|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 33 уменьшается и значение tg6 увеличивается. Если пропиточная масса недостаточно очищена и ее tg6n сравним по величине с tg6K, то вторым членом в уравнении (3-16) пренебрегать нельзя. Следует иметь в виду, что в этом случае расчет по формуле (3 - 16) с использованием значений tg6n, измеренных на обычных электродах для испытания жидких диэлектриков, имеющих зазор 1-2 мм, будет давать результаты обычно заметно превышающие опытные данные. Объясняется это тем, что в бумаге жидкость заключена в зазорах значительно меньшей толщины, что снижает потери от колебательного движения ионов жидкости при переменном электрическом поле. Поэтому только при измерении потерь в бумаге при малых значениях напряженности поля, когда такие потери становятся заметными, можно получить согласие опыта с расчетом. При значениях напряженности, соответствующих величине Ер, расчетное значение потерь оказывается завышенным. Следовательно, формулы (3-16) или (3-17) пригодны лишь для предварительных, ориентировочных .расчетов. Согласно формуле (3-17) с увеличением y, т. е. с применением бумаги большей плотности, возрастает первое слагаемое и уменьшается второе. Таким образом, когда используется хорошо очищенная масса с малым tg6n, то с точки зрения снижения потерь пропитанного бумажного диэлектрика выгодно применять бумагу с пониженным объемным весом. В связи с этим в производственную практику вводится новый сорт бумаги с объемным весом = 0,8 г/см. Из рис. 79 видно, что при пропитке такой бумаги неполярными массами, например маслом (еп ~ 2), заметно снижается е бумажного диэлектрика в сравнении с бумагой КОН-1 {) = 1,0 г/см, так что снижение потерь будет сопровождаться заметным снижением емкости. Поэтому бумагу малой плотности следует применять в сочетании с полярными пропиточными массами, например пентахлор-дифенилом (еп 5), когда снижение е при снижении плотности бумаги оказывается незначительным. При постоянном напряжении, когда величина tg8 не имеет значения для оценки качества конденсатора, и при обычных пропиточных массах (sn < Ек = 6,5) следует применять бумагу КОН-2 с повышенной плотностью. В этом случае не только увеличивается е пропитанного диэлектрика, но и повышается его электрическая прочность. Электрическая прочность пропитанной бумаги .100
о too 700 300 т йт Рис. 81. Кривые зависимости кратковременной электрической прочности бумажно-масляных конденсаторов от толщины ди-, электрика. Кратковременная электрическая прочность диэлектрика бумажных конденсаторов весьма высока и доходит при постоянном напряжении до 200-300 т1м.м. Это значительно выше допускаемых значений fp, которые выбираются, исходя из условий работы бумажного конденсатора с учетом явления старения пропитанной бумаги при длительном воздействии напряжения. Тем не менее при расчете бумажных конденсаторов необходимо знать их кратковременную прочность, чтобы правильно выбрать необходимый запас прочности при установлении величины испытательного напряжения. Кроме того, при расчете конденсатора на кратковременный режим работы значения могут быть сильно увеличены и тогда величина кратковременной прочности может стать ограничивающим фактором. Кратковременная электрическая проч- f, ность бумажны^ конденсаторов прежде всего зависит от числа 70{ слоев бумаги между обкладками. Кривые такой зависимости, полученные по опыт- й ным данным на кон- * денсаторных секциях емкостью порядка 0,1 мкф, пропитанных жидким диэлектриком, приведены на рис. 81 и 82. Кривые на рис. 81 построены по отечественным данным для. конденсаторов, пропитанных нефтяным маслом. Кривые /, 2, 3 получены при пробое воздействием постоянного напряжения, а кривая 4 - при
ОШ о 50 100 Смн Рис. 82. Кривые зависимости кратковременной электрической прочности бумажных конденсаторов, пропитанных пента-хлордифенилом, от толщины диэлектрика. переменном напряжении (указаны амплитудные значения); кривые 1 и 2 получены для бумаги с объемным весом 1,2 е/см, а кривые 3 и 4 - для бумаги с объемным весом 1,0 г/см. Толщина отдельного слоя бумаги в этих опытах составляла: кривая / - 8, 2 -12, 5 - 15 и 4 - 12 ж/с. Оптимальная толщина диэлектрика, соответствующая максимуму электрической прочности, составляет 80-100 мк; в зависимости от толщины бумаги этому соответствует число слоев п^8~\0. С уменьшением толщины бумаги максимальное значение электрической прочности возрастает, но при этом увеличивается стоимость конденсатора (см. табл. 15). С увеличением объемного веса электрическая прочность бумаги повышается. На рис. 82 показаны кривые, построенные по зарубежным данным для конденсаторов, пропитанных пентахлор-дифенилом, намотанных из бумаги с объемным весом 0,9 г/см. В левой части рисунка показано влияние толщины отдельного слоя бумаги на характер зависимости Е„р = jF(d); цифры у кривых - толщина бумаги в микронах. Испытание проведено при быстром повышении до пробоя напряжения постоянного тока. На правой части рисунка дано сравнение Е„р при постоянном напряжении (кривая /) и при стандартном униполярном импульсе (кривая 2). Испытания проведены на конденсаторах, намотанных из бумаги толщиной 12,5 ж/с. В этих опытах оптимальная толщина несколько меньше, чем на рис. 81, и составляет 60-70 мк. Можно полагать, что в данном случае тя опыта использовались секции меньшей емкости. Порядок максимальных значений Е^р близок к тем данным, которые приведены на рис. 81 с учетом различия в плотности и толщине бумаги. Прочность при импульсах оказывается лишь не намного выше, чем при кратковременном воздействии постоянного напряжения. Эффективное значение Епр при переменном напряжении технической частоты примерно в 2 раза меньше соответствующих значений Е„р при постоянном напряжении. При переходе в область средних частот кратковременная электрическая прочность заметно снижается: изменение частоты от 50 гц до 1-10 кгц может дать снижение в 2 - 3 раза. Для оценки зависимости кратковременной электрической прочности при небольшом числе слоев от емкости конденсаторов можно воспользоваться кривыми, построенными по опытным данным (рис. 83). Кривые 1 и 2 построены по оте- чественным данным для конденсаторов, пропитанных вазелином, а кривые 3 и 4 - по английским данным для конденсаторов, пропитанных маслом; кривые 1 и 3 - три слоя бумаги по 8 мк; кривые 2 и 3 - два слоя бумаги по 8 мк; во всех случаях бумага с объемным весом 1,2 г/см. Испытание проводилось при постоянном напряжении. Данные рис. 83 удовлетворяют эмпирической зависимости (1-12). При большем числе слоев бумаги пересчитать значения Е„р от ............. £*Й [гр.нб/мм 400 360 320 1,280 240 200 160 120 80 40 2 3 5 Смиц) О
Рис. 83. Кривые зависимости кратковременной электрической прочности бумажных конденсаторов от величины емкости (влияние площади обкладок). 20 40 60 еОф1н Рис. 84. Кривые зависимости ионизирующей напряженности в диэлектрике бумажных конденсаторов от толщины диэлектрика (50 гц). меньшей площади к большей можно, пользуясь законами математической статистики. Необходимо иметь в виду, что все опытные данные, по которым построены кривые, показанные на рис. 81, 82, 83, являются средними значениями, которым соответствует интегральная вероятность пробоя порядка 50%. Взяв запас по отношению к средним значениям порядка 2, можно резко снизить вероятность пробоя до величины не более нескольких процентов или меньше. При выборе значений Ер с учетом старения диэлектрика приходится прежде всего ориентироваться на устранение опасности развития ионизации в диэлектрике конденсатора при рабочем режиме. Зависимость ионизирующей напряженности поля Ей при частоте 50 гц от толщины бумажного диэлектрика при различных видах пропитки показана в виде кривых на рис; 84. В билогарифмическом масштабе эта зависймосгь может быть выражена наклонной прямой lg£ = Л-0,51gd. (3-19) Из кривых на рис. 84 видно существенное влияние типа пропиточной жидкости на величину Е^, вязкий пентахлор-дифенил (кривая 3) дает несколько меньшие значения Е^ в сравнении с маловязким нефтяным маслом (кривая 2), но трихлордифенил (кривая /),представляющий собой маловязкую полярную жидкость, дает заметно увеличенные значения Е^. Для сравнения приведены данные для непро-питанных конденсаторов (кривая 4). Для бумажно-масляных силовых конденсаторов можно использовать уравнение (3-19), полагая в нем значение Л =2,65 и выражая толщину диэлектрика в микронах. При толщине 50-60 мк, принятой для секций конденсаторов переменного напряжения, величина = 63 57 кв/мм; при толщине, соответствующей оптимальному значению, обеспечивающему максимум кратковременной прочности, т. е. при 80-100 мк, значения снижаются до 50-45 кв/мм. В соответствии с этим были рекомендованы толщины 50-60 мк, обеспечивающие выигрыш в величине Еа на 20% при относительно небольшом снижении Е„р. Для бумажно-масляных конденсаторов значения Е^, о которых здесь идет речь, представляют верхнюю границу напряженности начала ионизации. При воздействии даже кратковременных перенапряжений, превышающих эту границу, величина Е^ резко снижается, достигая нижней границы мин- Зависимость этого значения Е^ от толщины также описывается уравнением (3-19), но значение А для £и. мин снижается до 1,85. При толщине 50 мк минимальное значение напряженности начала ионизации будет составлять всего лишь 10 кв/мм. Поэтому при выборе значений Ер для конденсаторов переменного напряжения надо выбирать коэффициент запаса по отношению к верхней границе Ец с таким расчетом, чтобы он превышал величину отношения возможных систематических перенапряжений к Ер в условиях эксплуатации конденсаторов. Следует отметить, что при пропитке хлорированными массами верхняя граница более устойчива к юздействию перенапряжений. Следовательно, можно повышать значения Ер для такого вида пропитки в сравнении с пропиткой маслом, когда допускаемая напряженность ограничивается соображениями об устранении ионизации. с увеличением частоты резко увеличивается интенсивность ионизации, но относительно мало изменяется величина Е„; можно полагать, что при переходе от 50 гц к частотам порядка 1-10 кгц величина Е„ для бумажного конденсатора с жидкой пропиткой снижается не более чем в 2 раза. с повышением температуры конденсатора до известных пределов кратковременная электрическая прочность бумажных конденсаторов изменяется мало. При переходе от 20 к 100° с снижение Ейр для бумажно-масляных конденсаторов не превышает 15-20%, при нагреве от 20 до 60° С- 5-10%. Напряжение начала ионизации в этих пределах температуры обычно даже несколько возрастает. При снижении температуры до точки застывания вязких пропиточных масс может наблюдаться как снижение £ , но т 80 60 40
так и снижение Е^р, так как при 20 40 60 80 Рис. 85. Кривая зависимости ионизирующей напряженности при постоянном напряжении для бумажно-масляных конденсаторов от температуры. отвердевании пропиточной массы юзможно образование пустот в порах бумажной изоляции, служащих очагами для развития ионизации. Ранее считалось, что при постоянном напряжении ионизация не является ограничивающим фактором при выборе для бумажного конденсатора; полагали, что природа старения в этом случае носит чисто электрохимический характер. Действительно, для хорошо пропитанного бумажно-масляного конденсатора герметизированной конструкции при комнатной температуре значения Е„ приближаются к значениям fnp.a иногда пробой при испытании может наступить даже раньше, чем будут обнаружены первые признаки развития ионизации. Однако, если конденсатор' пропитан отвердевающей массой, то значения Е^ могут быть заметно уменьшены в сравнении с Е„р. При пропитке жидкой массой, когда наличие остаточного газа сведено к предельному минимуму, заметное снижение можно наблюдать при повышении температуры (рис. 85). Кривая на этом рисунке показывает, что при температуре 100° С значения Е„ уже приближаются к значениям Е^, применяемым для бумажно-масляных конденсаторов при нормальных температурах. Поэтому одной из причин, за- ставляющйх снижать Ер бумажных конденсаторов постоянного напряжения с ростом их рабочей температуры, может являться и необходимость исключить опасность развития ионизации. Значения Ер, которые применяются на практике при конструировании различных типов бумажных конденсаторов и учитывают как ионизационное, так и электрохимическое старение, а также опасность нарушения теплового равновесия конденсатора, приюдятся ниже. § 12. БУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ НА НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДО 1500 В К этой группе относятся радиоконденсаторы, применяемые в радиоприемной и телевизионной аппаратуре, работающие при температурах до 70° С и выпускаемые при относительно небольших емкостях, обычно до 0,25-0,5 мкф, в цилиндрических корпусах, а при более высокой емкости - в прямоугольных корпусах с применением плоскопрессованных секций. Конденсаторы этой группы применяются также в различной электронной аппаратуре, в телефонии и телеграфии, в устройствах автоматики и телемеханики и т. д. В некоторых случаях верхний предел рабочей температуры этих конденсаторов расширяется до 85-100° С и даже до 125-150° С. Обычно конденсаторы рассчитываются на номинальное рабочее напряжение постоянного тока, но иногда приходится учитывать наложение на постоянное напряжение значительной переменной составляющей или даже возможность использования конденсатора при чистом переменном напряжении. ,Цля пропитки конденсаторов этого типа могут применяться как твердые, так и жидкие пропитывающие массы неполярного и полярного типов. В связи с этим значение е и допускаемая напряженность поля Ер могут измениться в достаточно широких пределах. При расчете конденсатора надо выбирать пропиточную массу и тип бумаги, руководствуясь указаниями, приведенными в предыдущем параграфе. Выбрав пропиточную массу и бумагу с определенным значением плотности, можно рассчитать е диэлектрика бумажного конденсатора, пользуясь формулой (3-11) или (3-12). ,Цля учета наличия зазоров, заполненных прослойками пропиточной массы, в результаты расчета по этим формулам надо внести поправку, снижая расчетное значение е примерно на 10%. При расчете необходимой площади обкладки вместо е иногда пользуются коэффициентом Ки. представляющим собой значение площади обкладки, отнесенное к единице емкости и единице толщины диэлектрика. Если выразить Кн в смЧмкф.мк, то получим (3-20) Определяя Кк измерением площади обкладок размотанных опытных секций с известной емкостью и толщиной диэлектрика, можно более точно учесть степень сжатия диэлектрика в секции, т. е. наличие в нем зазоров, а также учесть отличие фактической толщины использованной бу- маги от ее номинального значения, используемого при расчете. Пригодные для предварительных расчетов значения коэффициента К н И соответствующие им значения е для разных типов пропиточных масс при двух значениях плотности бумаги приведены в табл. 17. При постоянном напряжении обычно используют бумагу повышенной плотности. * Таблица 17 Значения е пропитанной конденсаторной бумаги и коэффициента А при двух значениях плотности бумаги и различных пропиточных массах
Примечание. При пропитке твердыми массами типа поли-меризующихся смол усадка меньше, чем для указанных здесь твердых воскообразных веществ, и при равных значениях e величина е пропитанной бумаги несколько повышается. Определив и толщину диэлектрика d {мк) по заданной емкости С {мкф), находим площадь обкладок S = KnCdcM\ . (3-21) Для определения толщины диэлектрика по заданному значению рабочего напряжения находится значение допускаемой напряженности поля Ер. Выбор рабочей напряженности поля для конденсаторов рассматриваемого типа зависит от требуемого срока службы, рабочей температуры, номинальной емкости, а также от числа слоев бумаги между обкладками и толщины отдельного слоя бумаги. Обычно конденсаторы радиотипа рассчитаны на верхний предел температуры 70° С и на срок службы при непрерывной работе порядка 5000-10 ООО ч, что эквивалентно работе в широковещательной аппаратуре порядка 4-5 лет. Практически за это время могут быть только случайные пробои отдельных дефектных образцов, которые не удается отбраковать при заводских испытаниях. Средний срок службы, характеризуемый пробоем 50% образцов в партии, значительно превышает указанные здесь 5000-10 ООО ч. В табл. 18 и 19 приведены- значения £р для указанных режимов работы при разных значениях толщины бумаги и разном числе ее слоев между обкладками. .Данные табл. 18 соответствуют старой зарубежной практике пропитки воскообразными диэлектриками, при которой верхний предел температуры не превышает 70° С. В этом случае при малых емкостях, порядка 0,01- 0,1 мкф, можно применять £рДо 10-11 кв1мм постоянного тока при 2 слоях бумаги и до 12-13 кв/мм при 3 слоях бумаги. Для новых типов полимеризующихся смол, применяемых в качестве пропиточной массы, верхний предел рабочер-температуры для конденсаторов небольшой емкости можно повышать до 100-125° С. Допускаемая напряженность поля при такой пропитке еще недостаточно изучена. Ориентировочно можно взять для предварительных расчетов данные Табл. 18, считая, что ухудшение условий работы за счет повышения температуры в известной степени компенсируется повышением электрической прочности в связи с уменьшенной усадкой смол по сравнению с воскообразными веществами, а также тем, что данные таблицы относятся к повышенной емкости, а будут использованы для пониженной, т. е. при меньших значениях площади обкладок. Таблица 19 Значения допускаемой рабочей напряженности поля для бумажных конденсаторов с жидкой пропиткой; непрерывная работа в течение 5000-10 ООО ч, С=0,1-г-1 мкф, постоянное напряжение
Данные табл. 19 соответствуют отечественным конденсаторам, пропитанным вазелином. Цифры для температуры 7.0° С соответствуют старой серии конденсаторов КБГ, а потому несколько занижены. Цифры для 85-100° С соответствуют новой серии БГТ, при разработке которой использовались более полные данные о поведении конденсаторов в условиях длительной работы при постоянном напряжении и повышенной температуре, что позволило несколько снизить запас по электрической прочности при выборе Ер. Для конденсаторов, пропитанных вазелином или маслом, при емкости порядка 0,01-0,1 мк.ф цифры, приведенные в табл. 19, можно повышать на 10-15%. В настоящее время появилась возможность применять особо тонкие бумаги (5-6 мк). В этих бумагах сильнее сказываются слабые места, в особенности проводящие частицы, а потому Ер следует брать ниже, чем в более толстых бумагах. При постоянном напряжении и температуре до 70° С для диэлектрика 2 X 5 ж/с при емкости порядка 0,5-1 мкф можно рекомендовать значение £р = 5- 6 кв1мм. Допускаемое значение переменного напряжения при частотах 50 и 500 гц для стандартных бумажных конденсаторов типа КБГ (до 70° С) показано в табл. 20. Пользуясь данными табл. 20, можно по заданному значению переменного Значения допускаемой рабочей напряженности поля для бумажных радиоконденсаторов с твердой пропиткой; температура до 70° С, непрерывная работа в течение 5000-10 000 ч,С = 0.1-1 мкф 1 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 33 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||