3.4.3. Основы электрического расчета косинусных конденсаторов

Электрический расчет конденсаторов сводится к нахождению допускаемых значений напряженности при длительном (Е_раб) и кратковременном (Е_исп) воздействии напряжения.

Затем определяется два значения толщины диэлектрика:

и (3.12)

и выбирается наибольшее.

В большинстве случаев расчет ведут на длительную работу конденсатора, т. е. определяют Е_раб, по нему находят толщину диэлектрика, а затем определяют испытательную напряженность Е_исп, соответствующую данной толщине и заданному испытательному напряжению U_исп:

, (3.13)

где К₁ – коэффициент, учитывающий невыявленные дефекты при кратковременном испытании диэлектрика конденсатора (К₁ = 1,5…3,0).

Следует иметь в виду, что электрическая прочность слоистой изоляции зависит от толщины или числа листов в диэлектрике (рис. 3.23). При малых толщинах Е_пр увеличивается с ростом числа слоев изоляции вследствие перекрытия «слабых мест» прочными слоями изоляции, а затем с дальнейшим ростом толщины изоляции диэлектриков начинает проявляться краевой эффект и Е_пр снижается. Вследствие изложенного механизма Е_пр = f(d) имеет максимум при определенной толщине изоляции секции d_опт.

Рис. 3.23. Зависимость пробивной напряженности бумажного (1) и бумажно-пленочного (2) диэлектриков от толщины изоляции (пропитка трихлордифенилом)

Обычно толщина бумажного диэлектрика составляет 50…60 мкм (5–6 слоев бумаги при толщине листа 10 мкм), а толщина бумажно-пленочного диэлектрика составляет 25…35 мкм. Рабочее напряжение секции конденсатора определяется по формуле

(3.14)

где d_c – толщина изоляции в секции.

Секции выполняются либо со скрытой (рис. 3.24, а), либо с выступающей (рис. 3.24, б) фольгой.

Конструкция с выступающей фольгой применяется для улучшения теплоотвода, а в некоторых случаях – для уменьшения индуктивности импульсных конденсаторов. Выбрав высоту секции h_с (8…15 мм), можно найти число витков при намотке секции:

, (3.15)

а) б)

Рис. 3.24. Способы намотки конденсаторных секций

Зная габаритные размеры секции, легко определить габаритные размеры пакета секции конденсатора и корпуса конденсатора в целом.

Для конденсаторов, работающих в условиях повышенного тепловыделения в активном диэлектрике (косинусные конденсаторы, конденсаторы для электротермических установок, импульсные конденсаторы с большой частотой следования импульсов и др.), необходимо провести тепловой расчет с целью определения температуры его нагрева по отношению к температуре окружающей среды.

Для конденсаторов с бумажно-масляной изоляцией максимально допустимая температура составляет 65…70 ^оС, а для конденсаторов с пропиткой хлордифенилом или касторовым маслом – 90…95 ^оС, что соответствует максимально допустимому перепаду температуры между центральной точкой пакета секций t_max и окружающей средой 25…30 ^оС и 50…55 ^оС, соответственно, при температуре окружающей среды t₀ = 40 ^оС.

3.5. Изоляция трансформаторов высокого напряжения

Главной (поперечной) изоляцией является изоляция между обмотками высокого и низкого напряжения, а также между обмотками и сердечником магнитопровода, ярмом и металлическим баком трансформатора.

Витковой (продольной) изоляцией называется изоляция между витками катушек данной обмотки, между катушками и слоями.

Для трансформаторов наружной установки следует различать внешнюю и внутреннюю изоляцию. Внешняя изоляция (воздушные промежутки между выводами и баком, между выводами различных фаз, а также вдоль фарфоровых покрышек вводов) выбирается по мокроразрядному и импульсному разрядному напряжению, а внутренняя изоляция выбирается с запасом прочности по отношению к внешней изоляции (К_зап = 1,2), чтобы не происходило ее повреждения при воздействии сухоразрядного напряжения внешней изоляции.

В главной изоляции трансформаторов используются: трансформаторное масло, электрокартон (листовой, рулонный), гетинакс, текстолит, дельта-древесина. В газонаполненных трансформаторах используются высокопрочные газы.

Для межслоевой и витковой изоляции используют кабельную и телефонную бумагу, пропитанную маслом, различные виды лакотканей (хлопчатобумажные, шелковые, киперные). Широко применяется эмалевая изоляция, стекловолокно, пропитанное кремнийорганическими лаками, эпоксидная смола.