На текущий момент пленочные компенсационные конденсаторы формируют наиболее емкий сегмент силовых конденсаторов для коррекции коэффициента мощности и в своей эволюции прошли долгий путь от конденсаторов с диэлектриком из поликарбоната (PC) и полистирола (PS) (массовое производство конденсаторов с 1953 года) до впечатляющего ассортимента типов по конструкциям и используемому диэлектрику в первом десятилетии нового века.
Вместе с тем, за исключением незначительных объемов производства конденсаторовспециального назначения (с диэлектриками из полиамида (Polyamide — PA, Nylon, Perlon), полиимида (Polyimide — PI), поливинилиденфторида (Polyvinylidenfluorid — PVDF), полисульфона (Polysulfon — PSU), ароматических полиэфиров (FPE, Vectran) и др.), основная доля реализуемых/покупаемых пленочных конденсаторов — типовые и практически любая батарея статических конденсаторов в сетях низкого, среднего или высокого напряжения формируется из типовых единичных конденсаторов, регламентированных международными техническими регламентами и российскими стандартами.
Справка: Статистические данные исследований мирового рынка силовых конденсаторов в сегменте конденсаторов пленочной конструкции с диэлектриком из синтетической пленки показывают, что на начало второго десятилетия XXI века производство конденсаторов в целом сосредоточено на выпуске типовых конструкций с пленками-диэлектриками из полипропилена РР (около 55% рынка), полиэтилентерефталата, полиэстера PET (около 40% рынка), полифениленсульфида PPS (не более 3% рынка), полиэтилена PEN (около 1% рынка) и политетрафторэтилена PTFE (вместе с PVDF и силоксанами не более 1% рынка). Причем на международном рынке синтетические пленки для конденсаторов поставляются предельно ограниченным числом производителей и в основном под торговыми марками/брендами — Hostaphan®, Mylar® (пленки PET), Kaladex® (PEN), Torelina® (PPS), Treofan® (РР), Teflon® (PTFE), Styroflex (PS), Makrofol® (РС). Типы пленочных конденсаторов определяются используемым диэлектриком и формализованы DIN IEC 60384 и DIN 41 379, а также IEC 1071 (части 1 и 2), EN 61071 (части 1 и 2), VDE 0560 (части 120 и 121) в отношении пленочных конденсаторов для силовой электроники и IEC 831 (части 1 и 2), EN 60831 (части 1 и 2), VDE 0560 (части 46 и 47) в отношении пленочных компенсационных конденсаторов.
Типовые пленочные конденсаторы делят по:
- конструкции на две основных группы — металлизированные (слой металла-электрода депонируется напылением в вакууме на поверхность синтетической пленки) и фольговые (электрод – металлическая фольга) с промежуточной группой конденсаторов, имеющих смешанную/комбинированную конструкцию с использованием фольги и металлизированных синтетических пленок (фольгово-металлизированные);
- диэлектрику на конденсаторы с диэлектриком из полиэтилентерефталата, полиэстера (Polyethylenterephthalat, Polyester — аббревиатура фольговых КТ, металлизированных MKT или MKS, фольгово-металлизированных MFT), полиэтиленнафталата (Polyethylennaphtalat — аббревиатура фольговых KN, металлизированных MKN), полиэтиленсульфида (Polyphenylensulfid — аббревиатура фольговых KI, металлизированных MKI), полипропилена (Polypropylen — аббревиатура фольговых КР, металлизированных MKР, фольгово-металлизированных MFP), полистирола (Polystyrol — аббревиатура фольговых KS, металлизированные не выпускаются), поликарбоната (Polycarbonat — аббревиатура фольговых КС, металлизированных МКС), а также смешанным диэлектриком из бумаги и синтетической пленки (преимущественно полипропиленовой — аббревиатура MKV (с металлизированной с двух сторон бумагой и пленкой РР), MPK (с металлизированной с одной стороны бумагой и пленкой РР).
Важно: Силовые конденсаторы (компенсационные конденсаторы, конденсаторы мощности) в отличие от конденсаторов другого назначения способны к переносу пиковых значений тока, намного более высоких чем среднеквадратические токи. Производители пленочных конденсаторов улучшают электрические характеристики своей продукции (диапазон допустимого рабочего напряжения, диэлектрическая прочность (устойчивость к пробою)), формируя, по сути, конденсаторные блоки в одном корпусе с различным количеством единичных конденсаторных элементов.
Рис. Типовые пленочные конденсаторы – блоки из единичных конденсаторов в одном корпусе, где
Все пленочные металлизированные и (условно) фольгово-металлизированные конденсаторы самовосстанавливающиеся (Self-Healing), т.е. при электрическом пробое электрода в течение микросекунд происходит локальное расплавление диэлектрика (синтетической пленки) электрической дугой в месте пробоя с заполнением поврежденной части электрода полимером, что исключает риски коротких замыканий.
Рис. Самовосстановление пленочного конденсатора, где 1 – электрод, 2 – синтетическая пленка, 3 – заполнение поврежденного участка, 4 – зона пробоя.
При этом происходит:
- снижение емкости конденсатора, очень незначительное в сравнении с номинальным значением общей емкости;
- небольшое повышение внутреннего давления в корпусе. При значительном числе пробоев и процессов самовосстановления внутреннее давление конденсатора может превысить критическое значение прочности корпуса на разрыв и поэтому пленочные конденсаторы оборудуются механическими предохранителями, размыкающими внутреннюю электрическую сеть конденсатора.
Рис. Механический предохранитель типового пленочного конденсатора – однофазного (слева) и трехфазного (справа).
Для снижения рисков коррозии электродов конденсатора — металлической фольги и/или металлического покрытия – корпуса могут быть заполнены/пропитан диэлектрик минеральным маслом, твердыми парафинами, синтетическими углеводородами или инертными газами.
Производство пленочных компенсационных конденсаторов по типовым технологическим процессам
Ведущие производители мира изготавливают пленочные конденсаторы по одной из двух разновидностей технологии MLP (Multilayer Polymer Capacitors):
- Winding technology (или намоточная) с формированием многослойной конструкции одновременной намоткой металлизированной пленки и диэлектрика без металлизации;
- Stacked-film technology с вырезкой сегментов — готовых конденсаторов из предварительно сформированного многослойного барабана.
Вне зависимости от используемой разновидности технологического процесса в дальнейшем полуфабрикат конденсатора направляется на выравнивание под прессом (если изготавливаются конденсаторы квадратного/прямоугольного сечения), обработку торцов пакета (напыление металла), проверку стойкости к пробою, пропитку диэлектрика, подсоединение выводов, упаковку в корпус (возможно с заполнением инертным газом, парафинами, углеводородами или маслом) и окончательное тестирование по установленным стандартами параметрам.
Ключевые электрические характеристики пленочных конденсаторов определены IEC 60384-1, ГОСТ 27390-87 (СТ СЭВ 5020-85) «Конденсаторы самовосстанавливающиеся для повышения коэффициента мощности», а также ГОСТ Р МЭК 60252-1-2005, ГОСТ 1282-88 (СТ СЭВ 294-84) и ГОСТ 12.2.007.5-75.
