Типы и конструкции силовых конденсаторов

Лекция 6
Электрический расчет конденсаторов
При расчете для конденсатора обычно задают: номинальное
напряжение Uном, номинальную реактивную мощность Q,ном или
энергию Wном и условия окружающей среды. Так как
Qном = 2πfU ном2 Cк или Wном = CkUном2 /2 ,
где
f-
частота
номинального
напряжения,
(1)
то
емкость
конденсатора
Ск = Qном /(2πfU ном2 ) или Ск = 2Wном /Uном2
(2)
Исходя из условий окружающей среды (предельных отрицательных
и положительных температур) производят выбор диэлектрика, в том
числе пропитывающей жидкости. Толщину диэлектрика dc выбирают
как из условия высокой электрической прочности, так и из условия
возможно более высоких напряженностей частичных разрядов,
обычно толщина бумажного диэлектрика составляет 50-60 мкм, а
бумажно-пленочного -30-40 мкм.
Удельная реактивная мощность (мощность в единице объема)
конденсатора Qуд и удельная энергия Wуд
Qуд=2πfεEраб2 и Wуд=εEраб2/2,
(3)
где Ераб - рабочая напряженность, f- частота, ε — диэлектрическая
проницаемость изоляции секции.
Значения Qуд и Wуд пропорциональны диэлектрической проницае
мости и квадрату рабочей напряженности, поэтому применение
газостойких пропиток или бумажно-пленочной изоляции позволяет
существенно увеличить удельную реактивную мощность конденсатор
ов и уменьшить объем и вес конденсатора.
Габаритные размеры конденсатора могут быть оценены на
основании активного объема диэлектрика:
=Uном2Ск/(εЕраб2).
(4)
Обычно полный объем конденсатора в 1,4-1,7 раза превышает
активный объем диэлектрика за счет объема, занятого фольгой,
закраинами, изоляцией от корпуса, самим корпусом и т. д. Таким
образом,
Vк=(1,4-1,7)Vак.
(5)
Зная объем конденсатора, можно выбрать его габаритные
размеры. При этом необходимо учитывать, что в конденсаторах
промышленной частоты для увеличения поверхности теплоотдачи и
улучшения
теплоотвода
от
внутренней
части
конденсатора
целесообразно один из размеров выбирать много меньше двух
других.
Рабочее напряжение секции конденсатора
Uc = Eрабdc.
(6)
При указанных величинах рабочей напряженности и толщины
диэлектрика секции рабочее напряжение секции конденсатора
промышленной частоты лежит в пределах от 600 до 1500 В, поэтому
при номинальных напряжениях выше 1000 В конденсаторы собирают
из нескольких последовательно соединенных секций или групп
секций.
В
последнем
случае
в
группах
секции
соединяют
параллельно. Число последовательно соединенных секций или групп
nc=Uк/Uc.
(7)
Емкость секции или групп секций
Сс = Скпс.
(8)
Из технологических соображений емкость секции при толщине
диэлектрика 50-60 мкм, ширине бумаги около 260-280 мм и при
напряжении около 1000 В не должна превосходить 3-4 мкФ, поэтому,
если величина Сс окажется больше этого значения, то секцию
разбивают на тс параллельно включенных более мелких секций.
Определение геометрических размеров секции производят,
исходя из емкости секции при заданном диаметре оправки Do, на
которую
наматывают
секцию,
ширины
бумаги
bб,
толщины
диэлектрика секции dc и толщины фольги dф. Ширину фольги bф
выбирают уже ширины бумаги для секций со скрытой фольгой на
удвоенную величину закраины ℓ3, которую из технологических
соображений принимают равной 5-7 мм:
bф = b6-2ℓ3.
(9)
Для намотанной на цилиндрическую оправку секции длина
обкладки (ℓф=π Dcp z, где z - число витков при намотке секции,
Dcp=(D,,+D0)/2- средний диаметр спирально-намотанной секции, D0 диаметр оправки, D,, - наружный диаметр секции. Учитывая, что при
каждом витке наматываются две фольги и двойной слой диэлектрика
секции, получим:
(10)
Когда ленту из двойного слоя диэлектрика с двумя обкладками
наматывают на спираль, то обе ленты диэлектрика попадают в поле
между обкладками и емкость секции будет приблизительно в 2 раза
больше, чем в развернутом состоянии:
(11)
Подставив (19.19) в (19.20), получим:
.
(12)
.
(13)
Ширина сплющенной секции
Толщина сплющенной секции
hc=4z(dc+dф).
(14)
При смешанном соединении пс последовательно соединенных
групп с тс. параллельно соединенными секциями в каждой группе
общее число секций в пакете равно пстс, а емкость пакета
рассчитывают по формуле:
Ск = Сстс/пс,
(15)
Зная габаритные размеры секции, легко определить габаритные
размеры пакета секций и конденсатора в целом.