Главная » Мануалы

1 ... 22 23 24 25 26 27 28 ... 33

80 too 120 140 щ

помещенной в прозрачные зажимные пластины и прозрачный бак с маслом. На секцию, собранную из 15 листов бумаги толщиной 15 мк, подавалось разрядное напряжение 26 кв.

После первых вспышек ионизации масло у края секции разлагается и последующие разряды проходят уже в среде газа, что вызывает снижение напряжения ионизации (рис. 125).

Зависимость напряжения ионизации от числа разрядов накоротко, приведенная на рис. 125, была определена для секции, состоящей из 12 листов бумаги толщиной ijl 15 мк. Напряжение ионизации измерялось при частоте 50 гц после 10 циклов заряда до напряжения 20 кв и разряда накоротко. Количество газа, выделившегося в единицу времени, зависит от сорта масла, от степени его дегазации, давления внутри секции, напряженности поля и параметров разрядного контура, определяющих при разряде.

При заданном напряжении увеличение активного сопротивления нагрузки сопроюждается уменьшением интенсивности, вспышек ионизации и газообразования, а увеличение индуктивности вызывает рост интенсивности ионизации и более активное газообразование. После прекращения разрядов накоротко газовая полость, образовавшаяся у рая секции, постепенно, за несколько десятков часов, рассасывается и напряжение ионизации восстанавливается до начального значения.

Под действием вспышек ионизации масло разлагается на твердые продукты, так называемый Х-воск, и газ, содержащий 60-67% водорода, до 9% кислорода и до 9% метана. Вследствие большого процентного содержания водорода напряжение ионизации у этой смеси газов ниже, чем у воздуха. Когда объем газа у края секции достигает определенного критического значения, то искровой разряд, идущий от края секции, вызывает взрыв газовой смеси.

20 40 60

Рис. 125. Кривая зависимости начального напряжения ионизации от числа разрядов конденсатора накоротко.

скорость изменения напряжения

Гипотеза о микровзрывах у края секции подтверждается фотографией (рис. 126), на которой показан край секции, выдержавшей несколько тысяч циклов заряд - разряд

накоротко.

На фотографии видно, что на краю фольги (а) образовались концентрические складки (б) - характерные следы взрывной волны.

Под влиянием микровзрывов и локальных высоких температур электронных и ионных лавин, образующихся при ионизационном разряде, бумага постепенно разрушается. Разрушение начинается на листе, прилегающем

У Размер бдоль закраины

9 10 It 12 13 К

Рис. 126. Разрушение диэлектрика и фольги у края электрода.

О I 2 3 и 5 6 7

Фо/1ьга

Рис. 127. Развитие разрушения диэлектрика при воздействии

серии импульсов.

К фольге, и распространяется от листа к листу в направлении второго электрода. Ход разрушения показан на рис 127,

где изображена секция, состоящая из 48 листов конденсаторной бумаги, которая выдержала 200 разрядов накоротко при напряжении 50 кв. Секция не была доведена до пробоя и разобрана.

На рис. 127 вертикальными линиями отмечены сквозные отверстия, образовавшиеся в отдельных листах бумаги. По этим отверстиям легко проследить путь разрушения диэлектрика секции - он начинается у верхнего электрода и постепенно, по науглероженным разрушенным местам, проходит к нижнему электроду. Полный пробой наступает раньше, чем местные разрушения достигнут второго электрода. Появление разрушений в отдельных листах и их распространение от листа к листу эквивалентно уменьшению толщины диэлек-

				12тсто6

20 40 60 80 100 120 П/

О ЮО 200 300 400 500 600 сен

Рис. 128. Кривая зависимости напряжения, разрушающего диэлектрик, от числа циклов заряд - разряд; длительность цикла 5 сек.

трика. При уменьшении толщины при рабочем напряжении напряженность поля достигает пробивных, значений. Пробой обычно завершается во время разряда конденсатора.

Обычно описанный процесс разрушения начинается от края обкладки - места наибольшей напряженности поля. Однако аналогичный процесс может происходить и под обкладками, если там встречаются ослабленные по электрической прочности места, газовые включения и в особенности проюдящие частицы, вызывающие местное увеличение напряженности поля.

Процесс разрушения диэлектрика в импульсном режиме носит кумулятивный характер, и поэтому срок жизни диэлектрика определяется числом импульсов и напряжением зарядки конденсатора.

На рис. 128 показана кривая зависимости напряжения, разрушающего диэлектрик, от числа циклов заряд - разряд для двух различных толщин секций. Из этого рисунка и из рассмотрения процесса разрушения диэлектрика в импульсном режиме следует, что работа импульсного конденсатора до выхода из строя должна быть рассчитана на определенное количество циклов заряд - разряд при опреде-

ленной напряженности поля, определяемой по зарядному напряжению и толщине диэлектрика.

Для конденсаторов, применяемых в генераторах импульсных напряжений и токов, работающих с интервалами между циклами заряд - разряд в несколько минут или несколько десятков минут, принята расчетная напряженность поля 45-60 кв/мм при гарантированном для основной массы конденсаторов (не менее 95%) сроке службы в 10 ООО циклов заряд - разряд при номинальном напряжении. Средний срок службы таких конденсаторов - порядка 50 ООО циклов заряд - разряд. При сокращении срока службы конденсатора до 1000 циклов заряд - разряд расчетная рабочая напряженность может быть повышена до 70-100 кв/мм, что позволяет существенно уменьшить габаритные размеры, вес и стоимость конденсатора.

Для конденсаторов, работающих с числом импульсов порядка пятидесятив секунду (в таком режиме могут работать формирующие линии), рабочую напряженность необходимо резко снижать и принимать примерно такой, как у конденсаторов, работающих непрерывно при частоте 50 гц, ft е. 10-12 кв/мм. Зависимость срока жизни конденсатора от рабочей напряженности может быть представлена в следующем виде:

(3-51)

где El - рабочая напряженность при сроке службы tj; £2 - рабочая напряженность при сроке службы tj: п - экспериментально определяемый коэффициент; для постоянного напряжения п = 16, для пере- менного напряжения {f = 50 гц) п = 10.

Конструкция импульсных конденсаторов

Импульсные конденсаторы изготовляются в следующих конструктивных вариантах:

а) в металлическом корпусе с горизонтальным или вертикальным расположением изолятора;

б) в корпусе из изоляционного материала, цилиндрическом или прямоугольном.

Для конденсаторов с цилиндрическим корпусом из изоляционного материала проходные изоляторы для изолирования выводов конденсатора от корпуса не требуются -

оба выюда конденсатора присоединяются к торцовым металлическим крышкам. Размер по высоте конденсатора при этом значительно сокращается. Для конденсаторов на напряжение свыше 150 кв такая конструкция является единственно возможной, так как проходные изоляторы на такие напряжения имеют очень большие размеры (не менее 1 ж по высоте), сложную конструкцию и высокую стоимость. У конденсаторов в изоляционном корпусе пакет от корпуса не изолируется.

Вместе с тем конструкция с цилиндрическим изоляционным корпусом имеет и недостатки - стенки корпуса не эластичны и в конденсаторе необходимо предусматривать специальные устройства для компенсации температурного расширения масла, если он рассчитан на работу при широком диапазоне изменения температуры.

Кроме того, горизонтальное сечение пакета конденсатора имеет обычно прямоугольную форму, а сечение корпуса - круглую форму. Между пакетом и стенками корпуса образуются пространства, которые не могут быть заполнены активным диэлектриком, что ухудшает удельные характеристики конденсатора. К недостаткам этой конструкции следует отнести и более тяжелый температурный режим, так как теплопроводность стенок корпуса из изолирующего материала меньше теплопроводности металлических стенок.

В импульсных конденсаторах встречаются все виды секций: плоская ручной сборки, намотанная цилиндрическая и намотанная плоскопрессованная.

Рассмотрим отдельные типы конструкций импульсных конденсаторов.

Конденсатор ИМ-100-1,0 собран из 414 стандартных плоскопрессованных намотанных секций размером 280 х X 131 X 10,3 мм. В секциях использована конденсаторная бумага КОН-2 толщиной 12 мк. Рабочая напряженность в диэлектрике 45,3 кв. Конденсатор собран из 9 параллельно' соединенных колонок, каждая из которых состоит из 4& последовательно соединенных секций. В каждой колонке секции размещены между двумя металлическими щеками и стянуты текстолитовыми планками. Высоковольтный вывод взят из середины каждой колонки (рис. 129) между 23 и 24 секцией, что упрощает конструкцию и уменьшает расход материалов на изоляцию от корпуса.

У конденсатора ИМ-100-1,0 верхняя крышка бака изготовлена из текстолита толщиной 20 мм, что позволило отка-

заться от высокоюльтного проходного изолятора на 100 га и ограничиться установкой изолятора на 6 кв.

Размеры конденсатора (без изолятора и выступающих частей крышки) 1065 X 506 X 490 мм. Удельная энергия

1.0 1002

2V 2 10.65 5.96 4.9

= 16,1 дж1дм.

Особенно компактной с высокими удельными характеристиками является конструкция конденсатора в прямоугольном корпусе из изоляционного материала -листового винипласта толщиной 3-8 мм.

В нагретом состоянии листам

,41 imilh

HI Illy

/HI \VnA\ U

HHI-HI .1(7

HI imi If/

Зстт / 23 секши

Рис. 129. Схема соединений конденсатора ИМ-100-1,0.

из винипласта легко придать необ- ходимую для корпуса конденсатора форму. Отдельные детапи корпуса легко свариваются нагретым до 250-270° С воздухом. При надлежащем качестве сварки швы получаются герметичными, их механическая прочность не ниже прочности целого листа винипласта. Однако прочность самого винипласта сравнительно невысока (сгр = 400 ч- 500 кПсм), винипласт не стоек к действию ударной нагрузки.

У конденсаторов с корпусами из винипласта необходимо особенно тщательно рассчитывать механическую прочность корпуса при температурном расширении масла. Рационально предусматривать в конструкции конденсатора эластичные компенсаторы давления масла, изготовленные из полихлорвинилового пластиката или трубок, благодаря которым давление внутри бака при колебаниях температуры масла не превышает атмосферного.

На рис. 130 показан импульсный конденсатор в вини-пластовом корпусе КИМ-1 50 кв, 0,2 мкф, разработанный в ХПИ им. В. И. Ленина. Характерной особенностью этого конденсатора является специальная система литых прижимных выводов, использование которых позволило довести гарантированный срок службы конденсатора до 10 ООО циклов заряд - разряд при разряде конденсатора накоротко.

Конденсатор обладает малой индуктивностью, порядка 60 см, габаритные размеры конденсатора 200 X 265 х X 370 мм, вес 30 кг. Рабочая напряженность поля в диэлектрике составляет 50 кв/мм, удельная энергия - 15 дж/дм.

Конденсатор ИМ-300-0,35 является одним из самых крупных по величине запасаемой энергии (16 200 дж), весу и размерам. Конденсатор предназначен для работы в схеме генератора импульсных напряжений в режиме заряд - разряд на сопротивление не менее 50 ом, с частотой следования импульсов через одну минуту. В этом режиме конденсатор должен выдерживать, не разрушаясь, не менее 10 ООО циклов заряд - разряд. Номинальное напряжение конденсатора 300 кв, испытательное 360 кв постоянного тока в течение 5 мин. Емкость конденсатора 0,36 мкф+10%, индуктивность должна быть минимальной.

Конденсатор предназначен для работы в закрытом помещении при колебаниях температуры от О до 35° С. В этих пределах должна быть обеспечена герметичность и компенсация температурного расширения масла.

Учитывая сравнительно легкий режим работы конденсатора в схеме генератора импульсов, отсутствие разрядов накоротко, срок службы, ограниченный 10 ООО циклами заряд - разряд (большая часть которых проводится при напряжении меньшем, чем номинальное), рабочая напряженность выбирается равной 52 кв/мм.

идя намотки секций применена бумага КОН-2 с плотностью 1,2 г/см. Толщина диэлектрика должна быть выбрана в пределах оптимума кривой Е„р = fid), т. е. порядка 80-100 мк. При толщине бумаги 12 мк число листов между обкладками равно 8 и расчетная толщина диэлектрика равна 96 мк.

При расчетной напряженности 52 кв/мм напряжение на секции С/с = Epd = 52 0,096 = Б кв.

Рис. 130. Конденсатор КИМ-1 в вини-пластовом корпусе.

a: a: з: a: i з: x

aja ш1ш mi >J y

I I -I I-I III

T T T T -r T- T

Число последовательных групп в конденсаторе

300 др.

емкость последовательной группы

CCN = 0,36 60 = 21,6 мкф. Для напряжения f/c = 5 ке и толщины диэлектрика 96 мк при использовании бумаги шириной 280 мм и фольги

шириной 260 мм технологи-

f f , чески удобно изготовить

секцию емкостью около 2 ж/сф, следовательно, последовательная группа должна состоять из 12 параллельно соединенных I, секций емкостью 1,8 мкф. фф:::: При диаметре оправки

Т Х.Х-Х T-XJ-T 3 Л4ж и 31 витке такая \ i ~~в ь' / секция имеет размеры -<ML-/ 280 X 146 X 12,82 жж.

Рис. 131. Схема конденсатора ВД O

им-300-0,35. саторе

МЛ/ = 12 60 = 720.

Целесообразно это количество секций собрать в 24 пакетах, расположенных в два этажа.

Распределение секций по пакетам, помимо удобства сборки, позволяет лучше заполнить цилиндрическое пространство корпуса конденсатора. Схема и общий вид конденсатора показаны на рис. 131 и 132.

Каждый пакет / собирается между двумя щеками 14, соединенными четырьмя текстолитовыми планками 4 размером 4 X 10 X 492 мм. Секции изолированы от щек защитными прокладками из электрокартона, между секциями уложены прокладки из кабельной бумаги. Через каждые шесть секций проложены обертки из кабельной бумаги, защищающие боковые стороны секций. При помощи перемычек 8 из медной ленты верхняя и нижняя секции соединены со щеками. Стальными косынками, уголками и планками 3 отдельные пакеты соединяются один с другим, образуя выемную часть конденсатора. Выемная часть помещается в изоляционный цилиндр 2 из фарфора или гетинакса, имеющий верхнюю крышку 7 и днище 15.

Для присоединения пакетов внутри на крышках имеются шпильки с гайками 9, а на выемной части-отводы из медной ленты 10. Для уменьшения индуктивности конденсатора пакет к крышкам присоединяется в нескольких точках.

Рис. 132. Общий вид конденсатора ИМ-300-0,35 (пояснения в тексте).

Верхняя крышка имеет упругую мембрану 11, служащую для компенсации расширения масла. Крышки скрепляются с корпусом болтовым соединением при помощи стального сплошного кольца 5, упирающегося в выступ фарфорового цилиндра. Между кольцом и выстуром цилиндра, а также между торцом цилиндра и крышкой устанавливаются прокладки из маслостойкой резины 6. К днищу приварены стальные балки 13, на которых укреплены рымбол-

ты 12 для транспортировки конденсатора. Если цилиндрический корпус конденсатора изготовляется из гетинакса, то стальное кольцо для крепления крышки и днища при помощи винтов прикрепляют к наружной поверхности цилиндра.

Высота изоляционного корпуса выбирается в соответствии с размером по высоте выемной части конденсатора. Изоляционный корпус должен быть проверен на перекрытие при испытательном напряжении.

В конденсаторе ,ИМ-300-0,4 минимальное расстояние между болтами крышки и днища равно 785 мм.

Сухоразрядные напряжения по поверхности изоляторов при постоянном напряжении (так же, как и при переменном) близки к разрядным напряжениям воздушных промежутков игла - игла или игла - плоскость при тех же расстояниях. При расстоянии 50-30 сж для системы игла (заземленная) - игла зависимость пробивного напряжения от расстояния определяется уравнением

= У 2 (5 3,75 h) кв макс, ,где h - расстояние между электродами, см. Для конденсатора ИМ-300-0,4

и„р = 1/(5 -f- 3,75 78,5) = 410 кв. Запас электрической прочности по испытательному напряжению

что является допустимым. Если острые края деталей крепления крышки и днища закрыть металлическими экранами, то запас по электрической прочности возрастет.

Вес конденсатора равен примерно 2000 кг, внешний объем 1850 дм, его удельная энергия на единицу веса составляет 8,1 дж1кг и на единицу объема 12 дж/дм.

Относительно низкие удельные характеристики определяются тем, что внутренний объем конденсатора только на 39% заполнен активными материалами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б а г а л е й Ю. В., О разрушении диэлектрика бумажно-масляных конденсаторов для импульсных схем, Электричество , 1955, № 3.

2. В а р ш а в с к и й Д. С, Расчет электрических характеристик многослойного диэлектрика из пропитанной конденсаторной бумаги, Электричество , 1961, №11.

1 ... 22 23 24 25 26 27 28 ... 33