|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 23 24 25 26 27 28 29 ... 33 3. в а р ш а в с к и й д. с, Л а н ц е в А. Г., Ш о ф м а н О. С, Пётрашкевич Н. П., Конденсаторы для повышения коэффициента мощности серий КВМ и КВС, Вестник электропромышленности , 1962, № 5. 4. Т р е й с у X М. А., К у ч и н с к и й Г. С, К а п л а н Д. А., Мессерман Г. Т., Бумажно-масляная изоляция в высоковольтных конструкциях, Госэнергоиздат, 1963. 5. К а р п о в Н. И., Т и X а н о в а О. В., Высоковольтные конденсаторы, Труды ЛПИ им. Калинина , 1948, № 3. 6. К а р п о в Н. И., К у ч и н с к и й г. С, Т и X а н о в а О. В., Высоковольтные конденсаторы в изолирующих кожухах, Труды ЛПИ им. Калинина , 1954, № 1. 7. Карповы. И., Кучинский Г. С, Т и х а н о в а О. В., Новые конструкции высоковольтных конденсаторов, Вестник электропромышленности , 1956, № 10. 8. Кучинский г. С, Литвинова Е. Л., Электрические характеристики бумажно-масляной изоляции при избыточном давлении масла, Электричество , 1958, № 1. 9. Кучинский г. С, Малоиндуктивные импульсные конденсаторы с мальши потерями в разрядном режиме, Электричество , 1964, № 7. 10. М е д в е д е в С. К., Характеристики конденсаторов для повышения коэффициента мощности при частоте 50 гц, Вестник электропромышленности , 1948, № 8. 11. Медведев С. К., Конденсаторы повышенной частоты с диэлектриком из пропитанной бумаги, Вестник электропромышленности , 1958, № 4. 12. Медведеве. К., Бумажно-масляные конденсаторы, Вестник электропромышленности , 1950, № 11. 13. М е д в е д е в С. К., Перегрузочные характеристики силовых бумажных конденсаторов, Вестник электропромышленности , 1961, № 11. 14. Медведев С. К., Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь бумажного диэлектрика, Электричество , 1961, № 8. .15. Морозов М. М., Советское конденсаторостроение и его ближайшие задачи, Электричество , 1949, ,№11. 16. Морозов М. М., Медведев С. К., Конденсаторы для силовых установок, Электричество , 1955, № 7. 17. Назаров Н. И., Работа бумажно-масляных конденсаторов при несинусоидальном напряжении, Изв. вузов СССР - Энергетика , 1960, № 1. 18. Назаров Н. И., Переселенцев И. Ф., Влияние коэффициента запрессовки на электрические характеристики бумажно-масляного конденсатора, Вестник электропромышленности , 1960, № 6. 19. Поляков Б. А., Конденсаторные установки для повышения коэффициента мощности, Госэнергоиздат, 1962. 20. Развитие силоюго конденсаторостроения. Сб. работ ЦИНТИЭП, 1962. 21. Р с н н е В. Т., Расчет бумажного парафинированного конденсатора, Вестник электропромышленности , 1931, № 11 и 12. 22. Р е н н е В. Т., К у ч и н с к и й Г. С, Ф а й н и ц к и й В. М., Выбор толщины диэлектрика для бумажных силовых конденсаторов, Электричество , 1954, № 6. 23. Ренне В. Т., Морозова М. Н., Карпова К. И., Конденсаторная бумага с малыми диэлектрическими потерями, Электричество , 1960, № 7. 24. Ренне Б. Т., Морозова М. Н., Влияние плотности конденсаторной бумаги на ее свойства в пропитанном состоянии, Изв. вузов СССР - Энергетика , 1961, № 9. 25. Ренне В. Т. и др.. Оксидная бумага - новый вид конденсаторной бумаги, Бумажная промышленность , 1964, № 1. 26. Торощин П. А., Металлические конденсаторы Энергия , 1965. 27. Фертик С. М., Геометрия высокоюльтного конденсатора. Сб. научно-технических статей Харьковского электротехнического института, 1941, вып. 6. 28. Вегси А., Seria unitara de condensatoara de forta de joase si medie tensiune, Electrotechnica , 1962, 10, №, 12. 29. Bibliography on power capacitors, Power Apparatus and Systems*, 1961, № 53. 30. С h u r с h H. F., Factors affecting the life of impregnated paper capacitors, Proceed. IEE , 1951 p. III. № 52. 31. Crasucki Z.. Church И. P., Carton C. G., Factors controlling the life of power capacitors, CIGRE, 1962, Session 16-26 May, aper 138. 32. GaussensP., Bouvier I., DutournierG., Four-nie H., Zanobetti D., The behaviour of capacitors under thermal stresser, CIGRE. 1962. Session 16-26 May, Paper 160. 33. Girling D. S., Direct voltage instantaneous breakdown of oil impregnated paper capacitors as function of area, E1. Соштип1са-tions , 1958, № 2. 34. H a П s s о n В., The design of capacitors units for series connection, Trans. А1ЕЕ , 1951, v. 70, p. II. 35. Held W., Kunze R., Glimmentladungen im Kondensator-dielectrikum, VDE - Fachberichten , 1958, B. 20. 36. H e 1 d W., Fortschritte beim Bau von Leitungs Kondensatoren, ETZ , 1962. A 83. № 9. 37. Mayeur I. P., Etude de la longevite probable des condensa-ieurs au papier, Schweiz. Techn. Zeitschr. , 1960, Bd 57, № 20. 38. Neumann H., Smolka I., Gesichtspunkte fiir die Kon-struction und die Herstellung von Blindleistung Kondensatoren, Elekt-ric , 1961, № 12. 39. N о r d e 1 1 R., H б g f e 1 d t L., L i n d e r h о 1 m S., La rigidite electrique de condensateurs series, CIGRE, Session 1954, 12-22 May, Paper 419. 40. Peterson R., Life failure statisics of short rated oil paper capacitors elements, The J. Brit. 1RE , 1958, v. 18, № 3, 41. P i 11 s J. P., The reliability and life of oil impregnated paper capacitoK. Proceed. IEE , part A, 1959, v. 106 , № 29. ГЛАВА РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ С ПЛЕНОЧНЫМ ОРГАНИЧЕСКИМ СИНТЕТИЧЕСКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ § 19. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛЕНОЧНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ Тонкие пленки из органических синтетических высокомолекулярных веществ с большой механической и электрической прочностью пригодны для изготовления намотанных конденсаторов, подобных бумажным по технологии и конструкции, но отличающихся улучшенными свойствами. В настоящее время в конденсаторостроении применяются два основных типа синтетических пленок: а) неполярные - полистирол, полиэтилен, политетрафторэтилен, полипропилен. Конденсаторы из этих пленок обычно имеют увеличенный удельный объем в сравнении с бумажными и резко улучшенные электрические свойства. По величине угла потерь и стабильности емкости они приближаются к слюдяным и высокочастотным керамическим конденсаторам. Характерная их особенность - возможность получения очень высокой постоянной времени и очень малого коэффициента абсорбции; б) полярные - ацетат целлюлозы, полиэтилентерефта-лат, поликарбонат. Конденсаторы из этих пленок обычно имеют меньший удельный объем по сравнению с бумажными и отличаются повышенными постоянной времени и верхним пределом,рабочей температуры. Синтетические пленки не столько заменяют бумагу в конденсаторном производстве, сколько дополняют ее в- тех случаях, когда к намотанному конденсатору, предъявляются такие требования в отношении электрических свойств и диапазона рабочих температур, которые нельзя выполнить, используя бумагу. В некоторых случаях удачные результаты можно также получить, комбинируя в диэлектрике конденсатора пленку и бумагу. § 20. ПЛЕНОЧНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ ИЗ НЕПОЛЯРНЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПЛЕНОК Основным отличием неполярных пленок от конденсаторной бумаги является пониженный угол потерь, дающий возможность использовать их не только при постоянном токе и низких частотах, но и при высокой частоте, а также высо-кое удельное сопротивление. Величина температурного коэффициента емкости зависит от типа пленки, но она обычно ниже, чем для бумажных конденсаторов, причем имеет отрицательное значение. Верхний предел рабочей температуры может быть и ниже, чем для бумаги (полистирол) и выше (политетрафторэтилен). Пленочные конденсаторы изготовляются намоткой из лент пленки и металлической фольги. Некоторые типы пленок (например, полистирол) допускают металлизацию, так же как и конденсаторная бумага. При низком напряжении пленочные конденсаторы применяются в непропитанном виде. В этом случае обычно намотанные секции подвергаются запеканию при повышенной температуре. В процессе запекания происходит усадка пленки и витки секции стягиваются, выжимая из зазора между слоями пленки и фольги значительную часть юздуха. При этом емкость немного увеличивается (на несколько процентов) и повышается стабильность емкости во времени и при колебаниях температуры. Вследствие высокой влагостойкости неполярных пленок, намотанные секции при умеренной влажности могут применяться без дополнительной влагозащиты. При высокой влажности обычно необходима герметизация. При этом следует применять не стеклянные, а керамические выводные изоляторы, так как утечка по стеклу в условиях влажности может заметно снизить высокую постоянную времени конденсаторов. При высоком напряжении наличие остаточного воздуха между слоями пленки и между пленкой и фольгой недопустимо, так как способствует развитию ионизационных процессов, быстро разрзоиающих пленки, особенно политетра-фторэтиленовую. Поэтому следует секции высоковольтных пленочных- конденсаторов пропитывать жидким диэлектриком или заполнять сжатым газом. Операция запекания при этом не производится, так как слипание пленки на торцах запеченных секций будет препятствовать проникновению пропиточной массы или сжатого газа в зазоры межДу пленкой и фольгой и между слоями пленки. Если можно допустить увеличение 777 /7:7Z7/ф угла потерь, то применяют комбиниро- Lj ванный диэлектрик пленка - бумага: секции наматывают из пленки, конденсаторной бумаги и фольги с таким расчетом, чтобы бумага приходилась между слоями пленки (рис. 133). В данном случае бумага является фитилем, облегчающим проникновение пропиточной жидкости в зазоры между слоями пленки, В зазор между пленкой и фольгой жид^ кость проникает хорошо за счет смачиваемости поверхности фольги. Толщину бумаги, чтобы не увеличивать чрезмерно потери, надо брать меньше толщины пленки. Электрическая прочность комбинированного конденсатора выше, чем у чисто пленочного. Некоторые характеристики неполярных синтетических пленок, применяемых в конденсаторостроении, приведены в табл. 35. Полипропилен, не указанный в таблице, близок п б п Рис. 133. Схема конструкции диэлектрика в комбинированном пле-ночно-бумажном конденсаторе. Таблица 35 Свойства неполярных синтетических пленок
к полиэтилену, но имеет выше нагревостойкость (100 ч--4- 125%). Величины s и tg6 неполярных пленок практически не изменяются с частотой, а поэтому при расчете независимо от частоты можно ориентироваться на значения табл. 35 с учетом следующих дополнительных соображений. 1. Величина s в диэлектрике конденсатора будет ниже, чем значения, указанные для пленок в табл. 35, за счет влияния зазоров между слоями. Для предварительных расчетов можно применять данные таблицы, умножив их на коэффициент запрессовки 0,9, т. е., снизив на 10%. На практике s уточняется намоткой опытных секций и проверкой их емкости. 2. Величина tg6, указанная з табл. 35, соответствует только потерям в пленке, т. е. потерям в диэлектрике конденсатора. Для определения tg6 конденсатора в целом надо учесть потери в его металлических частях, руководствуясь параграфом 5. В конденсаторах рассматриваемого типа, особенно при высокой частоте, потери в металлических частях могут заметно превзойти потери в диэлектрике. Рассмотрим конденсатор с комбинированным диэлектриком, состоящим из слоев неполярной пленки, имеющих общую толщину dn и электрические характеристики £ и tg бп, и из слоев пропитанной бумаги суммарной толщиной d, с характеристиками eantgdg. Для вычисления электрических параметров такого комбинированного диэлектри!® можно воспользоваться формулами, основанными на рассмотрении простейшей последовательной схемы*: и в этих формулах значения е„и tg6n можно взять по табл. 35; значения eg - по данным § 2; ориентировочные значения tgdgnpn разных частотах для бумаги типа КОН-1, пропитанной неполярной массой, приведены на рис. 134. В формулах (4-1) и (4-2) не учитывается наличие зазоров между * См. вывод формул (1-4) и (1-18). 200 150 100 слоями пленки и бумаги и потому, при расчете получается лишь примерный порядок величин s и tg6. Намотанные секции пленочных конденсаторов можно рассчитывать аналогично секциям бумажных конденсаторов после того как выбрана толщина диэлектрика. Обычно применяют цилиндрические секции, хотя при больших емкостях иногда используют и плоскопрессованные. Выбор толщины диэлектрика, связанный с установлением допустимой напряженности поля, в данном случае усложняется тем, что конденсаторы с диэлектриком из неполярных пленок являются новым типом. Фактически из трех типов пленок, приведенных в табл. 35, в массовом производстве применяется только полистирол; фторопласт-4 используется только в условиях мелкосерийного производства, а полиэтилен практически лишь начинает опробоваться в конденсаторостроении. Лля полистирольных конденсаторов можно привести следующие ориентировочные данные, соответствующие работе при постоянном напряжении: а) непропитанные запеченные секции с обкладками из фольги .- диэлектрик 2 X 20 мк Ер = (4: ~- 6) ке/мм в зависимости от емкости (нижний предел при С = (0,25 -i--~ 1) мкф в одной секции), диэлектрик 3 X 20, 3 X 30 или 2 X 40 мк Ер = (15 -f- 20) ке/мм при небольших емкостях порядка 0,1 мкф и меньше; б) непропитанные запеченные секции из металлизированной пленки - диэлектрик 1 X 20 и 1 х 30 мк, Ер - - 20 ке/мм при небольших емкостях порядка 0,1 мкф и ниже. При С = (0,25 2) мкф Ер = 12,5 кв/мм. При емкостях порядка 4-10 мкф (в собранном конденсаторе) для пленки 20 мк рабочее напряжение принимается 160 в, т. е. Ер снижают до 8 кв/мм. Испытательные значения напряженности поля для полистирольных конденсаторов с обкладками из фольги обычно принимают равным удвоенному рабочему значению. Это же соотношение можно сохранить и для металлизированных Рис. 134. Кривая зависимости потерь угла бумаги, пропитанной неполярной массой, от частоты. полистирольных конденсаторов; пробивная напряженность для этих конденсаторов, при которой самовосстановление уже не происходит и конденсатор закорачивается , составляет 75-150 кв/мм. Металлизированные пленочные конденсаторы в отличие от однослойных металлобумажных имеют ограниченную способность к самовосстановлению. При переменном напряжении частотой 50-5000 гц напряжение начала ионизации непропитанных полистирольных секций с диэлектриком 2 X 20 и 2 X 30 лгк составляет 400-450 в, если определять его по перегибу кривой tg6 = = f{U) или по началу свечения у краев обкладок. Это соответствует напряженности поля порядка 7-11 кв/мм. Однако, учитывая, что слабая ионизация может начаться при несколько меньших напряжениях и что полистирол относительно быстро разрушается от воздействия ионизации, желательно брать напряженность поля ниже указанных значений. Для надежности при переменном напряжении лучше не брать напряжение выше 250 в (эффективное значение) на одну непропитанную секцию;.при толщине диэлектрика 4 X 20 Л4К получается напряженность 6,25 кв/мм, а при толщине 2 X 30 Л4К - 4,2 кв/мм. При увеличении числа слоев и толщины диэлектрика напряжение начала ионизации заметно не повышается, а поэтому при больших толщинах Ер получается еще ниже указанных цифр. Пропитывая конденсатор жидким диэлектриком, можно заметно повысить напряжение начала ионизации и увеличить не менее чем в 2 раза напряженность поля, допуская 500 в на одну секцию. Для пропитки полистирольных конденсаторов (собранных из незапеченных секций) следует применять высокоочи-щенное нефтяное масло, практически ие содержащее ароматической фракции, которая может растворять полистирол. Для бумажно-полистирольных комбинированных конденсаторов известны попытки применения их при Ер = 40-- 50 кв/мм при температуре до 85° С. При постоянном напряжении для такого комбинированного диэлектрика получено Е„р = 290 кв/мм. Для непропитанных фторопластовых конденсаторов (фто-ропласт-4) в табл. 36 ориентироючно указаны значения допускаемых напряжений постоянного тока при разных толщинах диэлектрика. Таблица 36 Допускаемые напряжения постоянного тока при разных толщинах диэлектрика Эти данные соответствуют емкостям до 0,25-0,5 мкф и рабочей температуре до 200° С. При напряжении переменного тока порядка 200-250 в такие конденсаторы могут применяться до частоты порядка нескольких сотен герц. При больших частотах надо учитывать нагрев конденсатора, обусловленный потерями в обкладках. Для работы при высоких напряжениях разработаны фторопластовые конденсаторы, наполненные сжатым азотом при давлении 5-10 атм. Конденсаторы изготовляются с последовательным соединением секций, причем на одну секцию дают от 2 до 5 кв постоянного напряжения или 1 кв переменного. Напряженность поля при постоянном напряжении и 200° С составляет 40-45 кв/мм, при переменном напряжении 8,5 ке/мм (толщина диэлектрика в одной секции 4 ч- 30 мк). Эти данные соответствуют емкостям до 0,05-0,1 мкф. По американским данным полиэтиленовые пленки применяются толщиной 30-50 мк для рабочей температуры до 85-90° С. При нескольких слоях пленки и температуре 65° С указывается рабочая напряженность 40 кв/мм (постоянный ток). Эти данные, по-видимому, относятся к емкостям до 0,1 мкф. При переменном напряжении, как и для полистирола, необходимо выбирать рабочую напряженность ниже той, при которой может возникнуть ионизация. Для толщины 250 мк ионизирующая напряженность 4,8 кв/мм. Для пропитки полиэтиленовых конденсаторов в США-нефтяное масло не применяют, так как в нем полиэтилен набухает и частично растворяется; вместо него используют кремнийорганическую жидкость (жидкий полисилоксан). При намотке некоторых типов пленочных конденсаторов цилиндрической формы последовательно соединяемые секции наматываются одна за другой на одну и ту же оправку, причем используются две ленты фольги, на которых в нужных местах делают обрывы. В этом случае ленты диэлектрика наматываются без обреза по окончании намотки каждой секции. Составляя схемы намотки таких конденсато-
ров, надо учитывать необходимость получения наименьшей индуктивности, как показано на рис. 135. При расчете пленочных конденсаторов, предназначенных для работы на высокой частоте, необходимо уделять большое внимание снижению потерь в металле, и, в частности, применять намотку с выступающей фольгой. Пример 1. Рассчитать полистирольный конденсатор открытого типа на рабочее напряжение 500 в постоянного тока емкостью 0,01 мкф. Выбираем тип конденсатора с обкладками из фольги, двухслойный диэлектрик и, учитывая, что емкость конденсатора мала, прини- . маем повышенную напряжен-/ I I I * 2 ность ПОЛЯ - 8 кв/мм. Тогда ..11-. 1 1 .... I толщина диэлектрика будет .\ - -t. I 500/8 = 62,5 мк. Берем два слоя W пленки, по 30 мк и получаем Рис. 135. Схема намотки четырех- £р = 500/60 = 8,35 кв/мм, что секционного конденсатора с допол- можно считать допустимым. Бе-нительными выводами для умень- рем ширину пленки 30 мм; шения индуктивности: фольга - алюминиевая, толщи-I-диэлектрик; 2-обкладки. ной 7 мк И шириной 30 ММ. Испытательное напряжение обычно берется двойньви по срав- нению с рабочим, т. е. 1000 в. При намотке с выступающей фольгой, согласно данным для бумажных конденсаторов, приведенным в табл. 22, принимаем закраину 3 мм. В этомслучае края фольги выступают за торцы секции также на 3 мм. Активная ширина фольги составляет: 30 - 2 X X 3 = 24 мм или 2,4 см. Принимаем диаметр намоточной оправ-ки Do = 0,3 см. Для определения наружного диаметра секции по формуле (1-55) вычисляем коэффициент 0.144(2 -30 + 7)2-30 - 2,2 2,4-~ тогда наружный диаметр намотанного конденсатора (секции) D = + k/: = 1/0,32 + 0,01 109,5= 1,1 см. С учетом влияния воздушных зазоров принято е = 2,2. Длина конденсатора с учетом смятия фольги на торцах составляет примерно 32 мм. В начале и конце намотки конденсатора необходимо дать холостые-витки. Полагаем по два холостых витка, что увеличит диаметр секции на 4,2 30 = 240 мк, или 0,24 мм. Такое увеличение диаметра несущественно. Число витков конденсатора можно подсчитать аналогично примеру 1 в § 12. Получаем w = 30. Подсчитаем вес конденсатора, учитывая схему намотки (рис. 136). По формуле емкости намотанного конденсатора при С - 10 000 пф. е = 2,2 и толщине диэлектрика 60 мк или 0,006 см находим площадь обкладки, равную 155 см. При активной ширине обкладки 2,4 см, длина равна 63,5 см. Вес обкладок из алюминия = 2,7 г/cм^) составляет 2 7 10-4 . 3 . 63,5 . 2,7 = 0,75 г. 1 ... 23 24 25 26 27 28 29 ... 33 |