Емкость исправного конденсатора
Емкость С готовой секции силового конденсатора независимо от ее формы (плоской или цилиндрической) равна в первом приближении удвоенной емкости той же секции, развернутой в длинную плоскую ленту, т. е. 
где εr — относительная диэлектрическая проницаемость изоляции между обкладками;
s — площадь одной обкладки, см2,
d—толщина изоляции между обкладками, см.
При одинаковой емкости всех секций и их параллельном соединении емкость С однофазного конденсатора прямо пропорциональна числу секций:
где т — число параллельно соединенных секций.
При одинаковой емкости секций и их последовательном соединении емкость однофазного конденсатора обратно пропорциональна числу секций:
где п — число последовательно соединенных секций.
При одинаковой емкости секций и их параллельнопоследовательном соединении емкость С между зажимами однофазного конденсатора связана с емкостью секции выражением
где т — число параллельно соединенных секций в одной группе;
п — число последовательно соединенных групп в конденсаторе.
Если емкости секций неодинаковы, то емкость конденсатора при параллельном соединении секций должна определяться как сумма их емкостей:
При последовательном соединении секций емкость конденсатора может быть найдена из выражения
В трехфазных конденсаторах при одинаковой емкости всех трех фаз и соединении фаз треугольником емкость между зажимами равна 3/2 емкости одной фазы, а при соединении фаз звездой — 1/2 емкости фазы.
На маркировочной табличке (паспорте) трехфазного конденсатора проставляется сумма емкостей всех трех фаз независимо от схемы их соединений (треугольник или звезда). При существующих конструкциях трехфазных силовых конденсаторов (соединения фаз между собой выполнены внутри бака и конденсатор имеет только три выводных изолятора) сумма емкостей не может быть получена непосредственно путем одного измерения и представляет собой расчетную величину, получаемую на основе измерений емкостей между зажимами конденсатора.
Значительно реже (только у некоторых зарубежных фирм) емкость трехфазного конденсатора бывает указана на маркировочной табличке как утроенная емкость одной фазы, например: С =3Х734 мкФ (конденсатор 380 В, 100 кВАр). Такой способ маркировки имеет то преимущество, что при нем емкость конденсатора не может быть ошибочно принята за емкость одной фазы.
При одинаковой емкости фаз и соединении их треугольником емкость между зажимами трехфазного конденсатора равна 1/2 табличной емкости (т. е. суммы емкостей всех трех фаз), а при соединении фаз звездой — 1/6 табличной емкости.
При неодинаковой емкости фаз емкость С1-2 между зажимами 1 и 2 при соединении фаз треугольником равна
где С12, С23 и С31 — емкости фаз (индексы указывают зажимы конденсатора, к которым присоединена соответствующая фаза).
При соединении фаз звездой емкость между зажимами 1 и 2 может быть найдена из выражения
где С1 и С2 — емкости фаз, присоединенных к зажимам 1 и 2.
Фактическая толщина фольги и бумаги, применяемых в производстве конденсаторов, может отклоняться от значений, принятых в расчете емкости конденсатора данного типа. Эти отклонения, а также другие случайные обстоятельства, например различная степень сжатия секций, приводят к тому, что фактическая (измеренная) емкость конденсатора при выпуске его с завода-изготовителя может значительно отклоняться от указанной в каталогах емкости, полученной путем расчета для конденсаторов данного типа. ГОСТ 1282-58 допускает отклонение фактической емкости конденсатора от номинального, т. е. каталожного значения в пределах от —5 до 15%. На маркировочной табличке конденсатора типа КМ проставляется его фактическая емкость.
Емкость бумажно-масляного конденсатора изменяется очень незначительно при изменении температуры диэлектрика в пределах, практически возможных при эксплуатации исправного конденсатора. Только емкость конденсаторов, пропитанных хлорированным дифенилом, заметно уменьшается при отрицательных температурах диэлектрика (рис. 1-3). Однако такой конденсатор вскоре после включения разогревается вследствие потерь энергии в диэлектрике, и емкость его увеличивается до нормального значения.
Поэтому при проектировании конденсаторных установок можно считать емкость и, следовательно, мощность конденсаторов не зависящими от температуры окружающего воздуха.
Рис.2-2. Эквивалентная схема однофазного конденсатора.
Пунктиром показан бак конденсатора и двойными линиями— выводные изоляторы.
Все сказанное выше в настоящем параграфе относится к емкости между зажимами конденсатора. В отечественных силовых конденсаторах и в подавляющем большинстве зарубежных конструкций все обкладки секций изолированы от корпуса (бака) конденсатора. Поэтому каждый зажим конденсатора имеет также небольшую емкость по отношению к корпусу (емкость С2 на рис. 2-2). Эта емкость во много раз меньше емкости между зажимами, составляя всего лишь тысячные доли микрофарады. Из рис. 2-2 следует, что емкость С2 равна половине значения, получаемого при измерении емкости между зажимами, соединенными накоротко, и баком конденсатора.
Емкость конденсатора при отключении одной или нескольких секций
Если секции в конденсаторе соединены параллельно и снабжены индивидуальной защитой, то замыкание между обкладками одной из секций вызывает отключение только этой секции. Емкость конденсатора при этом уменьшается на емкость отключенной секции. Если емкости всех секций одинаковы, то емкость между зажимами однофазного конденсатора после отключения одной секции будет равна:
где С и С'— емкость исправного и емкость дефектного конденсаторов;
т — число секций в конденсаторе.
Если отключена не одна, a q секций, то емкость конденсатора равна:
т. е. емкость между зажимами уменьшается по мере возрастания числа отключенных секций.
Отключение секций может наблюдаться и в конденсаторах с параллельно-последовательным соединением секций. Причиной отключения может быть или дефект соединения секции с остальными секциями (обрыв проводника, плохая пайка соединения и т. п.), или отключение секции ее индивидуальной защитой. Последняя отсутствует в конденсаторах типа КМ с параллельно-последовательным соединением секций, но изредка применялась в некоторых конструкциях зарубежных конденсаторов с той же схемой соединения секций, пропитанных минеральным маслом.
Емкость конденсатора с параллельно-последовательным соединением одинаковых секций равна после отключения одной секции:
где п — число последовательно соединенных групп секций.
Емкость конденсатора при замыкании между обкладками одной или нескольких секций
Конденсаторы типа КМ с параллельно-последовательным соединением секций и подавляющее большинство современных зарубежных конденсаторов с той же схемой соединений не имеют индивидуальной защиты секций. Для них замыкание между обкладками одной из секций создает путь для тока в обход всех остальных секций, соединенных параллельно дефектной. Число последовательно соединенных групп секций уменьшается, таким образом, на единицу, а емкость между зажимами конденсатора увеличивается. При одинаковой емкости всех последовательно соединенных групп емкость дефектного однофазного конденсатора равна:
Если замкнуты накоротко не одна, a k последовательно соединенных групп секций, то емкость дефектного конденсатора равна:
Следовательно, емкость между зажимами дефектного конденсатора увеличивается по мере возрастания числа короткозамкнутых групп секций. Если в конденсаторе остается только одна исправная группа секций, то емкость его увеличивается в п раз.
При неизменном напряжении на зажимах конденсатора ток, протекающий через него, возрастает пропорционально емкости:
Емкость конденсаторной батареи
Схемы соединений конденсаторов в батарее аналогичны схемам соединений секций в конденсаторе. Поэтому для расчета емкости батареи при нормальных и аварийных режимах можно пользоваться выражениями, приведенными выше, заменив в них Ссекц на Сконд и понимая под т число параллельно соединенных конденсаторов в одной группе, а под п — число последовательно соединенных групп в одной фазе батареи. Под k следует понимать число конденсаторов, в которых произошло замыкание между зажимами, и под q — число отключенных конденсаторов.
Если конденсаторы соединены в батарее параллельно-последовательно, то при нормальном режиме работы батареи емкости последовательно соединенных групп должны в каждой фазе возможно меньше отличаться одна от другой. Этим обеспечивается равномерное распределение напряжения между группами и устраняется опасность работы отдельных групп при повышенном напряжении. Возможности в отношении выполнения этого требования тем больше, чем больше параллельно соединенных конденсаторов в группе.
Емкости фаз батареи также должны возможно меньше отличаться одна от другой. Этим обеспечивается равномерная компенсация реактивных нагрузок во всех трех фазах сети, а при соединении фаз батареи звездой— также симметрия напряжений на ее фазах.
