Основные характеристики силовых конденсаторов

Электрическим конденсатором называется устройство, состоящее из двух (или нескольких) плоских проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. По области применения все конденсаторы можно разде­лить на две большие группы: радиоконденсаторы, используемые в тех­нике малых токов, и силовые конденсаторы, применяемые в технике больших токов и высоких напряжений. Конденсаторы первой группы широко используют в радиотехнике, электронике, автоматике и телемеха­нике, электроизмерительной технике и т.п. Конденсаторы второй группы применяют для повышения коэффициента мощности промышленных электроустановок, продольной компенсации реактивного сопротивления линий электропередачи, высокочастотной связи и защиты линий электро­передачи высокого напряжения, отбора мощности от линий электропере­дачи высокого напряжения, генерации импульсных токов и напряжений, тиристорного управления, оборудования, применяемого в технологии управляемых (гибких) линий электропередач и электропривода и других силовых преобразовательных устройств.

Основным параметром конденсатора, определяющим его способность накапливать и удерживать на обкладках электрический заряд, является электрическая емкость или просто емкость. Емкость конденсатора опре­деляется отношением заряда на его обкладках к значению напряжения между ними и зависит от его геометрических размеров. Чем больше пло­щадь обкладок и меньше, расстояние между ними, тем больше емкость конденсатора. Кроме того, на значение емкости конденсатора влияет диэлектрик, разделяющий обкладки, который характеризуется абсолют­ной диэлектрической проницаемостью е_а. Емкость плоского конденса­тора, состоящего из двух обкладок, разделенных диэлектриком, определя­ется в фарадах (Ф),

(9.4)

где S — площадь обкладок м²; d — толщина диэлектрика, м; — абсо­лютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м.

В реальном конденсаторе, включенном в электрическую цепь, наряду с обменом мощности между конденсатором и источником энергии, неко­торая часть мощности расходуется на нагрев конденсатора и рассеива­ется в окружающей среде. Нагрев ухудшает качество диэлектрика и сни­жает электрическую прочность конденсатора. Потери мощности в конденсаторе складываются из потерь в диэлектрике Р_д и потерь в метал­лических частях Р_м. Таким образом, полные потери мощности (активная мощность Р) в конденсаторе

Р= Р_д+ Р_м (9.5)

Практически полные потери мощности в конденсаторе можно опреде­лить как

, (9.6)

где — тангенс угла потерь конденсатора; Q — реактивная мощность конденсатора.

Из приведенной формулы можно определить тангенс угла потерь кон­денсатора

(9.7)

т.е. отношение активной мощности конденсатора к реактивной. Эта вели­чина является одной из основных качественных характеристик конденса­тора. Значение тангенса угла потерь силовых бумажных конденсаторов обычно находится в пределах 0,0015—0,004, или, если он определяется в процентах, 0,15—0,4 %.

Важнейшей характеристикой изоляционных материалов, с помощью которой оценивается способность диэлектрика выдерживать без пробоя воздействие электрического поля, является электрическая прочность. Элек­трическая прочность конденсаторов зависит прежде всего от качества диэлектрика, а также и от конструктивных особенностей конденсатора: площади обкладок, толщины диэлектрика, условий теплоотдачи и т.п. Параметры, определяющие электрическую прочность конденсатора: пробивное напряженке — напряжение, при котором происходит про­бой конденсатора во время относительно кратковременного (в течение нескольких секунд) повышения напряжения;

испытательное напряжение — напряжение, которое конденсатор дол­жен выдерживать без пробоя в течение определенного времени (до 1 мин). Испытательное напряжение устанавливается меньше среднего пробивного напряжения, определяемого опытным путем.

рабочее напряжение {номинальное) — напряжение, при котором кон­денсатор может надежно работать длительный промежуток времени. Номинальное напряжение обычно значительно меньше пробивного и испытательного.

Отношение среднего пробивного напряжения к номинальному пред­ставляет собой запас электрической прочности по отношению к рабочему напряжению, а отношение среднего пробивного напряжения к испыта­тельному — запас электрической прочности по отношению к испытатель­ному напряжению.

Электрическая прочность конденсаторов в условиях эксплуатации не остается постоянной и с течением времени снижается в результате про­цесса старения диэлектрика, которое заключается в том, что под воздей­ствием электрического поля в диэлектрике возникают физико-химиче­ские процессы, постепенно разрушающие диэлектрик и снижающие его электрическую прочность. Ухудшение свойств диэлектрика может при­вести к тепловому или электрическому пробою конденсатора.

Под удельными характеристиками конденсатора понимают отношение одного из электрических параметров конденсатора к его объему или массе. Удельная реактивная мощность силовых бумажных конденсато­ров, применяемых для улучшения коэффициента мощности, обычно дос­тигает 3,7 10³ квар/м³ или 2,0 квар/кг, а бумажно-пленочных конденсато­ров 5,2—5,6 10³ квар/м³ или 3,4 квар/кг.

Под тепловыми характеристиками конденсаторов понимают зависимость температуры нагрева диэлектрика от мощности потерь в конденсаторе.