Силовые электрические конденсаторы (оцифрованная книга)

Г. С. КУЧИНСКИЙ Н. И. НАЗАРОВ

СИЛОВЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
КОНДЕНСАТОРЫ

2-е издание, переработанное и дополненное

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1992

ББК 31.264.6
К 95
УДК 621.319.4

Рецензент канд. техн. наук Ю.С.Пинталь

Кучинский Г. С, Назаров Н. И. К 95 Силовые электрические конденсаторы.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Энергоатомиздат, 1992.—320 с: ил.

ISBN 5-283-00612-3

На современном уровне рассматриваются назначение и конструкция силовых конденсаторов, электрическое поле и физические процессы в диэлектрике, свойства и характеристики материалов, составляющих обкладки и диэлектрик, методы расчета электрических параметров диэлектрика, процессы возникновения и развития частичных разрядов и их характеристики. 1-е издание вышло в 1975 г., 2-е значительно переработано и дополнено с учетом новых достижений в конденсаторост-роении.

Для инженерно-технических работников.

Предисловие  ………………………………………………………………………………………………………………………… 3

Глава первая. Общие сведения о силовых конденсаторах ………………………………………………………….. 5
1.1. Особенности и классификация силовых конденсаторов …………………………………………………………….. 5
1.2. Диэлектрические системы силовых конденсаторов ………………………………………………………………….. 6
1.3. Секция и пакет…………………………………………………………………………………………………………………. 9
1.4. Конструкции конденсаторов ………………………………………………………………………………………………. 12
1.5. Конструкции выводов………………………………………………………………………………………………………… 18
1.6. Технико-экономические характеристики конденсаторов …………………………………………………………… 18
1.7. Условия эксплуатации конденсаторов……………………………………………………………………………………. 21

Глава вторая. Влияние конструктивных факторов на электрическое поле в
конденсаторе……………………………………....……………………………………………………………………………. 23
2.1. Электрическое поле в секции и методы его исследования ……………………………………………………….. 23
2.2. Поле в секции у краев, бесконечно тонких обкладок ………………………………………………………………. 25
2.3. Влияние конструктивных факторов на электрическое поле в секции  …………………………………………. 29
2.4. Оценка   напряженности   поля   вблизи   острой   кромки   обкладки ………………………………………… 34

Глава третья. Электрическое поле в диэлектрике силового конденсатора …………………………………. 38
3.1. Напряженности поля в компонентах диэлектрика …………………………………………………………………. 38
3.2. Искажения поля в диэлектрике …………………………………………………………………………………………. 41
3.3. Особенности переходного процесса в многокомпонентном диэлектрике
при включении его под напряжение ………………………………………………………………………………………… 42
3.4. Абсорбционные явления в конденсаторном диэлектрике ………………………………………………………… 44

Глава  четвертая. Поляризация и диэлектрические потери
в диэлектрике конденсатора ……………………………………………………………………………………………… 49
4.1. Поляризация в диэлектрике конденсатора……………………………………………………………………………. 49
4.2. Зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь
от частоты и температуры ……………………………………………………………………………………………………… 51
4.3. Схемы замещения диэлектрика с потерями…………………………………………………………………………… 57

Глава пятая. Твердые изоляционные материалы конденсаторного диэлектрика………………………… 59
5.1. Состав и структура конденсаторной бумаги ………………………………………………………………………….. 59
5.2. Эквивалентная схема и расчет электрических характеристик бумажного. листа……………………………. 62
5.3. Электрическая прочность и токопроводящие включения в бумаж­ном листе………………………………… 66
5.4. Промышленные типы конденсаторной бумаги ……………………………………………………………………….. 68
5.5. Синтетические полимерные пленки ……………………………………………………………………………………. 71

Глава шестая. Пропитывающие диэлектрики ………………………………………………………………………….. 77
6.1. Общие характеристики пропитывающих диэлектриков …………………………………………………………….. 77
6.2. Газовыделение, газопоглощение и газостойкость жидкости ……………………………………………………… 80
6.3. Электрическая прочность жидких диэлектриков…………………………………………………………………….. 82
6.4. Нефтяное масло ……………………………………………………………………………………………………………. 85
6.5. Касторовое масло…………………………………………………………………………………………………………… 87
6.6. Жидкости на основе жидких хлорированных углеводородов…………………………………………………….. 89
6.7. Пропитывающие жидкости для замены хлордифенилов ………………………………………………………….. 90
6.8. Кремний- и фторорганические жидкости …………………………………………………………………………….. 94
6.9. Другие пропитывающие материалы …………………………………………………………………………………….. 94

Глава седьмая. Обкладки силовых конденсаторов ………………………………………………………………….. 95
7.1. Фольговые обкладки ………………………………………………………………………………………………………. 95
7.2. Обкладки в виде металлизированного диэлектрика ……………………………………………………………….. 96
7.3. Самовосстановление конденсаторов с обкладками в виде
металлизированного диэлектрика ………………………………………………………………………………………….. 98
7.4. Разрушение слоя металлизации ……………………………………………………………………………………….101

Глава восьмая. Электрические характеристики многослойного
конденсаторного диэлектрика ………………………………………………………………………………………….. 101
8.1. Расчет  ε   и   tg δ   многослойного   пропитанного   бумажного диэлектрика …………………………….. 101
8.2. Расчет ε, и tg δ бумажно-пленочного диэлектрика ………………………………………………………………. 103
8.3. Кратковременная электрическая прочность ……………………………………………………………………….. 104
8.4. Влияние технологических факторов на характеристики конден­сатора………………………………………. 109

Глава девятая. Частичные разряды в конденсаторе………………………………………………………………. 111
9.1. Физические  процессы  возникновения  и развития  частичных разрядов
и их характеристики …………………………………………………………………………………………………………… 111
9.2. Частичные разряды на переменном напряжении ………………………………………………………………… 116
9.3. Влияние различных факторов на характеристики частичных разрядов ……………………………………… 121
9.4. Частичные разряды на постоянном напряжении …………………………………………………………………. 134
9.5. Частичные разряды при смешанном напряжении ………………………………………………………………… 137

Глава десятая. Ресурс и надежность конденсаторов ……………………………………………………………. 138
10.1. Физическая природа и виды старения изоляции конденсаторов……………………………………………. 138
10.2. Старение под воздействием частичных разрядов ……………………………………………………………… 145
10.3. Общие закономерности теплового старения материалов ……………………………………………………. 147
10.4. Электрохимическое старение ………………………………………………………………………………………. 152
10.5. Оценка ресурса силового конденсатора …………………………………………………………………………..153
10.6. Надежность конденсаторов …………………………………………………………………………………………. 162

Глава одиннадцатая. Выбор рабочей напряженности ……………………………………………………………. 166
11.1. Факторы, определяющие рабочую напряженность …………………………………………………………… 166
11.2. Выбор рабочей напряженности по характеристикам частичных разрядов  …………………………….. 168
11.3. Выбор допустимых рабочих напряженностей по данным уско­ренных испытаний ……………………… 173
11.4. Особенности выбора рабочих напряженностей для конден­саторов,
работающих при постоянном и импульсном напряже­ниях…………………………………………………………. 174

Глава двенадцатая. Электрический расчет силовых конденсаторов………………………………………… 176
12.1. Исходные данные для расчета ………………………………………………………………………………………176
12.2. Влияние электрофизических и конструктивных параметров
12.6. Расчет изоляции пакета от корпуса ………………………………………………………………………………. 183
на удельные характеристики ………………………………………………………………………………………………. 177
12.3. Номинальные условия работы конденсаторов …………………………………………………………………. 179
12.4. Расчет емкости секции и пакета ………………………………………………………………………………….. 181
12.5. Расчет ширины закраины ……………………………………………………………………………………………. 182
12.6. Расчет изоляции пакета от корпуса ……………………………………………………………………………… 183
12.7. Расчет конденсаторов с пленочным диэлектриком ………………………………………………………….. 185
12.8. Распределение напряжения вдоль большого числа последовательно
соединенных секций в конденсаторе …………………………………………………………………………………… 187

Глава тринадцатая. Потери энергии в конденсаторе ……………………………………………………………. 190
13.1. Потери в конденсаторе при синусоидальном напряжении …………………………………………………. 190
13.2. Потери энергии в токоведущих частях ………………………………………………………………………….. 192
13.3. Потери в конденсаторе при сложной форме кривой напряжения………………………………………… 194
13.4. Потери в конденсаторе при смешанном напряжении ……………………………………………………….. 203

Глава  четырнадцатая. Тепловой расчет конденсатора ………………………………………………………… 204
14.1. Уравнения теплообмена в силовом конденсаторе …………………………………………………………… 204
14.2. Теплофизические характеристики конденсаторных материалов …………………………………………..208
14.3. Расчет коэффициентов теплопроводности различных участков секции  ………………………………. 210
14.4. Коэффициенты теплообмена с охлаждающей средой ………………………………………………………. 212
14.5. Аналитические методы определения температурного поля
в силовом конденсаторе ………………………………………………………………………………………………….. 217
14.6. Приближенные методы теплового расчета …………………………………………………………………… 221
14.7. Влияние соотношения размеров конденсатора на температуру диэлектрика…………………………. 225
14.8. Определение границы термической устойчивости графоаналитическим методом …………………. 227
14.9. Тепловой расчет электротермических конденсаторов …………………………………………………….. 231
14.10. Особенности теплового расчета конденсаторов с обкладками
в виде металлизированного диэлектрика …………………………………………………………………………….. 234
14.11. Нестационарный тепловой режим конденсатора ………………………………………………………….. 234
14.12. Компенсация  температурного   изменения   объема  жидкого диэлектрика……………………….. 235

Глава  пятнадцатая. Индуктивность конденсаторов ………………………………………………………….. 238
15.1. Влияние собственной индуктивности конденсатора на режим его работы…………………………… 238
15.2. Индуктивность обкладок и токоотводов секций ……………………………………………………………. 239
15.3. Индуктивность секции…………………………………………………………………………………………….. 242
15.4. Индуктивность соединительных шин, предохранителей и выводов ……………………………………. 247
15.5. Индуктивность конденсатора и методы ее снижения …………………………………………………….. 250

Глава шестнадцатая. Перегрузочные характеристики силовых конденсаторов……………………… 253
16.1. Определение перегрузок конденсаторов в различных режимах …………………………………………253
16.2. Допустимые  длительности  воздействий  перенапряжений  на конденсаторе …………………….. 256

Глава семнадцатая. Испытания силовых конденсаторов ……………………………………………………. 257
17.1. Виды испытаний ……………………………………………………………………………………………………. 257
17.2. Особенности испытаний отдельных видов конденсаторов ………………………………………………. 259
17.3. Испытания на частичные разряды ……………………………………………………………………………… 262

Глава восемнадцатая. Некоторые вопросы технологии ……………………………………………………… 266
18.1. Особенности технологического процесса изготовления конденсатора……………………………….. 266
18.2. Поглощение влаги материалами…………………………………………………………………………………. 268
18.3. Процесс сушки……………………………………………………………………………………………………….. 270
18.4. Изменение характёристик целлюлозы в процессе сушки …………………………………………………..271
18.5. Сушка и пропитка конденсаторов ………………………………………………………………………………..273

Глава девятнадцатая. Применение конденсаторов. Конденсаторные установки
и батареи ……………………………………………………………………………………………………………………276
19.1. Конденсаторы в энергетике ………………………………………………………………………………………276
19.2. Конденсаторные установки………………………………………………………………………………………..279
19 3 Шунтовые конденсаторные батареи ……………………………………………………………………………..285
19.4. Батареи продольной компенсации линий электропередачи (сериесные
конденсаторные батареи)…………………………………………………………………………………………………294
19 5 Другие применения конденсаторов ……………………………………………………………………………..298
19.6. Справочные данные по некоторым промышленным
типам силовых конденсаторов …………………………………………………………………………………………..300

Приложение …………………………………………………………………………………………………………………305
Список. литературы ………………………………………………………………………………………………………..309