Для профильных специалистов в области проектирования и разработки устройств компенсации реактивной мощности для силовых сетей (см. подробнее о косинусных/компенсационных конденсаторах в установках КРМ, УКРМ, УКЛ (П) и др. здесь) уже давно не является откровением факт, что ГОСТ 21415-75 «Конденсаторы. Термины и определения» (в ред. 01.05.2005), а тем более прошедший актуализацию 01.05.2009 практически без изменений ГОСТ 27390-87 (СТ СЭВ 5020-85) «Конденсаторы самовосстанавливающиеся для повышения коэффициента мощности» морально устарели не только по регламентируемым нормам/требованиям, но и по используемой терминологии. В то же время DIN IEC 60384 и DIN 41 379 (не действует), IEC 1071 — ½ (идентичны EN 61071 — 1/2 и VDE 0560 — 120/121), IEC 831 —1/2 (идентичны EN 60831 — 1/2 и VDE 0560 — 46/47) после введения изменений к ФЗ «О техническом регулировании» по факту так и остались декларативными. Тем не менее и отечественные КРМ, УКРМ, УКЛ (П) и их аналоги, и импортируемые в Россию установки компенсации реактивной мощности преимущественно базируются на пленочных силовых конденсаторах, а их аббревиатура и заявленные характеристики далеко не всегда находятся в пределах допустимых границ, установленных международными стандартами.
Современная концепция пленочных конденсаторов
Практическое отсутствие четкой и корректной формализации термина и определения пленочных конденсаторов после отмены действия DIN 41 379 обусловило вполне логичное зачисление в эту категорию металлизированных (бумажных и полимерных с напылением слоя металла на диэлектрик до 0.3 его толщины), фольговых (с бумажным или полимерным диэлектриком и слоем фольги до 25 мкм) и фольгово-металлизированных многослойных полимерных и бумажно-полимерных конденсаторов. Причем активная работа производителей по созданию максимально совершенного продукта сегодня сместила акцент на выпуск именно многослойных конструкций типа MKV (двусторонняя металлизация диэлектрика), МРК (металлизация слоя диэлектрика по одной стороне), хотя достаточно востребованными пока остаются металлизированные конденсаторы типа МКК (MKK-AC и MKK-DC соответственно для напряжения переменного и постоянного тока), а также МР (в основном благодаря сравнительно низкой стоимости).
Несмотря на рекламные заявления ряда производителей о наличии только в их продукции уникальной функции Self-Healing (восстановление электрических свойств после пробоя диэлектрика), de facto практически все реализуемые сегодня пленочные конденсаторы самовосстанавливающиеся, хотя могут отличаться разным временем до критического уменьшения емкости из-за пробоев и/или срабатывания механических предохранителей (прерывателей избыточного давления в терминологии ГОСТ 27390-87) вследствие повышения в процессе самовосстановления внутреннего давления в корпусе.
В качестве диэлектрика для пленок производители предпочитают использовать полипропилен (около 55% рынка) из-за низкой диэлектрической абсорбции материала и сравнительно невысокой цены, полиэфир(до 40% рынка), в небольших объемах выпускаются пленочные конденсаторы с диэлектриком из полифениленсульфида (около 3%), полиэтилена (до 1%), PTFE илиPVDF (до 1%), а также полиэтиленнафталата, диэлектрическая абсорбция которого сравнима с диэлектрической абсорбцией полипропилена.
Таблица. Диэлектрическая абсорбция полимеров-диэлектриков
| Полимер-диэлектрик | Диэлектрическая абсорбция |
|---|---|
| Полиэтилентерефталат и полиэстер (Polyethylenterephthalat, Polyester — PET) | От 0,2 до 0,5% |
| Полипропилен (Polypropylen — РР) | От 0,01 до 0,1% |
| Полифениленсульфид (Polyphenylensulfid — PPS) | От 1,0 до 1,2% |
| Полиэтиленнафталат (Polyethylennaphtalat — PEN) | От 0,05 до 0,1% |
Для повышения электрической прочности (стойкости диэлектрика к пробою) и эффективного рассеивания тепла обмотки пленочных конденсаторов пропитываются силиконовыми маслами/лаками, реагентами на базе минеральных масел, воска и синтетических углеводородов или заполняются инертным газом, что практически нивелирует риски коррозии металлических слоев и корпуса. В соответствии с массово применяемыми в производстве пленочных конденсаторов технологиями winding technology (намоточной технологии) и Stacked-film (вырезка сегментов-конденсаторов из предварительно намотанного послойно барабана) пропитка и заполнение инертным газом выполняется после отжига и вакуумной сушки.
Ключевые характеристики пленочных конденсаторов
Если основываться на требованиях европейских технических регламентов, а также директив ЕС 89/106/ЕЕС, 2006/95/ЕЕС, устанавливающих пороговые нормы для получение знака СЕ и торговли на территории ЕС, то к ключевым характеристикам пленочных конденсаторов (указываются в маркировке и/или в сопроводительной технической документации) следует отнести:
- номинальную емкость C, которая должна быть определена при температуре испытаний 20° С и измерительном диапазоне частот от 50 до 120 Гц;
- допустимый диапазон емкости при температуре 20° С — предельные отклонения фактической емкости от ее номинального значения;
- температурная зависимость емкости (температурный коэффициент емкости — ТКЕ) — обратимое изменение емкости ΔC/C в допустимом температурном диапазоне;
Рис. Температурная зависимость емкости пленочных конденсаторов типа MKV, МКК, МР
- дрейф ёмкости (Capacitancedrift) — суммарные необратимые изменения емкости во время эксплуатации пленочного конденсатора (цифровом процентном выражении, например, +1/- 3%);
- номинальное напряжение переменного тока U (R) — максимальное или пиковое значение напряжения на конденсаторе любой полярности при реверсивном изменении типа волны, при котором конденсатор может работать с сохранением заявленных параметров;
- номинальное напряжение постоянного тока U (R) — максимальное или пиковое значение напряжения на конденсаторе, не нарушающее его работу с сохранением заявленных параметров;
- симметричное переменное напряжение Uас — ключевой параметр диэлектрических потерь;
Рис. Симметричное переменное напряжение Uас пленочных
конденсаторов постоянного (сверху) и переменного (снизу) тока
- максимально допустимое рекуррентное напряжение û — максимальное значение повторяющегося всплеска напряжения на участке макс. 1% от периода;
Рис. Максимально допустимое рекуррентное напряжение û.
- напряжение изоляции Uins — среднеквадратическая величина напряжения (или отношение номинального напряжения к корню из 2) пробоя изоляции пленочного конденсатора;
- единовременное импульсное напряжение Us — пиковое напряжение, вызванное переключением или любым другим нарушением системы, в течение времени не более 50 ms/pulse;
- максимальный ток Imax — максимальное значение тока в цепи, при котором конденсатор может работать с сохранением заявленных параметров;
- максимальный пиковый ток î — максимальная амплитуда тока во время непрерывной работы î = C*(du/dt)max;
- максимальный импульсный ток Is — пиковое значение тока, идуцируемое при нарушениях системы за ограниченный промежуток времени не более 50 ms/pulse;
Рис. Импульсное напряжение Us в пленочных конденсаторах постоянного (слева) и переменного (справа) тока.
- скорость нарастания напряжения du/dt, зависящая от максимального пикового значения тока, самоиндукции конденсатора и его емкости du/dt = 1/С;
- энергосодержание (Energycontent) или плотность энергии W(N) = ½*С(N)*U(N)2, где С(N) — номинальная емкость, U(N) — номинальное напряжение;
- собственная индуктивность Lself — индуктивность (самоиндукция) обкладок и выводов конденсатора;
- сопротивление изоляции Rins и постоянная времени саморазряда — τ = Rins*С;
- эквивалентное последовательное сопротивление Rs — резистивные потери (I2*Rs) в электродах, в контактах, внутренней проводке;
- тангенс угла диэлектрических потерьtan δ0 — отношение активной к реактивной мощности при синусоидальном напряжении определенной частоты ω;
- коэффициент рассеивания tan δ (f) = tan δ0 + Rs *ω*C;
- эквивалентное омическое сопротивление ESR = tan δ/(ω*C) = Rs + tan δ0/(ω*C);
- тепловое (термическое) сопротивление Rth — отношение разности температур конденсатора и окружающей среды к рассеиваемой мощности Rth = ΔТ/Р.
По материалам компании «Нюкон»
