Изоляция конденсаторов
Название «конденсатор» было введено в конце 18 века, когда существовало представление об «электрических жидкостях» и конденсатор рассматривался как прибор для сгущения, конденсирования этих жидкостей. Конденсатор представляет собой систему из двух или более проводников (обкладок),разделенных диэлектриком (рис.2.1). Основное назначение конденсатора – накапливать электрический заряд и электрическую энергию.
Первые специально созданные электрические конденсаторы, которые применяли в России М.В. Ломоносов и Г. Рихман представляли собой стеклянные банки, наполненные водой или дробью, и оклеенные снаружи фольгой. Впервые понятие диэлектрической проницаемости диэлектрика в конденсаторах ввел Фарадей, в честь которого и названа единица емкости – Фарад. В настоящее время в России производятся все виды современных электрических конденсаторов от единиц фарад до долей пикофарад.
Важнейшая характеристика конденсатора – удельная энергия, равная отношению запасенной в конденсаторе электрической энергии к объему активного диэлектрика:
. (1-2)
Здесь:S – площадь пластин конденсатора, d – толщина диэлектрика.
Как следует из формулы (1-2) для увеличения удельной энергии следует выбирать материал с высокой относительной диэлектрической проницаемостью и высокой электрической прочностью.
Из формулы (1-2) можно выразить энергию конденсатора:
. (1.3)
Здесь l – линейные разме1-3), энергия конденсатора, а , следовательно, и потери растут пропорционально кубу линейных размеров. Поверхность охлаждения конденсатора растет пропорционально квадрату линейных размеров. Следовательно, с ростом мощности конденсатора ухудшаются условия его охлаждения. Чтобы не вызвать перегрева диэлектрика, необходимо использовать материал с малыми диэлектрическими потерями т.е. с малым значением 
. Рассмотрим, с учетом сказанного, как выполняется изоляция в различных видах конденсаторов.
Силовые конденсаторы используются в установках переменного тока для повышения коэффициента мощности («косинусные конденсаторы»), для продольной компенсации в ЛЭП, в качестве конденсаторов связи и других целей. В установках постоянного тока они работают в схемах с инверторами. Устройство силового конденсатора для повышения коэффициента мощности схематически показано на рис.1.8.
|
Рис.1.9. Плоскопрессованная рулонная секция: 1 – электроды из фольги; 2 – слои бумаги; 3 – выводы.В герметизированном корпусе 1 расположены плоскопрессованные рулонные секции 2, стянутые в пакет между металлическими щеками 3 с помощью хомутов 4. Между секциями установлены изолирующие прокладки 5 из электрокартона. Изоляция 6 от корпуса выполнена из электрокартона или кабельной бумаги. Секция представляет собой спирально намотанный рулон из лент диэлектрика и алюминиевой фольги (рис.8.9), выполняющей роль электродов. В рулонных секциях обе поверхности электродов являются активными, вследствие чего сокращается расход металла на электроды. Отдельные секции (рис.1.8) соединяются перемычками 7 в параллельную, последовательную или смешанную схему в зависимости от рабочего напряжения и требуемой емкости. Конденсатор имеет два вывода 8.
В силовых конденсаторах используется бумажно-масляная изоляция. Чаще всего изоляцию секций выполняют из 6-8 слоев конденсаторной бумаги типа КОН толщиной 10-15мкм ( =-0,003). Внутренний объем конденсатора заполнен пропитывающим составом. В качестве пропитки используют минеральные масла ( 
=2,1-2,2) и синтетические полярные жидкости на основе хлордифенила (ХД) ( =4,8-5,5). Конденсаторное масло отличается от трансформаторного более тщательной очисткой. У конденсаторной бумажной изоляции до 30% объема занимают поры между волокнами и узкие щели между слоями бумаг. Поэтому относительная диэлектрическая проницаемость пропитывающей жидкости сильно влияет на емкость конденсатора. При пропитке хлорированными жидкостями емкость конденсатора в два раза превосходит емкость при пропитке минеральным маслом. Рабочие напряженности в конденсаторах промышленной частоты составляют 12-14 кВ/мм при пропитке минеральными маслами и 15-20кВ/мм при пропитке хлорированными жидкостями..
Недостатком синтетических жидкостей ХД является их большая чувствительность к загрязнениям. Кроме того, они токсичны и экологически опасны, так как отсутствует их биологическая деградация. Это делает необходимым централизованное уничтожение пробитых конденсаторов по специальной технологии.
Хорошие результаты дает применение комбинированной изоляции, в которой слои бумаги чередуются со слоями неполярной синтетической полимерной пленки. Такой пленкой может быть, например, полипропилен ( =2,2-2,3, 
=180кВ/мм, =0,0004, 
=10 15 -10 16 Ом·м). Для импульсных конденсаторов применяется полиэтилентерефталатная (лавсановая) пленка., а в качестве пропитки – касторовое масло. В комбинированной изоляции бумага между слоями пленки обеспечивает хорошую пропитку между слоями пленки и отсутствие газовых включений в изоляции.
В последнее время большинство производителей силовых конденсаторов отказываются от использования бумажного и бумажно-пленочного диэлектрика, переходя к чисто пленочному с экологически безопасными пропитывающими жидкостями. Так например, крупнейший отечественный производитель всех типов силовых конденсаторов Серпуховской конденсаторный завод “КВАР”,внедряя указанную технологию, разработал и освоил выпуск конденсаторов для комплектации силовых фильтров высших гармоник мощностью 300квар с удельной реактивной мощностью 8,1 квар/дм 3 , что в 1,5-2 раза превышает этот показатель серийно выпускаемой продукции.
Керамические конденсаторы составляют более половины всех выпускаемых конденсаторов. Диэлектриком в них является керамика с высокой , что позволяет выполнять конденсаторы с меньшими габаритами и весом. Большая часть керамических материалов с высокой имеют в качестве основной составной части диоксид титана TiO2. Одна из его модификаций – рутил имеет в направлении главной кристаллографической оси =173. Низкочастотная керамика имеет =15000-20000. Имеются полупроводниковая керамика с =50000. Таким образом, керамические материалы по сравнению с полимерными пленками дают огромный выигрыш по значению . Низковольтные и высоковольтные керамические конденсаторы применяются в высокочастотной технике: в измерительных схемах и в радиоаппаратуре.
Оксидные конденсаторы используют в качестве диэлектрика тонкую оксидную пленку на поверхности металлов; алюминия, тантала, ниобия. В электролитических конденсаторах сам металл используется как анод, а электролит (корпус) используется в качестве катода.
В диффузионных конденсаторах в качестве диэлектрика служит запорный слой на границе p-n перехода в полупроводнике. В конденсатора на МДП структурах (металл-диэлектрик-полупроводник) в качестве диэлектрика используется слой диоксида кремния, выращенный на поверхности кремниевой пластины. Обкладками служит кремний с одной стороны и тонкая пленка с другой.
Для изготовления измерительных конденсаторов применяется так называемая образцовая конденсаторная слюда марки СО, которая представляет собой мусковит высшего качества и изготовляется в виде пластинок прямоугольной формы. В высокочастотной технике слюдяные конденсаторы применяются в колебательных контурах радиоаппаратуры.
Источник
Изоляция высоковольтных конденсаторов
Дата добавления: 2014-04-10 ; просмотров: 3072 ; Нарушение авторских прав
Назначение и режимы работы различных типов конденсаторов в значительной мере определяют их конструктивное выполнение и изоляцию.
Наиболее подходящим материалом, широко используемым при изготовлении конденсаторов всех типов, до настоящего времени является пропитанная конденсаторная бумага высокой плотности (1,0-1,2 г/см ), толщиной от 5-30 мк. Для конденсаторов постоянного напряжения применяется также менее дорогая кабельная бумага толщиной 0,08-0,17 мм. Конденсаторная бумага применяется двух сортов: КОН-1 и КОН-11. Бумага КОН-11 более плотная, имеет большие диэлектрические потери и используется чаще в конденсаторах постоянного напряжения. Вместо бумаги могут быть использованы пленки из полимеров (полиэтилена, фторопласта) или полимерные перекрытия, которые наносятся непосредственно на фольгу. Пропитка бумаги значительно увеличивает ее электрическую прочность и повышает ее диэлектрическую проницаемость.
Для пропитки бумаги и заполнения корпуса конденсатора используется конденсаторное масло, имеющее повышенную химическую и термическую стойкость. Диэлектрическая проницаемость бумажно-масляной конденсаторной составляет примерно 3,8. При постоянном напряжении используется для пропитки также касторовое масло, имеющее более высокую диэлектрическую проводимость ( =4,5) по сравнению с минеральным и почти такую же электрическую прочность. При переменном напряжении касторовое масло не используется, так как оно имеет диэлектрические потери в 5-7 раз больше, чем минеральное.
Для пропитки могут быть также применены и синтетические полярные жидкости, например совол, имеющий ( =5), что позволяет снизить вес конденсатора на 35-49%. Однако пары совола токсичны. Это ограничивает применение совала, и, кроме того, совольные конденсаторы имеют нестабильные при изменении температуры емкость и tg .
Во всех случаях силовые конденсаторы выполняют свои функции за счёт того, что в активной части их изоляции, т.е. в изоляции, заключенной между электродами, в некоторые моменты времени накапливается энергия, используемая для разных целей. Энергия, накапливаемая в конденсаторе, равна
где V — объём активной части изоляции;
Е — рабочая напряженность в изоляции.
Рисунок 27 — Схематическое устройство силового конденсатора для повышения коэффициента мощности
Устройство силового конденсатора для повышения коэффициента мощности схематически показано на рисунке 27. В герметизированном корпусе расположены плоскопрессованные рулонные секции, стянутые в пакет между металлическими щеками с помощью хомутов. Между секциями установлены изолирующие прокладки из электрокартона. Изоляция от корпуса выполнена из электрокартона или кабельной бумаги. Внутренний объём конденсатора заполнен пропитывающим составом. В зависимости от номинального напряжения конденсатора и его емкости секции соединяются перемычками в параллельную, последовательную или комбинированную схему. В конденсаторах некоторых типов секции подключаются через индивидуальные предохранители. При этом работоспособность конденсатора сохраняется даже после пробоя нескольких секций.
Секция представляет собой спирально намотанный рулон из лент диэлектрика или алюминиевой фольги, выполняющей роль электродов. В рулонных секциях обе поверхности электродов являются активными, вследствие чего сокращается расход метала на электроды.
Источник
2.2. Изоляция высоковольтных конденсаторов
3) компенсация сдвига по фазе между током и напряжением;
4) выпрямительные установки – фильтры и др.;
5) высоковольтные импульсные установки.
В качестве изоляции используются: газ, жидкости, твердые неорганические материалы, твердые органические материалы. Твердая изоляция в высоковольтных конденсаторах (чаще органическая) – бумага, пленки с пропиткой маслом. Конденсатор характеризуется удельной запасаемой энергией, например Дж/дм 3 :
Высоковольтные конденсаторы разного назначения, разных номинальных напряжений и реактивной мощности устроены одинаково: состоят из пакетов секций, соединенных последовательно-параллельно и расположенных в герметизированном корпусе, залитом пропиточной жидкостью.
Основным элементом любого силового конденсатора является секция – спирально намотанный рулон из лент диэлектрика и алюминиевых обкладок, выполняющих роль электродов (рис. 2.5). Секции после намотки сплющивают для уменьшения объема.
Рис. 2.5. Устройство секции высоковольтного конденсатора:
1 – фольга; 2 – диэлектрик (слои бумаги, пленки); 3 – выводы
2.3. Изоляция трансформаторов
В силовых трансформаторах изоляция состоит из различных по конструкции элементов, работающих в разных условиях. Воздушные промежутки между вводами и по их поверхности – внешняя изоляция. Изоляционные участки, расположенные внутри бака трансформатора и внутри вводов, – внутренняя изоляция. Внутренняя изоляция подразделяется на главную и продольную. Главная изоляция – между разными обмотками, стенками бака, магнитопроводом и др. Продольная изоляция – между элементами одной и той же обмотки: между витками, слоями, катушками.
В высоковольтных силовых трансформаторах в качестве главной используется маслобарьерная изоляция. Продольная изоляция выполняется бумажно-масляной. Количество барьеров зависит от номинального напряжения трансформатора.
На рис. 2.6 приведено схематическое устройство главной изоляции высоковольтного трансформатора.
Высоковольтные обмотки выполняются катушечного типа или непрерывной цилиндрической многослойной намоткой.
Трансформаторы до 35 кВ выполняются с изолированной нейтралью. Трансформаторы свыше 110 кВ – с заземленной нейтралью.
Рис. 2.6. Схема устройства изоляции высоковольтного трансформатора:
1 – магнитопровод; 2 – низковольтная обмотка (НВ); 3 – высоковольтная обмотка (ВВ); 4 – барьер; 5 – щитки электроизоляции; 6 – масло
2.4. Изоляция кабелей
Основное назначение кабелей – передача электрической энергии от подстанции к потребителям.
Силовые кабели высокого напряжения выполняются трех типов:
1) кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой на напряже-
ние до 35 кВ (рабочая напряженность Е РАБ = 2…3 кВ/мм); 2) кабели с бумажной изоляцией с пропиткой маслом под давлени-
ем – маслонаполненные кабели: 2…3 атм – низкое давление ( Е РАБ =
= 3…5 кВ/мм); 4…5 атм – среднее давление ( Е РАБ = 6…8 кВ/мм); 8…15 атм – высокое давление ( Е РАБ = 10…15 кВ/мм);
3) кабели с монолитной полимерной изоляцией (полиэтилен, фторопласт и др.).
Кроме этого, нашли применение кабели в трубах под давлением масла или газа. Разрабатываются криогенные кабели с охлаждением до температуры жидкого азота (77 К) или жидкого гелия (5 К). Кабели выполняются на напряжение до 500 кВ. Разрабатываются кабели на напряжение 750…1150 кВ.
На рис. 2.7 приведена схема устройства трехфазного кабеля с поясной изоляцией. Такие кабели выпускаются на рабочее напряжение до 10 кВ. На 35 кВ выпускаются кабели с отдельно освинцованными жилами и броней из стальных лент типа АОСБ (А – алюминиевая жила, О
– отдельно освинцованные жилы, СБ – броня стальными лентами).
Рис. 2.7. Схема устройства изоляции кабелей до 35 кВ:
1 – жила; 2 – фазная изоляция; 3 – поясная изоляция; 4 – герметичное покрытие; 5 – подушка; 6 – броня; 7 – антикоррозионное покрытие; 8 – наполнитель (джут)
На рис. 2.8 приведена схема устройства маслонаполненного кабеля на рабочее напряжение 110 кВ. Как правило, выполняются однофазными в свинцовой оболочке с броней из круглых или плоских проволок. Например, типа МССК-110, где М – маслонаполненный; С – среднего давления; С – свинцовый экран; К – броня круглой стальной проволокой.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Оставленные комментарии видны всем.
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Источник