|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 33 Характеристики нескольких основных пропитывающих составов приведены в табл. 16. Обкладки конденсаторов нагреваются проходящим по ним током и одновременно отводят тепло от диэлектрика к корпусу конденсатора. В процессе работы конденсатора на обкладки из фольги действуют механические напряжения, вызванные электродинамическими силами, возникающими при протекании токов в близко расположенных электродах. Материал обкладок испытывает также механические нагрузки при намотке и сборке конденсаторных секций. Этими условиями определяются требования к материалу обкладок: он должен обладать высокой электропроводностью, теплопроводностью и механической прочностью. Чаще всего для обкладок применяется алюминиевая фольга. Для изготовления фольги применяется алюминий марок АО.(99,6% А1), А-1 (99,5% А1), АД-1 (99,3% А1) и АД (98,8% А1). Удельное сопротивление алюминия, как и других проводниковых материалов, растет при увеличении процента содержащихся в нем примесей. У наиболее чис- того, отожженного алюминия р = 0,026 --- , у алюминия марки А-1 р = 0,0282Температурный коэффициент сопротивления ТКр = 0,004 град~ в интервале температур О-150° С. В соответствии с ГОСТ 618-62 Фольга алюминиевая, рулонная для электротехнических целей , фольга выпускается толщиной от 0,005 до 0,2 мм при ширине рулона от 10 до 460 мм. Допуски по толщине колеблются в пределах от ±10 до ±20%, что при конструировании может вызывать заметное отклонение фактической толщины и веса секции от расчетных величин, полученных при номинальных размерах. Фольга выпускается двух сортов - твердая и мягкая (отожженная),- различающихся по своим механическим характеристикам. Для мягкой фольги временное сопротивление разрыву составляет не менее 3,0 кГ/мм, для твердой- не менее 10 кГ/мм. Для мягкой фольги относительное . удлинение при разрыве нормируется: для толщин 0,012- 0,04 мм должно быть не менее 2% и для толщин 0,05-0,2 мм -не менее 3%. При росте температуры от 20 до 200° предел на растяжение у алюминия снижается примерно в два раза. ° Характеристики пропитывающих составов для бумажных конденсаторов
За сравнительно короткий промежуток времени под влиянием нагрева при температуре порядка 150° С начинается процесс рекристаллизации алюминия и переход твердого алюминия в отожженный. Полный отжиг алюминиевой проволоки при t = 260° G происходит через 60 сек, а при t = 500° G - через 1 сек. Алюминий обладает свойством ползучести - медленной деформации под влиянием постоянна приложенной силы. Процесс ползучести начинается при о = 0,67 Ораст- Следует также учитывать явление вибрационной усталости алюминия - при работе слабо сжатого конденсатора возможна вибрация обкладок и выводов, в результате чего они постепенно разрушаются. К тепловым характеристикам алюминия относятся: температура плавления 656° С, коэффициент теплопроводности 2 ет/см град, удельная теплоемкость при 20° С - 0,225 кал/ч град, температурный коэффициент линейного расширения, равный 24-10~* град в интервале 20-100° С. Чистая поверхность алюминиевой фольги при воздействии на нее кислорода воздуха покрывается оксидной пленкой (AUOe) толщиной 0,01-0,1 жк и плотностью 2,8- 3,2 г1см. Электрические характеристики оксидной пленки -имеют следующие значения: е 10, ру = Ю^ож см, igb = 0,02, Япр = 390 в1мк. Эти данные следует рассматривать как ориентировочные, так как на все характеристики пленки сильно влияют ее пористость и количество влаги, содержащейся в порах. Пленка защищает поверхность алюминия от дальнейшего окисления и от взаимодействия с пропитывающими составами. Оксидная пленка на обкладке конденсатора включена последовательно с основным диэлектриком. Малая толщина оксидной пленки по сравнению с толщиной основного слоя диэлектрика бумажных конденсаторов, а также большое количество дефектных мест в оксидной пленке, образующейся в естественных условиях, позволяют не считаться с влиянием оксидного слоя на такие характеристики конденсатора, как емкость, сопротивление изоляции, диэлектрические потери. Некоторое влияние оксидная пленка оказывает на ухудшение контакта между обкладками конденсатора и вкладными выводами. При проектировании конденсатора должны быть выбраны: марка алюминия, из которого изготовлена фольга; сорт фольги - твердая или мягкая; ширина рулона; толщина фольги. Фольга из более чистого алюминия марки АО имеет более высокую электропроводность и теплопроводность, чем фольга из алюминия марок А1 и АД, и соответственно более высокую стоимость. Твердая фольга по механической прочности превосходит мягкую более чем вдри раза. В конденсаторной промышленности из технологических соображений для получения больших скоростей намотки секций и уменьшения числа обрывов при намотке применяют твердую фольгу, хотя она имеет несколько меньшую электропроводность, чем мягкая. Ширина рулона фольги должна быть выбрана в соответствии с ГОСТ 618-62. Размеры конденсаторной секции выбираются с учетом этой стандартной ширины. Толщина фольги прежде всего определяется по тем усилиям, которым фольга подвергается при намотке секций. В результате теплового расчета конденсатора толщину фольги иногда приходится увеличивать по сравнению с толщиной, выбранной по условиям механических нагрузок. Для выводов (вкладышей) секции конденсаторов выбирается либо более толстая, чем для электродов, алюминиевая фольга, либо медная луженая фольга толщиной 0,05 мм. Для перемычек между секциями и для выводов конденсатора применяется медная фольга толщиной 0,3-0,5 мм. Диэлектрическая проницаемость пропитанной бумаги При расчете диэлектрической проницаемости пропитанной бумаги необходимо учесть ее структуру: бумага состоит из твердой фазы- клетчатки и пор, которые заполняются пропитывающим составом. Большая часть волокон клетчатки расположена параллельно поверхности бумаги, поэтому такой диэлектрик можно рассматривать как состоящий из двух сплошных слоев - слоя клетчатки и слоя, образованного порами (рис. 77, а). Если рассматривается один слой бумаги, то в слой и&р входят внутренние поры и прослойки между поверхностью бумаги и поверхностью обкладок. При многослойном диэлектрике в объем пор входят и прослойки между листами. Система твердая фаза (клетчатка)- поры эластична; при изменении расстояния между обкладками за счет различной степени сжатия объем пор и толщина бумаги изме- няются, а объем и толщина слоя клетчатки при этом остаются неизменными. Толщину бумаги, определяемую в- соответствии с ГОСТ 7514-55, назовем номинальной толщиной d . Она определяется как среднее арифметическое из десяти измерений толщины пачки бумаги, деленное на число листов в пачке. Для бумаг толщиной 7-12 мк в пачке берется 10 листов, для бумаги толщиной 15-30 мк пачку складывают из 5 листов. Толщина измеряется микрометром при удельном давлении 1 кГ/см и площади измерительной поверхности не менее 0,5 см\ Если диэлектрик состоит из   Рис. 77. Структура и схема замещения пропитанной бумаги: а- структура бумаги; б - идеализированная структура бумаги; в- бумага в сжатом состоянии: г - эквивалентная схема двухслойного диэлектрика. нескольких слоев бумаги, то под его номинальной толщиной понимают номинальную толщину одного листа, умноженную на число слоев бумаги. Номинальной толщине соответствует определенный объем пор, характеризуемый величиной Ха. Если в диэлектрике выделить параллелепипед с площадью основания 1 см и высотой, равной толщине диэлектрика йп, то толщина пор, собранных вместе (рис. 77, б). dn - Xijda (3-1) а толщина слоя клетчатки = (1 - х„)4. (3-2) секции конденсатора удельное давление может быть иным, т. е. не 1 кГ1см, и толщина диэлектрика, определяемая расстоянием между внутренними поверхностями обкладок, может отличаться от номинальной. Обозначим действительную толщину диэлектрика йд, а соответствующий ей изменившийся объем пор х (рис. 77, в). Так как толщина твердой фазы - слоя клетчатки - остается при различном сжатии неизменной, то dk = (l-X)cf = (l-X )d , откуда =1-(1-н). (3-3) Отношение номинальной толщины диэлектрика к его действительной толщине называется коэффициентом запрессовки диэлектрика /гп = . (3-4) * Для выпускаемых конструкций бумажных конденса-торов величина коэффициента запрессовки колеблется в пределах 0,7 - 1,0. Вводя коэффициент запрессовки в уравнение (3-3), получаем Х= I-(1-Х„)п. Номинальный объем пор V., - V V = -=1-, (3-5) где Vk - объем клетчатки; Уб - объем бумаги, определенный при ее номинальной толщине. Вес высушенной и непропитанной бумаги Об определится весом содержащейся в ней клетчатки 0. G6 = T6V6 = Gk = TkVk, (3-6) где fa, Тк - плотности высушенной бумаги и клетчатки. Плотность высушенной бумаги fa, если известна ее влажность w% и плотность fa во влажном состоянии, определяется по формуле 100 -да , f6=-IoT6. (3-7) Из формулы (3-6) следует, что = - , а б Тк = 1-?. (3-8) Подставляя в формулу (3-3) значение дгн, получаем объемную долю пор при любом сжатии x = l-]kn. . (3-9) Двухслойный диэлектрик клетчатка - поры можно представить эквивалентной схемой, состоящей из двух последовательно соединенных емкостей: Ск - емкости клетчатки с толщиной и диэлектрической проницаемостью £,( и Сп -емкости пор, которые заполняются пропитывающим составом. Этой емкости соответствуют толщина dn и диэлектрическая проницаемость (рис. 77, г). Суммарная ёмкость системы С = . (3-10) Рассматривая емкости С, Ск, Сп как плоские конденсаторы и рассчитывая емкость на единицу площади, формулу (3-10) можно переписать таким образом: Подставляя в полученную формулу = (1 - x)d и d xd и сокращая на d, получаем значение диэлектрической проницаемости пропитанного диэлектрика е=--(3-11) Подставляя значение х из выражения (3-9), получаем формулу для диэлектрической проницаемости пропитанного диэлектрика с учетом степени запрессовки (3-12) Для клетчатки принимается Yk = 1.55 г/сж иек = 6,5.
с помощью рис. 78 можно оценить влияние коэффициента запрессовки на диэлектрическую проницаемость и, следовательно, на емкость бумажного конденсатора, пропитанного маслом (бп = 2,2). На рис. 79 показан характер зависимости е от £ для трех значений х, соответствующих объемному весу (плотности) бумаги: y = 0,8; 1,0 и 1,2 г/сж при fen = 1-При значении £ = Ек = 6,5 все кривые пересекаются; если бп ниже этой величины, то при увеличении плотности бумаги (снижений X) увеличивается е пропитанной бумаги. Это означает, что в области значений бп, меньших 6,5, в частности при использовании неполярных пропиточных масс, для увеличения удельной емкости конденсатора выгоднее применять более плотную бумагу. Однако в этом случае потери увеличатся. При сильно полярных массах с £ > Ек с точки зрения повышения удельной емкости выгоднее, наоборот, применять -менее плотную бумагу. При использовании отвердевающих масс за счет их усадки часть объема пор бумаги остается незаполненным. Следует перейти к использованию эквивалентной схемы, состоящей из трех последовательно включенных элементов: емкости клетчатки, емкости пропитывающего состава и емкости слоя воздуха, образовавшегося при усадке. Если 3.2 30 0.7 0J5 as 0.85 0.9 0.95 / ffjr , Рис. 78. Кривые зависимости диэлектрической проницаемости бумаги КОН-1 (Г) и КОН-2 (2), пропитанной маслом, от коэффициента запрессовки.
о I 7 3 i Ь Ь 7 & 9£.п Рис. 79. Кривые зависимости диэлектрической проницаемости пропитанной бумаги от диэлектрической проницаемости пропиточной массы, при разных значениях объемного веса бумаги: - Тб = г\смК 2 - -(6 = 1,0 г/гл ; обозначить объемную усадку пропиточной массы при ее отвердевании и охлаждении до комнатной температуры у, то аналогично предыдущему легко получить выражение для диэлектрической проницаемости бумаги, пропитанной отвердевающей массой. Подставляя значения диэлектрической проницаемости из уравнения (3-12) и действительной толщины диэлектрика из уравнения (3-4) в уравнения (1-43), (1-46), (1-50), можно получить формулы для расчета емкости плоской или намотанной секции конденсатора с учетом коэффициента запрессовки, величины диэлектрической проницаемости пропитывающего состава и плотности бумаги. Потери в пропитанной бумаге Представляя сопротивления, эквивалент ые потерям (/Гк в клетчатке и Гп в пропиточной массе), включенными последовательно с соответствующими емкостями Ск, Сп (рис. 80), можно написать следующее выражение для тангенса угла потерь пропитанной бумаги: tg8 = a)Cr = a)-(rK + rn), (3-14) где С - суммарная емкость системы; г - общее эквивалентное сопротивление. Преобразовывая выражение (3-14), получим tg 8 = (оСкГк + СпГп = р-тг tgSn +p-%7tg 8п, (3-15) Рис. 80. -п + Ч n + W Схема к расчету где tg8K - тангенс угла потерь клетчатки; У^ tgn - тангенс угла потерь пропиточной питанной массы. бумаги. Используя данные, приведенные выше, окончательно получим +, + 4;; Если подставить в выражение (3-16) значение х из формулы (3-9), то получим выражение для тангенса угла потерь пропитанного бумажного диэлектрика с учетом коэффициента запрессовки tgo V?> /f4. (3-17) Для предварительных расчетов можно принимать tg6K= = (бО.-j-70) 10 *, что соответствует температуре 20° С и частоте 50 гц. Величина tg6K зависит от остаточного содержания влаги е бумажном диэлектрике, т. е. от условий вакуумной сушки. Эту зависимость по данным Д. С. Варшавского при постоянной температуре сушки 120° С (характеризуя условия сушки величиной остаточного давления р мм рт. ст. в конце сушки при доведении процесса сушки до равновесного состояния, когда дальнейшее выделение воды из бумаги прекращается), можно представить уравнением igK = ig\ +КМКоР), (3-18) где, например, для бумаги КОН-1 Успенской фабрики было получено tg6o = 50-10 *; Ki = 14,85-10 * и Ко =10*. Согласно этому выражению значение tg6K = 65 10~* соответствует сушке конденсаторов при давлении р = = 0,01 мм рт. ст. При комнатной температуре или небольшом нагреве конденсатора (до 50-60° С) для хорошо очищенных пропиточных жидкостей можно полагать tg6n С tgk и пренебречь вторым членом в выражении (3-16). В этом случае увеличение потерь после пропитки обусловлено только тем, что поры бумаги вместо воздуха (еп = 1) заполняются пропиточной жидкостью с бп > 1. При этом общий знаменатель дроби в левом первом члене уравнения (3-16) 1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 33 |