КОНСТРУКЦИИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ Типы

КОНСТРУКЦИИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ.

Типы силовых конденсаторов Высоковольтные силовые конденсаторы по условиям работы могут быть разделены на следующие группы: 1) конденсаторы, работающие при напряжении промышленной частоты. К ним относятся конденсаторы для улучшения коэффициента мощности, для продольной компенсации дальних линий электропередач, конденсаторы связи и другие;

2) конденсаторы, работающие при повышенной частоте до 10 к. Гц для компенсации реактивной мощности в электротермических установках; 3) конденсаторы, работающие при постоянном и пульсирующем напряжениях; 4) импульсные конденсаторы.

Конструкции силовых конденсаторов Силовые конденсаторы состоят из секций, в основном, рулонного типа. Они наматываются на специальных станках на цилиндрическую оправку и после снятия с оправки сплющивают-получают спирально намотанную плоско-прессованную секцию. Секции соединяются по параллельнопоследовательной схеме в зависимости от номинального напряжения и емкости конденсатора.

Секции выполняют либо со скрытой, либо с выступающей фольгой. Конструкцию секции с выступающей фольгой применяют для улучшения теплоотвода и для уменьшения индуктивности секции. Конструкцию секции со скрытой фольгой применяют при больших напряжениях, при этом секция состоит из нескольких подсекций, соединенных последовательно, а выводы имеют только первая фольга крайних секций.

В качестве обкладок используются алюминиевая фольга ( в конструкциях с фольгой), слой цинка или алюминия, нанесенной на одну сторону бумаги или пленки, образующих диэлектрик, двусторонне-металлизированная лента бумаги, у которой обе металлизированные поверхности электрически соединены и электрическое поле в бумаге отсутствует― так называемая мягкая обкладка. При прочих равных условиях система с фольгой имеет лучшие тепловые характеристики, но последние обладают свойством самовосстановления емкости после пробоя.

Соединенные секции образуют пакет. В большинстве случаев пакет является самостоятельной конструктивной единицей. Иногда в конденсаторе используется несколько пакетов, образующие единое конструктивное целое, называемое выемной частью. Пакет секций помещают в корпус из металла или изоляционного материала. Применение металлического корпуса улучшает тепловой режим конденсатора за счет уменьшения теплового сопротивления и обеспечения отвода тепла.

Корпус после цикла вакуумной просушки и пропитки герметизируют для исключения попадания в изоляцию воздуха и влаги из окружающей среды. Конденсаторы на высокие напряжения (35 к. В и выше при переменном напряжении и 100 к. В при постоянном) выполняют в изоляционных корпусах.

Напряжение к пакету, находящемуся в герметично закрытом корпусе, подается с помощью специальных проходных фарфоровых изоляторов. Они могут быть в виде цилиндрических стержней, плоских шин, коаксиальных цилиндров и других конструкций. Изоляторы герметично соединяются с корпусом конденсатора. Герметичность достигается металлизацией узких участков фарфора, к которым припаивается металлическая оболочка. Затем она герметично припаивается к корпусу. Для присоединения конденсатора к внешней сети служит металлический колпачок, который припаевается к изолятору.

Напряжение к пакету, находящемуся в герметично закрытом корпусе, подается с помощью специальных проходных фарфоровых изоляторов. Они могут быть в виде цилиндрических стержней, плоских шин, коаксиальных цилиндров и других конструкций. Изоляторы герметично соединяются с корпусом конденсатора. Герметичность достигается металлизацией узких участков фарфора, к которым припаивается металлическая оболочка. Затем она герметично припаивается к корпусу.

Для присоединения конденсатора к внешней сети служит металлический колпачок, который припаевается к изолятору. В некоторых случаях может применятся принудительное охлаждение конденсатора, при котором к корпусу конденсатора, к выступающей фольге секции или к медным пластинам, заложенными между секциями, припаивают змеевик из медной трубки, по которому циркулирует жидкость.

Изоляционные материалы, применяемые в конденсаторах В секциях конденсатора в качестве диэлектрика применяют конденсаторную бумагу, пропитанную жидким диэлектриком и полимерные пленки. Конденсаторная бумага может быть типа КОН с плотностью от 1 до 1, 2 г/см ³, либо МКОН с уменьшенными диэлектрическими потерями, в том числе с пониженной плотностью 0, 8 г/см³, либо бумага с пониженным содержанием токопроводящих включений- типа СКОН, МКОН, ЭМКОН.

Конденсаторные толщиной от бумаги могут 4 до 30 быть мкм. Синтетические пленки, обладающие рядом ценных достоинств, превосходящих свойства конденсаторной бумаги, являются заменителями последней в диэлектрике силового конденсатора. Из полимерных пленок для конденсаторов промышленной частоты применяется полипропиленовая пленка и для импульсных ― полиэтилентерефталатная (лавсановая) пленка.

Преимущества полипропиленовой и поилэтилентерефталатной пленки а) высокие электрические характеристики (Епр=160― 190 к. В/мм при напряжении промышленной частоты и Епр=600― 800 к. В/мм при постоянном напряжении); б) имеют достаточную термостойкость (температура плавления около 170ºС); в) обладают достаточной механической прочностью; г) совместимы с жидкими диэлектриками, применяемыми в конденсаторостроении.

Высокая электрическая прочность пленок обусловлена тем, что в отличие от бумаги они представляют собой монолитную систему без воздушных включений. В силовых конденсаторах применяют в основном полипропиленовую пленку.

В силовых конденсаторах в основном применяют комбинированную бумажнопленочную изоляцию, в которой слои конденсаторной бумаги перемежаются со слоями полимерной пленки. Плюсами такой изоляции является более низкий расход энергии на потери, меньшие габариты конденсаторов и более надежная работа. В данном случае бумага используется как диэлектрик и как фитиль, втягивающий пропитывающую жидкость в прослойки между пленками и обеспечивающий хорошую пропитку в отсутствии газовых включений в изоляции.

В пленочной изоляции применяют шероховатую пленку, также обеспечивающую хорошую пропитку. Для проектируемого конденсатора была выбрана комбинированная изоляция из конденсаторной бумаги и полипропиленовой пленки. Одним из важнейших компонент конденсаторного диэлектрика является пропитывающие материалы. Для пропитки силовых конденсаторов используются электроизоляционные жидкости.

Они должны иметь высокую диэлектрическую проницаемость и малый tgδ, малую вязкость в диапазоне рабочих температур, высокую стабильность электрических характеристик, обладать высокой химической стойкостью и стойкостью к воздействию электрического и теплового полей конденсатора, быть негорючими и нетоксичными.

Из жидких диэлектриков при производстве конденсаторов применяют: конденсаторное масло, хлорированные дифенилы (трихлордифенил), заменители хлорированных дифенилов, и, для импульсных конденсаторов, касторовое масло.

Хлорированные дифенилы обладают рядом преимуществ перед конденсаторным маслом: высокая диэлектрическая проницаемость, высокая стойкость к разложению в электрическом поле, высокая химическая стойкость, а также негорючесть. Но эти жидкости являются токсичными и экологически опасными. В связи с этим в настоящие время разрабатываются заменители хлорированных дифенилов: полярные жидкости (дибутилфталат), неполярные (фенилксилилэтан) жидкости и др.

Конденсаторное масло является старейшим пропитывающим диэлектриком в силовом конденсаторостроении. Химический состав определяется составом нефти из которой оно получается. Практически это смесь из парафиновых, нафтеновых, ароматических и их производных углеводородов.

Масло обладает следующими недостатками: малая диэлектрическая проницаемость, высокая температура застывания, горючесть и низкая газостойкость. Оно находит применение только в конденсаторах с низкой рабочей напряженностью. Касторовое масло практически не окисляется в воздухе. Газостойкость превосходит газостойкость нефтяных масел. Как и любая полярная жидкость, касторовое масло чувствительно к загрязнениям.

При воздействии высокой температуры tgδ масла значительно возрастает из-за химических изменений. Применяется в основном в импульсных конденсаторах. В связи с запрещением по экологическим причинам применения хлордифенилов для пропитки силовых конденсаторов были разработаны их заменителей. К ним относятся фенилксилилэтан, диоктилфталат, бензилнеокапринат, изопропилдифенил и другие. Основным недостатком является их горючесть.