یو پی اس چیست؟
نقش خازن در دستگاه یو پی اس
خازن ها بوسیله صاف کردن، فیلتر کردن و ذخیره انرژی نقش مهمی در دستگاه یو پی اس ایفا می کنند. یک یو پی اس معمولی شامل ده ها نوع خازن مختلف هم در روی بردهای الکترونیکی حساس خودو هم در بخش مدارات قدرت می باشد. تمرکز این مقاله بر روی بررسی خازن‌های بخش دوم خواهد بود. اندازه این خازن ها گاها بااندازه یک قوطی نوشیدنی برابری می کند.
خازن از یک سیلندر آلومینیومی یا کروم اندود تشکیل شده است که یک جفت سطح رسانا بنام الکترود داخل آن قرار گرفته است. این دو عنصر به وسیله عایقی که دی الکتریک نامیده می شوداز یکدیگر جدا می شوند.
حجم باری که یک خازن می‌تواند ذخیره کند بر حسب فاراد اندازه‌گیری می‌شود که این مقدار به نام فیزیکدان معروف مایکل فارادی نامگذاری شده است و با توجه میزان قطر لایه دی الکتریک و مساحت سطح آلومینیوم اندود شده تعیین می‌شود.
خازن های اصلی در قسمت مدار قدرت یو پی اس را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:
خازن های ورودی AC : این خازن ها بخشی از فیلتر ورودی UPS و نیز مرحله تصحیح ضریب توان را تشکیل می دهند. این خازن ها در مسیر تغذیه ورودی یو پی اس قرار می گیرند و نقش اساسی در فیلتراسیون نویزهای گذرای ورودی یو پی اس، کاهش نویز ناشی از سوئیچینگ در خروجی یو پی اس و حذف اعوجاج هارمونیک ها را بر عهده دارند.
خازن های خروجی AC : این خازن ها بخشی از فیلترهای خروجی UPS را تشکیل می دهند. نقش آنها کنترل شکل موج ولتاژ خروجی UPS و ارائه توان راکتیو می باشد.
خازن های DC : که بخشی از سیستم یکسوسازی و ذخیره انرژی را تشکیل می دهند. وظیفه این خازن ها از بین بردن هرگونه نوسان ولتاژ در سیستم یو پی اس است که به عنوان فیلتر ولتاژ منبع نیز شناخته می‌شود. این خازن ها ذخیره انرژی را برای مدت کوتاه سوئیچ از برق به باتری را تامین می کنند و مانع از قطع برق خروجی یو پی اس در لحظه سوئیچ می گردد.
تمام خازن های فعال در بخش قدرت یو پی اس تحت فشارهای ناشی از سوئیچینگ فرکانس بالا و بارهای متصل به یو پی اس و همچنین تنش های ناشی از ولتاژ ناپایدار محیط قرار دارند.
عمر مفید خازن های یو پی اس
مانند باتری‌ها، خازن‌های یو پی اس هم از اجزایی هستند که به مرور زمان خراب شده و بایستی تعویض گردند.
خازن ها با گذشت زمان فرسوده می شوند و توانایی انجام وظایف خود را از دست می دهند. الکترولیت، کاغذ و فویل آلومینیومی داخل خازن از نظر فیزیکی و شیمیایی تخریب می شود. عوامل متعددی، مانند گرما یا جریان بیش از حد، می توانند سرعت تخریب را افزایش دهند.
بسته به میزان کیفیت ، یک خازن می تواند تا 10 سال عمر مفید را با شرایط عملیاتی مطلوب ارائه دهد. با این حال بهترین زمان برای تعویض خازن ها بین 4 تا 8 سال است چرا که در این بازه زمانی احتمال خرابی خازن و آسیب به سایر قسمت های مدار به حداقل می رسد.
عوامل تاثیرگذار بر طول عمر خازن های یو پی اس
عبور جریان بیش از حد نامی خازن : قرار گرفتن دائم خازن ها در معرض جریان هایی که بیشتر از مقدار نامی باشد به سرعت باعث آسیب دیدن خازن می شود. این جریان ها اگر گذرا باشند و موجب گرم شدن خازن نشوند تاثیر منفی نخواهند داشت.
در این مورد کاربر یو پی اس نمی تواند تاثیر گذار باشد و ممکن است بطور طبیعی اتفاق بیفتد.
کارکرد بیش از حد: در هر مداری هر چقدر خازن بیشتر کار کند سریع‌تر نیاز به تعویض دارد. از سوی دیگر در یک دستگاه یو پی اس یک خازن هرچه بیشتر سطوح غیرعادی نویز ولتاژ را فیلتر کند، سرعت خرابی آن نیز سریع‌تر خواهد بود.
گرمای بیش از حد: گرمای زیاد موجب تبخیر محلول داخل خازن شده و باعث ایجاد فشار داخلی خازن می گردد. گرما می‌تواند از داخل خازن بدلیل مسدود شدن فیلتر محدود کننده جریان هوا و یا دمای بالای محیط که یو پی اس در آن نصب شده است ایجاد شود.
علائم خرابی خازن های یو پی اس
سرویس کار یو پی اس می تواند با توجه به نشانه های زیر در هنگام بازدید دوره ای یو پی اس متوجه خرابی خازن ها شده و جهت تعویض آنها اقدام کند :
نشت روغن: این امر باعث افزایش دما و امپدانس در خازن شده و به مرور باعث خرابی آن می گردد.
تغییر شکل ظاهری: این پدیده معمولاً ناشی از گرمای بیش از حد، نشت مایع داخلی خازن و یا بروز اتصال کوتاه در خازن رخ می دهد.
سیم های سوخته و خشک شده متصل به خازن: این امر در اثر عبور جریان بیش از حد از خازن و سیم های متصل به آن ایجاد می شود و در بوسیله دماسنج لیزری قابل شناسایی است.
افزایش غیر عادی دما در هنگام عملکرد عادی: با استفاده از یک دماسنج لیزری می توان تغییرات غیر عادی در خازن را تشخیص داد. افزایش بی رویه دمای داخلی خازن نشان دهنده آن است که زمان تعویض خازن فرا رسیده است.
کاهش ظرفیت خازن: با بالا رفتن عمر خازن و تخریب ساختار داخلی آن ظرفیت خازن به آرامی کاهش می یابد. این تغییرات ظرفیت خازن را می توان با استفاده از ظرفیت سنج خازن اندازه گیری کرد که معمولاً در اکثر مولتی مترهای دیجیتال چنین قابلیتی وجود دارد.
خطرات احتمالی ناشی از خرابی خازن های یو پی اس
در مواردی که خازن دچار تغییرات ظاهری یا نشت الکترولیت نباشد معمولا یو پی اس با اعلام هشدار کاربر را از وجود عیب مطلع می کند اما در مواردی خرابی خازن حتی می تواند باعث انفجار آن شود و در صورت نشت مایع الکترولیت داخل خازن بدلیل خاصیت خورندگی به سایر المان های اطراف آسیب وارد خواهد شد.
هنگامی که یک خازن که بطور مشترک یک مجموعه با دیگر خازن ها ایجاد کرده است از کار بیفتد، حتی اگر یو پی اس به کار خود ادامه دهد سایر خازن ها تحت فشار قرار می گیرند که موجب کاهش طول عمر آنها می گردد.
تاثیر خرابی خازن ها بر عملکرد یو پی اس
میزان تاثیرگذاری خرابی خازن ها بر عملکرد یو پی اس بستگی به موقعیت خازن در مدار دارد. سلامت کلی خازن های مشابه و اینکه آنها به صورت سری یا موازی کار می کنند نیز بر این امر تاثیرگذار خواهد بود.
به عنوان مثال اگر خازن ها بسیار کمتر از میزان ولتاژ و یا ظرفیت خود کار می کنند بعید است که در صورت خرابی یکی از آنها عملکرد یو پی اس مختل شود زیرا خازن های باقیمانده می توانند نقص بوجود آمده را تا حدی جبران کنند.
با این حال در نهایت خرابی خازن بر عملکرد دستگاه یو پی اس تأثیر منفی خواهد گذاشت. به مرور توانایی فیلترینگ یو پی اس کاهش می یابد و توان جذب هارمونیک ها و نویزهای الکتریکی از بین می رود. میزان ذخیره انرژی کاهش می یابد و باتری ها ممکن است آسیب ببینند. در بدترین حالت، خرابی جدی خازن باعث می‌شود که یو پی اس از کار بیفتد.
خرابی خازن های AC می تواند مشکلات زیر را به همراه داشته باشد:
– افزایش اعوجاج اینورتر
– ناپایداری کل سیستم
– ترکیدن خازن و آسیب به سایر نقاط یو پی اس
– از کار افتادن ناگهانی یو پی اس
– افزایش هزینه های نگهداری و تعمیر
خرابی خازن های DC می تواند مشکلات زیر را به همراه داشته باشد:
– خرابی در بخش اینورتر/یکسو کننده
– آسیب به سایر قطعات داخل یو پی اس
– از کار افتادن ناگهانی یو پی اس
– افزایش هزینه های نگهداری و تعمیر
– ترکیدن خازن و آسیب به سایر نقاط یو پی اس
روش های کاهش ریسک خرابی خازنها در یو پی اس
بطور کلی نمی توان زمان مشخصی را بعنوان عمر استاندارد خازن تعیین نمود در نتیجه برای اطمینان از عملکرد مداوم و قابلیت اطمینان سیستم یو پی اس خود، توصیه می شود که خازن ها را به عنوان مواد مصرفی در نظر بگیرید و قبل از اینکه به پایان عمر استاندارد خود برسند برای جایگزینی آنها برنامه ریزی کنید.
بازه زمانی توصیه شده برای تعویض خازن ها بین 4 تا 8 سال توصیه شده است. خاکگیری یو پی اس، حفظ دمای محیط تا حداکثر 25 درجه سانتی گراد، از بین بردن رطوبت محیط، بازرسی بصری و سنجش دمای خازن های یو پی اس در حین کار و اندازه گیری ظرفیت خازن های در دسترس طی فرآیند سرویس دوره ای یو پی اس موجب کاهش ریسک خرابی ناگهانی خازن ها می گردد.
با تشکر از مطالب جامع و مفیدتون