Конструкции и области применения силовых конденсаторов

Электротехнические материалы, применяемые в силовых конденсаторах

Для силовых конденсаторов в качестве обкладок применяется алюми­ниевая фольга, которая изготовляется из алюминия, содержащего 99,5— 99,7 % чистого металла. В конденсаторостроении используется главным образом фольга толщиной 0,007 и 0, 016 мм и шириной от 95 до 270 мм, поставляемая в рулонах.

Конденсаторная бумага — это основной вид твердого органического диэлектрика при производстве силовых конденсаторов. Сырьем для изго­товления конденсаторной бумаги служит сульфатная целлюлоза, получае­мая из древесины при химической обработке ее в щелочной среде. В настоящее время преимущественно используют бумагу толщиной 10— 15 мкм. Тангенс угла потерь лучших конденсаторных бумаг при темпера­туре 120° С в сухом виде 0,12 — 0,22%, в пропитанном (трихлордифенилом) — 0,23—0,34 %. Абсолютная диэлектрическая проницаемость бумаги находится в пределах 2,2—2,9 Ф/м и возрастает с увеличением плотности

бумаги.

Полипропилен применяют в силовых конденсаторах в качестве диэлек­трика в виде пленок толщиной 10—20 мкм. Он является продуктом поли­меризации пропилена СН_Э - СН = СН₂, который получают при переработке нефти и природного газа, и представляет собой доступное и дешевое сырье. В основном используется изотактический полипропилен, обладаю­щий определенной структурой с правильным расположением звеньев цепи молекулы. Благодаря повышенной термостойкости и совместимости с пропитывающими жидкостями пленки изотактического полипропилена находят широкое применение как в чистом виде, так и в комбинации с конденсаторной бумагой.

В качестве жидких электроизоляционных материалов в производстве конденсаторов применяют нефтяное конденсаторное масло, хлорирован­ные дифенилы (трихлордифенил), касторовое масло и др. Жидкие диэлектрики служат для пропитки бумажной и бумажно-пленочной изо­ляции конденсаторов с целью повышения ее диэлектрической проницае­мости и электрической прочности.

Конденсаторное масло является неполярным диэлектриком и пред­ставляет собой продукт перегонки нефти, состоящий из смеси различных углеводородов — соединений углерода и водорода. Полученное при перегонке масло подвергается обработке кислотой и щелочью с после-. дующей промывкой дистиллированной водой для удаления химически нестойких соединений. В дальнейшем высокие электроизоляционные свойства масла достигаются его сушкой, дополнительной очисткой гли­нами и фильтрацией. Электрические свойства конденсаторного масла зна­чительно снижаются при загрязнении и увлажнении, кроме того, масло подвержено старению — окислению кислородом воздуха.

Хлорированные дифенилы — полярные синтетические диэлектрики, являются продуктами хлорирования дифенила С₁₂Н_]0. Дифенил полу­чают из бензола, являющегося одним из продуктов переработки каменно­угольной смолы. Наибольшее распространение получил трихлордифенил (ТХД) С_]2-Н₇С1з — продукт хлорирования дифенила, в котором три атома водорода замещены хлором. ТХД — негорючая взрывобезопасная про­зрачная жидкость, более устойчивая к окислению и действию перемен­ного электрического поля, чем конденсаторное масло. Вязкость ТХД при нормальной температуре сравнительно велика, но при температуре 50 °С вязкости конденсаторного масла и ТХД сближаются. Благодаря повышен­ной диэлектрической проницаемости ТХД при заливке конденсаторов увеличивает их емкость в 1,4—1,5 раза по сравнению с конденсаторами, залитыми конденсаторным маслом.

ТХД имеет относительно высокую температуру отверждения (-30 °С), ниже которой его диэлектрическая проницаемость резко уменьшается, что снижает емкость конденсаторов на 20—30 %. Кроме того, при низких температурах уменьшается электрическая прочность конденсаторов. Поэтому конденсаторы, пропитанные ТХД, можно применять при темпе­ратуре не ниже -35° С. Он очень чувствителен к загрязнениям, вызываю­щим резкое увеличение тангенса угла потерь и снижение электрической прочности конденсаторов, поэтому требует соблюдения особой чистоты при производстве конденсаторов. Большим недостатком ТХД является и его токсичность. Пары ТХД раздражающе действуют на кожу и слизи­стые оболочки, вследствие чего при работе с ним необходимо соблюдать специальные правила техники безопасности.

К силовым относят главным образом бумажные и бумажно-пленочные конденсаторы, пропитанные жидкими диэлектриками и предназначенные для непосредственного включения в распределительных сетях и линиях электропередачи низкого и высокого напряжений постоянного и пере­менного токов, а также для различного рода силовых и испытательных установок.

Основными элементами конструкции, общими для силовых конденса­торов, являются выемная часть, состоящая из одного или нескольких пакетов, корпус конденсатора и выводы.

Пакет собирают из отдельных плоскопрессованных секций, представ­ляющих собой единичные конденсаторы одинаковой емкости. При сборке пакета секции прессуют и в запрессованном состоянии закрепляют с помощью стяжных хомутов или изоляционных планок. В зависимости от типа конденсатора секции в пакете соединяют по определенной схеме перепайкой токоподводов. В конденсаторах большой емкости и низкого напряжения секции соединяют параллельно, а в конденсаторах высокого напряжения — последовательно.

Для обеспечения большой емкости и высокого рабочего напряжения конденсатора применяют параллельно-последовательное соединение сек­ций в пакете. Если выемная часть конденсатора состоит из нескольких пакетов, их соединяют друг с другом, как и секции в пакете, одним из указанных выше способов. Секции, из которых собирается пакет, наматы­ваются на специальных станках и состоят из двух тонких лент алюминие­вой фольги (обкладок), между которыми проложено необходимое число листов конденсаторной бумаги и пленки. В конденсаторах с параллель­ным соединением секций в пакетах их соединяют через плавкие предо­хранители, служащие для отключения дефектных (пробитых) секций в условиях эксплуатации.

Корпуса силовых конденсаторов изготовляют из металла (листового) или электроизоляционных материалов (бакелизированной бумаги, элек­трофарфора и пластмасс). Основное назначение корпуса — обеспечить механическую прочность конструкции конденсатора и его герметичность во избежание вытекания пропитывающей жидкости и попадания влаги и воздуха внутрь конденсатора. Кроме того, металлические корпуса обес­печивают отвод теплоты при нагреве конденсатора и компенсацию тем­пературного изменения объема пропитывающей жидкости благодаря упругой деформации стенок.

Выводы служат для подключения конденсатора к электрической сети.

Для повышения коэффициента мощности силовых промышленных установок конденсаторы подключают параллельно приемникам с боль­шой индуктивностью. При напряжении сети до 10 кВ конденсаторы выбирают на номинальное напряжение сети. На более высокие напряже­ния сети конденсаторы комплектуют в батареи с последовательным или последовательно-параллельным их соединением. Мощность отдельных конденсаторных батарей может достигать нескольких сотен тысяч кило­вольт-ампер реактивных. Комплектацию мощных батарей производят блоками, изготовляемыми непосредственно на конденсаторных заводах.

Любая линия электропередачи обладает индуктивностью. Индуктив­ность линии повышается с увеличением ее длины. Поэтому при передаче электроэнергии на большие расстояния линия электропередачи имеет зна­чительное реактивное сопротивление, обусловленное ее индуктивностью.

При протекании тока индуктивное сопротивление линии вызывает падение напряжения вдоль линии, а следовательно, и уменьшение ее про­пускной способности. Чтобы увеличить пропускную способность линии электропередачи, а также повысить ее динамическую устойчивость и уменьшить колебания напряжения, вызываемые изменениями нагрузки линии, применяют емкостную компенсацию индуктивного сопротивления, осуществляемую последовательным (продольным) включением конден­саторов в линию. Благодаря большой эффективности и экономичности продольная емкостная компенсация широко используется в распредели­тельных сетях 3—35 кВ и линиях электропередачи 110—750 кВ. Круп­нейшая в мире установка для продольной компенсации была сооружена на линии электропередачи 500 кВ Куйбышев (Самара)—Москва (мощ­ность батареи конденсаторов 500 000 квар). В настоящее время для про­дольной компенсации применяется конденсатор КСП 0,66-40-У 1. Услов­ное обозначение конденсатора расшифровывается следующим образом: К — конденсатор, С — пропитанный синтетической жидкостью, П — для продольной компенсации, первое число после букв — номинальное напряжение в киловольтах, второе — мощность в кварах.

В настоящее время конденсаторы применяются в сочетании с сило­выми электронными устройствами при создании оборудования для управ­ляемых (гибких) линий электропередач по технологии FACTS.

Развитие крупных энергосистем требует обеспечения надежной дис­петчерской и административно-хозяйственной связи между их отдель­ными пунктами, телесигнализации и передачи сигналов телеизмерения, аварийного отключения выключателей, а также релейной защиты линии электропередачи. Для этих целей целесообразно использовать линии электропередачи вместо строительства дополнительных линий связи вдоль линий высокого напряжения. Обычно связь по этим линиям осуще­ствляется на частоте 40—500 кГц. Одним из элементов оборудования такой связи являются конденсаторы в фарфоровых корпусах, которые отделяют аппаратуру связи от высокого напряжения, пропуская токи высокой частоты по каналам связи. Конденсаторы подключают одним выводом к проводам линии передачи, а другим — через высокочастотный автотрансформатор к земле. В некоторых случаях конденсаторы исполь­зуют для отбора мощности при частоте 50 Гц для питания измерительной аппаратуры и силового оборудования.

Генераторы импульсных напряжений (ГИН) предназначены для полу­чения кратковременных импульсов высокого напряжения при различных испытаниях и исследованиях. ГИН состоит из силовых конденсаторов в бакелитовых корпусах. Заряд конденсаторов производится от установки выпрямленного напряжения 100 кВ. В момент заряда конденсаторы соединены параллельно. При достижении на них напряжения 100 кВ про­исходит разряд через искровые промежутки (между шарами), которые вынесены на наружную поверхность корпуса ГИН. В момент разряда конденсаторы соединяются последовательно, образуя общую разрядную емкость контура. При этом на зажимах ГИН, к которым подключен испы­туемый объект, в короткий промежуток времени возникает напряжение, равное сумме напряжений конденсаторов.

Дата добавления: 2014-10-15