Промышленное оборудование

Диэлектрики силовых пленочных конденсаторов

30 января 2014 г. в 09:00

Интенсивное развитие силовой электроники в новом тысячелетии, а также рост востребованности устройств компенсации реактивной мощности ( подробнее здесь) не только поставщиками электроэнергии и/или владельцами распределительных сетей, но и коммерческими структурами с активно эксплуатируемыми производственными мощностями определили значительное повышение интереса к силовым пленочным конденсаторам. В целом это обусловлено преимуществами пленочных конденсаторов, которым характерны:

  • низкие показатели эквивалентного последовательного сопротивления и коэффициента рассеяния (аббревиатуры соответственно ESR и DF), практическое отсутствие деградации тангенса угла диэлектрических потерь, минимальные потери мощности;
  • полное отсутствие миграции металла электродов или выщелачивания, как в керамических конденсаторах при практически аналогичных диапазонах плотности энергии;

Тип конденсатора

Плотность энергии, Дж/см3

Рабочая температура, (oC)

RepetitionRate,
(Hz)

Пленочные

1-10

125

10*5

Керамические

0.1 - 10

>200

10*5

Электролитические

1.5 - 5

60

10*2

Слюдяные

0.2 – 0.5

>300

>10*6

  • более высокие скорость разряда, плотность энергии и рабочие температуры, чем у электролитических конденсаторов;
  • на порядок большая плотность энергии, чем у слюдяных и вакуумных конденсаторов;
  • уникальная способность самовосстановления при пробое благодаря быстрым сменам фазового состояния полимера(из твердого в парообразное и наоборот), что повышает живучесть и долговечность эксплуатации пленочного конденсатора и, соответственно конденсаторной батареи и всей установки компенсации реактивной мощности.

Справка: Теоретически и de facto способность к самовосстановлению при локальном пробое электрода(за счет расплавления электрической дугой и перехода в парообразное состояние полимера-диэлектрика, «обволакивания» и изоляции поврежденного участка электрода застывшим полимером) характерна только для металлизированных пленочных конденсаторов с толщиной металлизированного слоя не более 3/10 толщины диэлектрика. В причисляемых к пленочным фольговых конденсаторах при пробое вероятность сваривания электродов-слоев фольги достаточно высокая и поэтому их некорректно относить к самовосстанавливающимся. Самовосстановление в фольгово-металлизированных пленочных конденсаторах следует считать условным и в целом зависит от конструктивных особенностей конденсатора и его рабочих характеристик.

Помимо этого:

  • любой локальный пробой электрода в пленочном конденсаторе снижает его емкость в среднем на 0.1%, но риски провоцирования локальным повреждением лавинообразных пробоев зависят от толщины диэлектрика в конденсаторе, поскольку в процессе образования плазмы на первом этапе «самозаживления» прилегающие слои диэлектрика повреждаются и изменяют свои свойства;

Рис. Самовосстановление при единичном пробое,
где Р — плазма полимера, S — поврежденные участки прилегающих слоев диэлектрика

  • в результате фазовых переходов полимера при самовосстановлении повышается внутреннее давление в корпусе конденсатора и при определенном числе пробоев давление достигает критических значений, что вызывает срабатывание предохранительных вставок (при их наличии) или разрыв/повреждение корпуса;
  • увеличение температуры внутри конденсатора на каждые десять градусов относительно рабочей, а также превышение рабочего напряжения на зажимах конденсатора на каждые 10% в среднем уменьшает реальную долговечность пленочных металлизированных конденсаторов вдвое.

Рис. Зависимость долговечность пленочных конденсаторов
от превышения рабочей температуры (сверху) и рабочего напряжения (снизу).

  • полимерная пленка-диэлектрик стабильна в большом диапазоне температур и давлений, не склонна к диэлектрической диссипации, деградации материала, имеет небольшой удельный вес и высокую технологичность, что позволяет формировать мощные пленочные конденсаторы при компактных размерах и малом весе.

Полимеры для пленок-диэлектриков силовых пленочных конденсаторов

Несмотря на продолжающееся производство ограниченных объемов пленочных конденсаторов на базе металлизированной бумаги, что связывают с финансовой доступностью материала и довольно низкими диэлектрическими потерями в конденсаторах типа МР, а также многослойных со смешанным (Misch-Dielektrika) диэлектриком (бумажно-полимерных) типов MKV (с металлизацией диэлектрика с двух сторон) и MPK(с металлизацией диэлектрика с одной стороны), эксперты рынка прогнозируют постепенный вывод бумаги из производства из-за ее гигроскопичности и склонности к деградации, что определяет необходимость пропитки маслом, воском, эпоксидной смолой и т.д., а значит повышение сложности и затратности технологического процесса.

Наиболее популярными полимерами-диэлектриками для пленочных конденсаторов сегодня стали полипропилен (Polypropylen — РР), полиэстер (Polyester — PET), полиэтиленнафталат (Polyethylennaphtalat — PEN), поликарбонат (Polycarbonat — РС), полиэтиленсульфид (Polyphenylensulfid — PPS), полиимид (Polyimide — PI), Поливинилиденфторид(Polyvinylidenefluoride — PVDF). В таблицах ниже сведены основные свойства полимеров-диэлектриков и пленочных конденсаторов на их основе.

Таблица. Основные свойства полимеров-диэлектриков пленочных конденсаторов


Свойства

Материал

PET

PEN

PPS

PP

Диэлектрическая проницаемость при 1 кГц

3,3

3,0

3,0

2,2

Минимальная допустимая толщина пленки, мкм

0,7

0,9

1,2

3,0

Поглощение влаги (гигроскопичность), %

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

Типовой 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) для частот

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

Таблица. Свойства пленочных конденсаторов с различными диэлектриками-полимерами

Тип конденсатора по диэлектрику

Диэлектрическая проницаемость на частоте 1 кГц

Электрическая прочность, V/μm

DF, %

Макс. Рабочая температура, (oC)

Плотность энергии, Дж/см3

Плотность энергии в % от теоретич.

Теоретич.

Практич.

Polycarbonate (PC)

2.8

350

<1

150

3.6

0.5-1

28

Polypropylene (PP)

2.2

500

<0.1

105

4.1

1-1.5

36

Polyester (PET)

3.3

400

<1.5

125

4.9

1-1.5

30

Polyvinylidenefluoride (PVDF)

12

200

1-5

105

19.1

2.4

12

Polyethylenenapthalate (PEN)

3.2

440

<1

137

4.4

1-1.5

34

Polyphenylenesulfide (PPS)

3.0

360

<0.2

200

4.1

1-1.5

36

Таблица. Диэлектрическая константа пленочных конденсаторов с различными диэлектриками-полимерами на разных частотах

Тип конденсатора

Диэлектрическая

константа

на частотах, Гц

100

1000

10000

100000

1000000

Polycarbonate (PC)

2.8

2.8

2.7

2.7

2.7

Polypropylene (PP)

2.2

2.2

2.2

2.2

2.2

Polyester (PET)

3.3

3.3

3.2

3.2

3.2

Polyvinylidenefluoride (PVDF)

12.0

11.0

10.2

9.6

7.0

Polyethylenenapthalate (PEN)

3.2

3.1

3.0

3.0

3.0

Polyphenylenesulfide (PPS)

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

Polyimide (PI)

3.5

3.5

3.5

3.5

3.5

Из приведенных таблиц видно, что:

  • пленочные конденсаторы на основе полипропилена и полиэстера могут работать при очень высоких напряжениях и с хорошей надежностью, имеют значительные величины напряжения пробоя. Им характерны низкие диэлектрические потери, превосходная частотная характеристика, низкий коэффициент рассеяния (DF) (для полипропилена), отличная самовосстанавливающаяся способность, а также ценовая доступность. В то же время рабочие температуры конденсаторов на базе диэлектрика-полипропилена довольно низкие (105°С), а коэффициент рассеяния полиэстера по факту ниже только, чем аналогичный показатель конденсаторов с диэлектрикомполивинилиденфторидом (PVDF);
  • пленочные конденсаторы на базе пленок изполивинилиденфторида отличаются более высокой, чем у полипропиленовых конденсаторов плотностью энергии, однако ограничивают их использованиенелинейность диэлектрической постоянной и напряжения, невысокое сопротивление изоляции, плохая самовосстанавливающаяся способность, большой коэффициент рассеяния (DF), высокие токи утечки, относительно более низкие напряжения пробоя и дороговизна поливинилиденфторида;
  • для пленочных конденсаторов с диэлектриком-полиэтилентерефталатом и полиэстером характерны разумные величины диэлектрической постоянной, достаточно высокая рабочая температура (125 °С для полиэстера и 137 °С для полиэтилентерефталат) и экономичность по материалу (оптимальны пленки толщиной менее мкм), но эти преимущества отчасти нивелируются довольно высоким коэффициентом рассеяния, увеличивающимся с повышением температуры и частоты;
  • конденсаторам на базе пленок из полиэтиленнафталата, поликарбоната, полиэтиленсульфида и полиимида характерны стабильность диэлектрической константы на разных частотах, средние значения плотности энергии и электрической прочности, однако высокие значения коэффициента рассеяния (за исключением полиэтиленсульфида почти аналогичного по DF с полипропиленом) и de facto в разы меньшая долговечность при эксплуатации даже с небольшим превышением рабочей температуры или напряжения;
  • пленочные конденсаторы на базе пленок изполивинилиденфторида заметно выделяются впечатляющей диэлектрической проницаемостью, плотностью энергии благодаря особенностям его кристаллической структуры из блоков мономеров {CH2 -CF2-} с двумя дипольными моментами (один связан с CF2 , другой с CH2), которая при экструзии пленки трансформируется в бета фазу с предпочтительной ориентацией полимерных цепей в плоскости пленки, что определяет отличные пьезоэлектрические и пироэлектрические свойствам полимера. Вместе с тем, конденсаторы на базе пленок из поливинилиденфторида дорогие, имеют низкое сопротивление изоляции, небольшое напряжение пробоя, отличаются значительными токами утечки, а также плохой технологичностью полимера, что при изготовлении пленки обуславливает значительные потери брака, неравномерность толщины пленки, появление разрывов при намотке и т.д.

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

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.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Пункт Коммерческого учета ПКУ (ПСС)-10 У1 (3ТТ+3ТН) GSM-модем

Пункт коммерческого учета предназначен для реализации коммерческого учёта активной и реактивной электроэнергии в воздушных распределительных сетях: − обеспечивает учет потребленной активной и реактивной электроэнергии на границе балансовой принадлежности сетей; − передает данные о потребленной электроэнергии в вышестоящие уровни ИВКЭ и ИВК. ПКУ трансформаторного включения конструктивно состоит из следующих составных компонентов: − ВШ — шкаф, закрепленный на опоре с размещенными в нем — ТТ, ТН, проходные изоляторы. Так же возможна установка ОПН и линейных разъединителей. Схема подключения с помощью трансформаторов тока и трансформаторов напряжения; − НШ — низковольтная часть оборудования: прибор учета, клеммы, автоматические выключатели, испытательная коробка для операций над прибором учета без отключения питания, ИБП, система обогрева с терморегулятором, а также оборудование для передачи данных;
НИИ-7 · НИИ-7 · 25 марта · Россия · Тверская обл
Пункт Коммерческого учета ПКУ (ПСС)-10 У1 (3ТТ+3ТН) GSM-модем

ПРОДАМ: Конденсаторные установки УКЛ(П)

Установки УКЛ служат для повышения коэффициента мощности посредством компенсации реактивной составляющей, применяются в электроустановках промышленных предприятий и распределительных сетей. Напряжение 6,3 кВ (10 кВ)Частота 50 Гц. Функциональные особенности установок УКЛ: — Комплектуются конденсаторами КЭК1-6,3-150-2У1, КЭК1-10,5-150-2У1 и (или) КЭК2-6,3-300-2У1,КЭК2-10,5-300-2У1. Конденсаторы пропитаны экологически безопасной диэлектрической жидкостью, оснащены внутренними разрядными резисторами. —В зависимости от размещения ячейки ввода и наличия разъединителя установки имеют модификации: —УК – одношкафная, УКЛ – ячейка ввода слева, УКП – ячейка ввода справа, 56 – с разъединителем, 57 — без разъединителя. — Вид климатического исполнения – У3. Степень защиты - IP21 по ГОСТ 14254-96. —Значения длины, указанные в скобках, относятся к установкам УКП56, без скобок – к установкам УКЛ56.Значения высоты установок указаны со съемными скобами (60 мм) и подставками (63 мм), предназначенными для транспортирования Технические характеристики конденсаторных установок УХЛ: — Номинальное напряжение — 6,3(10,5) кВ; — Диапазон мощностей — 112,5÷3150 кВАр; — Номинальная частота — 50 Гц; — Максимальная перегрузка по току — 1.3 Iном; — Максимальная перегрузка по напряжению — 1,1 Uном; — Диапазон рабочих температур — ±40°С — Общие тепловые потери ~ 1 Вт/кВАр — Используются в сетях с гармоническими искажениями согласно ГОСТ 13109.
Николаев Леонид · ЭНЕРГОПУСК · 22 марта · Россия · г Москва
Конденсаторные установки УКЛ(П)

ПРОДАМ: Подложки теплопроводящие

Растущий спрос на силовые полупроводниковые модули высокой мощности, высокой надежности и приемлемой стоимости обусловлен непрерывно развивающимся рынком силовых преобразовательных устройств: приводов, систем управления энергопотреблением (системы «smart power»), источников бесперебойного питания, импульсных источников питания, электрических транспортных средств и т. д. Основные требования, предъявляемые к законченному силовому модулю — минимальные габариты и низкая стоимость материалов и процесса производства в сочетании с высокими техническими характеристиками, устойчивостью к воздействиям окружающей среды и практически абсолютной безотказностью. Конструкция современного модуля должна обеспечивать минимальные значения переходных тепловых сопротивлений и распределенных индуктивностей силовых шин в сочетании с высоким напряжением изоляции. Керамика является одним из самых распространенных изоляционных материалов. Широкое применение керамических материалов объясняется их высокими механическими и электрическими свойствами, недифузионностью исходных материалов, сравнительной простотой технологии изготовления, невысокой стоимостью изделий. Керамика негигроскопична, термостойка. Механическая прочность на сжатие, растяжение, изгиб достаточна для практического использования. В отечественной промышленности используют алюминоксид (95–98% окиси алюминия), электрокорунд (99% Al2O3), стеатит, брокерит (97% окиси бериллия), титанаты (тикондовая и термокондовая керамика), а также керамики, в состав которых входят высокотвердый карбид бора, окись циркония и другие материалы. При изготовлении силовых модулей для обеспечения безотказности и высокого напряжения изоляции, а также минимальных значений переходных тепловых сопротивлений используются керамические подложки на основе оксида алюминия Al2O3, нитрида алюминия AlN и оксида берилия BeO с медным слоем с обеих сторон керамической пластины. Область применения нитрида алюминия в мире шире, чем оксида бериллия. Технология...
Войткус Вадим · ООО "Производственная компания Спецрезинотехника" · 12 марта · Беларусь · Минская обл
Подложки теплопроводящие

ПРОДАМ: Крановое электрооборудование(нва)

продам крановое электрооборудование (нва): ПМ12100150-380В-00/03г.-2шт.*5500р. (уралэлектроконтактор/уэк/один в упаковке) ПМ12100150-380В-19г.-2шт.*4250р. (электротехник/в упаковке) ПМ12100150-380В-21г.-5шт.*3000р. (техэнерго/два в упаковке) ПМ12100200-380В-04г.-1шт.*7000р. (уэк/уралэлектроконтактор) ПМ12100260-380В-05г.-1шт.*11000р. (уралэлектроконтактор/уэк/в упаковке)-IP40 кнопка"ПУСК"+"СТОП"+"R» ПМ12100500-380В-11г.-1шт.*11000р. (электротехник)-реверс КМД09530(ПМ12100500)-380В-08г.-1шт.*13000р. (уэк/уралэлектроконтактор)-реверс КМД15010(ПМ12160150)-380В-10г.-2шт.*9000р. (уэк/уралэлектроконтактор) ПМ12160150М-380В-21г.-2шт.*4000р. (техэнерго/в упаковке) ПМ12160150-380В-20г.-2шт.*4000р. (электроконтактор) ПМ12160150-380В-19г.-1шт.*5500р. (электротехник) ПМ12160150-380В-12г.-2шт.*9000р. (кашин) ПМ12160150-380В-05/08г.-4шт.*9000р. (уэк/уралэлектроконтактор) ПМ12160160-380В-02г.-1шт.*16000р. (уэк/уралэлектроконтактор)-IP40 кнопка"ПУСК"+"СТОП» ПМ12160200-380В-22г.-1шт.*11000р. (кашин/в упаковке) ПМ12160200-380В-21г.-1шт.*4850р. (электроконтактор) ПМ12160200-380В-21г.-2шт.*4850р. (вольтмик/в упаковке) ПМ12160500-380В-11г.-1шт.*23000р. (кашин)-реверс ПМ12160500-380В-08г.-1шт.*23000р. (уэк/уралэлектроконтактор)-реверс ПМ12180150-380В-19г.-7шт.*10250р. (кашин/три в упаковке) ПМ12180150-380В-23г.-4шт.*11500р. (электротехник/в упаковке) ПМ12180150-380В-21/22г.-2шт.*4500р. (урал-кран/в упаковке) ПМ12250150М-380В-23г.-1шт.*5000р. (техэнерго) ПМ12025100-380В-14г.-2шт.*850р. (кашин) ПМ12040150-380В-18г.-1шт.*1450р. (кашин) ПМ12040550-380В-19г.-1шт.*3400р. (кашин)-реверс с ПКЛ11 ПМ12040602-308В-10г.-1шт.*3950р. (чэаз)-реверс с РТТ211(40А)+ПКЛ11 ПМ12063151-380В-06г.-1шт.*2600р. (кашин)-вариант"К» ПМ12010140-380В-00г.-1шт.*900р. (гомель) ПАЕ312-220В-3шт.*3150р. (с хранения)-с ТРН40(32А) ПАЕ312-380В-4шт.*3150р. (с хранения)-с ТРН40(32А) ПАЕ411-220/380В-1/1шт.*4500р. (с хранения) ПАЕ412-380В-1шт.*5500р. (с хранения)-с ТРП60(60А) ПАЕ512-380В-1шт.*8500р. (с хранения)-с...
Химич Виктор · Вчера · Россия · Орловская обл
крановое электрооборудование(нва)

ПРОДАМ: Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ)

Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ) предназначены для автоматического регулирования коэффициента мощности (cos φ) электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением до 0,69 кВ частотой 50 Гц. Установки конденсаторные обеспечивают заданный cos φ в периоды максимальных и минимальных нагрузок. Конденсаторные установки рассчитаны на эксплуатацию в закрытых производственных помещениях в климатическом исполнении и категории размещения У4. Конденсаторные установки УКРМ-0,4 позволяют поддерживать необходимое для потребителя значение коэффициента мощности как в автоматическом, так и в ручном режиме в пределах 0,8÷1 путем подключения/отключения ступеней конденсаторных батарей. Осуществлять мониторинг значения коэффициента мощности cos φ. Снизить общие расходы на электроэнергию, а так же повысить ее качество непосредственно в сетях предприятия. Увеличить срок службы элементов распределительной сети, уменьшив их нагрузку. Установки УКРМ монтируются в напольных шкафах одностороннего обслуживания, состоящих из одной-двух секций одного габарита и конструктивного исполнения, строятся по модульному принципу. Внутри корпуса УКРМ устанавливаются конденсаторы, предохранители, коммутирующая и измерительная аппаратура. На лицевой панели размещаются контроллер (регулятор реактивной мощности, ручка выключателя и амперметр. Питающие и отходящие линии могут быть расположены снизу и сверху шкафа. Для работы регулируемой установки УКРМ-0,4 требуется внешний трансформатор тока. Параметры трансформатора тока выбираются заказчиком, исходя из максимального тока, протекающего по кабелю в точке измерения.
Отдел Продаж · ЧЗЭО · Вчера
Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ)
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.