3.4.3. Основи електричного розрахунку косинусних конденсаторів

 

Електричний розрахунок конденсаторів зводиться до знаходження допускних значень напруженості, при тривалому (Е_раб) і короткочасному (Е_ісп) впливі напруги.

Потім визначається два значення товщини діелектрика:

 

                             і                   (3.12)

 

і вибирається найбільше.

У більшості випадків розрахунок ведуть на тривалу роботу конденсатора, тобто  визначають Е_раб, по ньому знаходять товщину діелектрика, а потім визначають випробну напруженість Е_исп, що відповідає даній товщині й заданій випробній напрузі U_исп:

 

                                ,                       (3.13)

 

де К₁ – коефіцієнт, що враховує невиявлені дефекти при короткочасному випробуванні діелектрика конденсатора (К₁ = 1,5...3,0)

Варто мати на увазі, що електрична міцність шарової ізоляції залежить від товщини або числа листів у діелектрику (рис. 3.23). При малих товщинах Е_пр збільшується з ростом числа шарів ізоляції внаслідок перекриття «слабких місць» міцними шарами ізоляції, а потім з подальшим ростом товщини ізоляції діелектриків починає проявлятися крайовий ефект і Е_пр знижується. Внаслідок викладеного механізму Е_пр = f(d) має максимум при певній товщині ізоляції секції d_опт.

Рис. 3.23. Залежність пробивної напруженості паперового (1)
і паперово-плівкового (2) діелектриків від товщини ізоляції
(просочення трихлордифенілом)

 

Звичайно товщина паперового діелектрика становить 50...60 мкм (5-6 шарів паперу при товщині аркуша 10 мкм), а товщина паперово-плівкового діелектрика становить 25...35 мкм. Робоча напруга секції конденсатора визначається по формулі

 

                                                       (3.14)

 

де d_c – товщина ізоляції в секції.

Секції виконуються або зі схованої (рис. 3.24, а), або з виступаючої (рис. 3.24, б) фольгою.

Конструкція з виступаючою фольгою застосовується для поліпшення тепловідводу, а в деяких випадках – для зменшення індуктивності імпульсних конденсаторів. Вибравши висоту секції h_с (8...15…15 мм), можна знайти число витків при намотуванні секції:

 

                               ,                       (3.15)

 

 

а)                                             б)

Рис. 3.24. Способи намотування конденсаторних секцій

 

Знаючи габаритні розміри секції, легко визначити габаритні розміри пакета секції конденсатора і корпуса конденсатора в цілому.

Для конденсаторів, що працюють в умовах підвищеного тепловиділення в активному діелектрику (косинусні конденсатори, конденсатори для електротермічних установок, імпульсні конденсатори з великою частотою проходження імпульсів й ін.), необхідно провести тепловий розрахунок з метою визначення температури його нагрівання стосовно температури навколишнього середовища.

Для конденсаторів з паперово-масляною ізоляцією максимально припустима температура становить 65...70…70 ^оС, а для конденсаторів із просоченням хлордифенілом або касторовим маслом – 90...95…95 ^оС, що відповідає максимально припустимому перепаду температури між центральною точкою пакета секцій t_max і навколишнім середовищем 25...30^оС і 50...55 ^оС, відповідно, при температурі навколишнього середовища t₀ = 40 ^оС.