25. Изоляция силовыхконденсаторов

Высоковольтные конденсаторывэнергетических установкахпри- меняются для компенсации реактивной мощности, для компенсации индуктивного сопротивления ЛЭП и высокочастотной обработки ЛЭП, для создания ГИН и ГИТ.

Энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, опре- деляется выражением

СU² E²V

W ⁰ , (3.22)

2 2

гдеV– объем активной массы диэлектрика;

EU d– напряженность поля в диэлектрике.

Поэтому массогабаритные показатели конденсатора будут опре- деляться в основном коэффициентом диэлектрической проницаемо- стии электрической прочностью диэлектрического материала.

Чем вышеиE_доп, тем меньше габариты конденсатора, с теми же

значениями энергииW.

Для изготовления конденсаторов в настоящее время применяетсяБМИ, котораясостоитизконденсаторнойбумаги,пропитаннойжид- кимидиэлектриками,иполимернойпленки. Пленкавкладываетсяме- ждуслоямибумагииливвидепокрытиянаноситсянафольгу.Исполь-зуется бумага марок КОН, МКОН, ЭМКОН толщиной 4–30 мкм,

плотностью 1200 кг/м³, tg0,00120,0026 . Из полимерных пленок

используют полипропиленовую пленку (2,25 ,

tg2310^4)

для конденсаторов промышленной частоты и полиэтилентерофта-латную (лавсановую)пленкудляимпульсных конденсаторов(3,2 ,tg3410^4),атакжеполивинилденфториднуюпленку(1012, tg122210^4). Полимерные пленки обладают болеевысокой

прочностью

E_пр6080кВ/мм

и термостойкостью (t_плав170С )

и механической прочностью. Бумага в комбинированной бумажно- пленочной изоляции обеспечивает хорошую пропитку.

В качестве пропитывающих материалов используют конденса- торное (нефтяное) масло, хлордефинилы, дибутилфталат, касторо- вое масло (в импульсных конденсаторах). Хлордефинилы токсичны и требуют тщательной герметизации, хотя обладают высокими зна-

чениями

_r, стойки к ЧР и разложению. В качестве электродов ис-

пользуют алюминиевую фольгу толщиной 7–12 мкм. В некоторых низковольтных конденсаторах используют слой металла из цинка или алюминия, нанесенный на поверхность бумаги или пленки. Та- кие конденсаторы обладают самовосстанавливающимися свойства- ми: в месте пробоя происходит разрушение металлического слоя (выгорание), при этом несколько уменьшается емкость.

Технология изготовления включает следующие операции: на- мотку на специальных станках на оправку или цилиндрический каркас, снятие и опрессовку, пропитку под вакуумом и герметиза- цию. Намотка выполняется со скрытой или выступающей фольгой. При выступающей фольге обеспечивается лучший теплоотвод и уменьшается индуктивность. Со слепой фольгой выполняются кон- денсаторы на высокие напряжения.

Конденсатор обычно собирается из секций (рис. 3.27), соединен- ных перемычками в параллельную, последовательную или комби- нированные схемы. Секциимогутиметь несколько подсекций, со- единенных последовательно. После опрессовки секция помещается в бак, вакуумируется, пропитывается и герметизируется. Каждая секция имеет свой плавкийпредохранитель.

Рис. 3.27.Рулонная секция

Кратковременная электрическая прочность изоляции конденса- тора определяется в основном прочностью твердой изоляции. В процессе изготовления изоляции в пленку или бумагу попадают частицы металла, их окислы и соли. Вследствие малой толщины бумаги образуются токопроводящие включения (ТПВ) со сравни- тельно малым сопротивлением (около 200 кОм). Число таких вклю- чений на квадратный метр может достигать 40–100 шт. Пробой изо- ляции происходит в местах этих включений в области равномерно- го поля. Пробивная напряженность изоляции конденсатора опреде- ляется по выражению

E_прE_бn1n, (3.23)

гдеE_б–пробивная напряженность листа бумагиприотсутствииТПВ;

n– число листов в слое.

Зависимость пробивной напряженности ляции представлена на рис. 3.26.

^Eпр

от толщиныdизо-

Рис. 3.26.Электрическая прочность изоляции секции:

1– бумажно-пленочная изоляция;2– бумажная изоляция

Частичные разряды в изоляции конденсаторов возникают в жид- ких диэлектриках, т. к. при разложении масла образуются газовые включения. В изоляции конденсаторов высокого переменного на- пряжения ЧР возникают на краю электродов. Переход ЧР в крити- ческие связан с появлением скользящих разрядов на краю фольги,

либо с возникновением в толще изоляции газовых включений, чтонаиболее характерно для изоляции, пропитанной нефтяным маслом.Длительная электрическая прочность в основном определяетсяразвитием ЧР и повышением температуры (тепловое старение).Процесс старения в значительной степени зависитоттипа жидкогодиэлектрика. Для нефтяного масла процесс старения восновномопределяется интенсивностью появления газовых пузырьков, послечего сильно снижается напряжение возникновении ЧР. Для конден-саторов с трихлордифиниловой пропиткой процесс старения опре-

деляется увеличением tg, снижением прочности за счетразложе-

ния жидкого диэлектрика и взаимодействия продуктов разложения с твердымдиэлектриком.

Рабочиенапряженности:для БМИпри

f50Гц

E_б2028 кВ/см;

в комбинированной изоляции

E_б3538кВ/см,

E_пл5060 кВ/см ;

для конденсаторов с изоляцией изпленок при d3036мм

E_раб5060кВ/см ;дляконденсаторовсметаллизированнымиплен-

ками при

d68мм

E_раб6070 кВ/см ; для конденсаторов на по-

стоянном токе

E_раб3540 кВ/см ; для конденсаторов импульсных

установок

E_раб6065 кВ/см ; при пропитке касторовым маслом

или диэлектриками высокойгазостойкости

E_раб80120 кВ/см .