В диэлектрике силового конденсатора при эксплуатации могут происходить ионизационные процессы, сокращающие срок службы конденсатора. Очагами ионизации бывают мелкие пузырьки воздуха или других газов, сохранившиеся в бумаге во время вакуумной обработки конденсатора или выделившиеся из жидкого диэлектрика во время эксплуатации. Под действием электрического поля высокой напряженности эти пузырьки ионизируются, что вызывает химические процессы в соприкасающемся с ними конденсаторном масле, и из последнего выделяются газообразные и твердые продукты разложения. Газообразные продукты, состоящие главным образом из водорода, постепенно увеличивают объем пузырьков, а твердые продукты, так называемый «икс-воск», отлагаются на поверхности конденсаторной бумаги и фольги. В пузырьках ионизированного газа происходят разряды высокой частоты, не распространяющиеся на все расстояние между обкладками и потому носящие название частичных разрядов.
Под действием ионизированного газа одновременно с разложением масла происходит также и разрушение бумаги. Случайное наличие в бумаге местных дефектов, в особенности — проводящих частиц, ускоряет этот процесс. В местах ионизации температура изоляции повышается, что также ускоряет разрушение бумаги.
Когда электрическая прочность изоляции между обкладками секции, постепенно снижаясь, становится равной приложенному напряжению, происходит сквозной пробой изоляции между обкладками. В зависимости от схемы внутренних соединений конденсатора и других обстоятельств это может вызвать или отключение дефектной секции ее индивидуальной защитой, или повышение напряжения на других секциях, соединенных последовательно с дефектной (§ 7-2). В последнем случае повышение напряжения делает более возможным возникновение в этих секциях ионизации, приводящей со временем к выходу из строя всего конденсатора.
Различные факторы, например кратность напряжения на зажимах конденсатора сравнительно с его номинальным значением, давление в баке конденсатора, химический состав конденсаторного масла и т. п., влияют на скорость описанных процессов.
Ионизационные процессы в конденсаторе вызывают также:
увеличение тангенса угла потерь в изоляции между обкладками и, следовательно, повышение температуры конденсатора;
вздутие бака конденсатора вследствие повышения давления внутри бака, вызванного выделением газа из диэлектрика.
Вздутие бака сопровождается понижением уровня масла, которое может привести к частичному обнажению секций и междуфазному перекрытию по их торцовой поверхности.
При лабораторном исследовании ионизационных процессов в конденсаторах при помощи специальных испытательных установок можно наблюдать на экране осциллографа токи высокой частоты, которые протекают через изоляцию при частичных разрядах, налагаясь на ток основной частоты [Л. 2-8 и 2-9].
Если постепенно повышать напряжение на зажимах конденсатора, начиная от нуля, то можно обнаружить, что ионизация возникает при определенном напряжении, называемом напряжением ионизации, и усиливается при дальнейшем повышении напряжения. Напряжение ионизации зависит для каждого конденсатора от ряда обстоятельств, например от конструктивных данных, от технологического процесса при изготовлении конденсатора и от условий эксплуатации.
Из сказанного следует, что длительная ионизация бумажного пропитанного диэлектрика приводит к выходу из строя одной секции или всего конденсатора, поэтому она представляет собой весьма нежелательное явление; и при конструировании силовых конденсаторов принимают меры к тому, чтобы снизить до минимума вероятность ионизации. Напряжение ионизации нового силового конденсатора, прошедшего надлежащую вакуумную обработку, в несколько раз превышает его номинальное напряжение, и потому в нормальных условиях эксплуатации ионизация в таком конденсаторе не возникает.
Только в процессе длительной эксплуатации конденсатора напряжение ионизации может постепенно снижаться вследствие процессов, происходящих в диэлектрике между обкладками под действием электрического Поля высокой напряженности. Снижение напряжения ионизации происходит быстрее, если конденсатор подвергается хотя бы кратковременным, но значительным перенапряжениям, превышающим в несколько раз его номинальное напряжение.
Постепенное снижение напряжения ионизации силового конденсатора или отдельных секций его может привести к тому, что оно становится меньшим напряжения, при котором конденсатор или секция находятся во время эксплуатации. Тогда процесс ионизации развивается и приводит к пробою изоляции между обкладками.
