Компенсационные конденсаторы с эффектом самовосстановления (Self-Healing)

Опубликовано: 13 мая 2013 г. в 13:00, 314 просмотровКомментировать

Эффект самовосстановления пленочных металлизированных компенсационных конденсаторов и комбинированных фольгово-металлизированных конденсаторов. Self-Healing, «живучесть» и пригодность пленочных конденсаторов. Факторы, влияющие на долговечность самовосстанавливающихся компенсационных конденсаторов.

Эффект самовосстановления (Self-Healing) — характерная особенность пленочных металлизированных конденсаторов и отчасти — комбинированных фольгово-металлизированных в терминологии DIN 41 379 и DIN IEC 60384, причем «самозаживление» локального места пробоя электрода тем эффективней и надежней, чем больше разница толщин пары электрод-диэлектрик и больше пластичность полимера, используемого в качестве диэлектрического слоя между электродами.

Компенсационные конденсаторы

«Стандартное» самовосстановление характерно для всех без исключения популярных типов по диэлектрику металлизированных конденсаторов, в том числе косинусных конденсаторов мощности — MKP на базе полипропилена (Polypropylen), МКС на базе поликарбоната (Polycarbonat), MKU на базе ацетата целлюлозы (Celluloseacetat), MKT и MKS на базе полиэтилентерефталата и полиэстера (Polyethylenterephthalat, Polyester), MKN на базе полиэтиленнафталата (Polyethylennaphtalat) и MKI на базе полиэтиленсульфида (Polyphenylensulfid) — в которых толщина электродов измеряется в ангстремах, а толщина диэлектрика — в микронах. Т.е. при локальном пробое электрода объема близлежащего участка диэлектрика достаточно для заполнения места пробоя без сколь-значимого ухудшения диэлектрических свойств остального слоя, а физико-химические свойства полимера позволяют диэлектрику в локальном месте перейти в текучее состояние под воздействием температуры дуги и плотно заполнить поврежденный участок электрода.

Компенсационные конденсаторы
Схема самовосстановления Self-Healing металлизированного конденсатора, где: 1 — диэлектрик; 2 — диэлектрик с двухсторонним металлизированным покрытием; 3 — пробой; 4 — «развязывающая» изоляционная зона с заполнением расплавленным полимером

Эффект самовосстановления не наблюдается в фольговых конденсаторах, где толщина слоя фольги (до 25 микрон) соизмерима с толщиной слоя диэлектрика, в бумажных конденсаторах, а также считается предельно условным в многослойных конденсаторах со смешанным диэлектриком (Misch-Dielektrika — металлизированной бумагой и полимером), в которых функционирование конденсаторного блока после локального пробоя слоя электрода сохраняется только при определенной схеме подключения конденсаторных элементов. Следует отметить, что самозаживление комбинированных фольгово-металлизированных конденсаторов происходит исключительно в местах слоев диэлектрика с вакуумным напылением электрода и теоретически является условным, поскольку несмотря на превалирующую вероятность пробоя в «слабом» месте — тонком слое напыленного электрода, всегда существуют риски пробоя электродов из фольги, которое если и не приводит к выходу конденсатора из строя при грамотной схеме подключения конденсаторных элементов, то вызывает достаточно значительные потери емкости и повышение значений протекающих по электродам токов, а следовательно риски лавинообразных пробоев и сокращение сроков службы компенсационного конденсатора, будь то единичный конденсатор или конденсаторная батарея.

Важно: Эффект самовосстановления повышает «живучесть» конденсатора/конденсаторной батареи, но не является определяющим фактором долговечности и пригодности конденсаторного блока и/или конденсаторной батареи для выполнения поставленных задач, поскольку:

  • каждый единичный пробой пусть и незначительно (до 0.1%), но снижает емкость конденсатора и его (конденсатора) пригодность в итоге будет определяться количеством пробоев и величиной потерь в емкости;
  • в результате каждого пробоя происходит небольшое увеличение суммарного объема диэлектрика и повышение внутреннего давления в корпусе, что при достижении критических значений приводит к разрыву внутренних предохранительных вставок;
  • на срок службы конденсаторов помимо количества пробоев и повышения внутреннего давления в корпусе влияет ряд иных факторов, зависящих от условий эксплуатации, состояния и параметров конкретной электрической сети/участка сети и т.д.

Факторы, влияющие на долговечность самовосстанавливающихся компенсационных конденсаторов

К ключевым факторам, влияющим, как на долговечность конденсаторов, так и на их электрические свойства относят температуру, причем в отношении металлизированных конденсаторов и комбинированных фольгово-металлизированных конденсаторов с сравнительно тонкими слоями диэлектрика и очень тонкими слоями металлизированного покрытия температурный фактор считают определяющим, поскольку предельно существенно влияет на свойства полимеров в тонких слоях.

Таблица. Свойства полимеров — диэлектриков металлизированных и комбинированных фольгово-металлизированных конденсаторов

Свойства 

Материал

PET

PEN

PPS

PP

Диэлектрическая проницаемость при 1 кГц

3,3

3,0

3,0

2,2

Минимальная толщина пленки в микронах

0,7

0,9

1,2

3,0

Поглощение влаги, %

Низкое

0,4

0,05

<0,1

Электрическая прочность, В / мкм

580

500

470

650

Номинальное напряжение (постоянный ток), В

50 ... 1000

16 ... 250

16 ... 100

40 ... 2000

Диапазон емкости

100 пФ ... 22 мкФ

100 пФ ... 1 мкФ

100 пФ ... 0.47мкФ

100 пФ ... 10 мкФ

Максимальная рабочая температура, ° C

125/150

150

150

105

ΔC/C в диапазоне температур, %

± 5

± 5

± 1,5

± 2,5

Тангенс угла диэлектрических потерь (× 10 -4 )

при 1 кГц

50 ... 100

42 ... 80

2 ... 15

1 ... 5

при 10 кГц

110 ... 150

54 ... 150

2.5 ... 25

2 ... 8

на частоте 100 кГц

170 ... 300

120 ... 300

12 ... 60

2 ... 25

при 1 МГц

200 ... 350

-

18 ... 70

4 ... 40

Постоянная времени R Iso · C, сек

при 25 ° C

≥ 10000

≥ 10000

≥ 10000

≥ 100,000

при 85 ° C

1000

1000

1000

10000

Диэлектрическая абсорбция, %

0,2 ... 0,5

1 ... 1,2

0,05 ... 0,1

0,01 ... 0,1

Макс спец. емкость, нФ * В / мм 3

400

250

140

50

По факту на рабочую температуру конденсатора влияет окружающая температура воздуха, избыточные токи, величина которых может быть очень значительной во время заряда/разряда при коммутации конденсаторных ячеек вакуумными контакторами в конденсаторных батареях и/или при протекании по электродам токов высших гармоник, а также избыточное напряжение на зажимах, появляющееся в плохо регулируемой сети/на участке сети в моменты подключения/отключения мощной нагрузки и во время коммутации конденсаторных ячеек.

John Houdek, президент Allied Industrial Marketing, Inc. и Cesar Chavez, технический руководитель, ARTECHE / Inelap в своем обзоре «EXTENDING THE LIFE OF POWER FACTOR CAPACITORS» показывают уменьшение/увеличение долговечности самовосстанавливающихся конденсаторов MKP с диэлектриком из полипропилена вдвое при увеличении/уменьшении рабочей температуры на каждые 10 градусов Цельсия.

Компенсационные конденсаторы
Долговечность конденсатора с расчетной температурой 70 градусов Цельсия при различных значениях рабочей температуры

Почти аналогично на долговечность металлизированных и комбинированных фольгово-металлизированных конденсаторов влияет превышение напряжения на зажимах, причем в значительно большей степени, чем это было отмечено в отношении алюминиевых электролитических конденсаторов.

Компенсационные конденсаторы
Долговечность металлизированных конденсаторов при различных значениях напряжения на зажимах

Через повышение рабочей температуры на долговечность конденсаторов влияет конструктивное исполнение (El-Husseini, Venet, Rojat и Joubert в статье «Thermal Simulation for Geometric Optimization of Metallized Polypropylene Film Capacitors») – более высокие конденсаторы за счет увеличения пути тока показывают повышение рабочей температуры на электродах и диэлектрике, а следовательно и имеют меньшую долговечность.

К критическим по снижению долговечности параметрам относят «пусковые» токи при коммутации ячеек конденсаторной батареи, значение которых может на порядок превышать величину рабочего тока, а также токи высших гармоник. «Пусковые» токи, возникающие при включении/отключении конденсатора, повышают величину рассеянной мощности, в основном уходящей на разогрев электродов и диэлектрика (10%-ное увеличение тока может привести к 21%-му увеличению температуры). Гармонические токи при увеличении частоты и соответствующем снижении вследствие этого емкостного реактанса имеют очень большие величины и влияют на долговечность конденсатора аналогично пусковым токам.

480V

60hz

300hz

5th harmonic

420hz

7th harmonic

660hz

11th harmonic

780hz

13th harmonic

100kVAr

2.304 ohms

0.4608 ohms

0.329 ohms

0.209 ohms

0.177 ohms

500kVAr

0.4608 ohms

0.0921 ohms

0.0658 ohms

0.0418 ohms

0.0354 ohms

Информация о компании

Нюкон, ООО
Конденсаторный завод «Нюкон» производит: моторные, светотехнические, косинунсные и силовые конденсаторы. На базе завода работает цех производства шкафов УКРМ и АУКРМ. Продукция завода сертифицирована, обладает стабильно высоким качеством, и пользуется постоянным спросом не только в России, но и за рубежом. Отличительной чертой завода являются не только клиентоориентированые цены, но и быстрые сроки выполнения заказов. Будем рады Вашему обращению в нашу Компанию.

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.