ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВКАХ
1. РАЗРЯД КОНДЕНСАТОРА ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ОТ СЕТИ
После отключения конденсатора от сети в нем остается электрический заряд. Так как разность фаз напряжения и тока в цепи Конденсатора равна почти 90°, то в момент прохождения тока через нуль напряжение сети достигает максимума. Поэтому напряжение на зажимах отключенного конденсатора может достигать амплитуды напряжения сети.
Если цепь между зажимами отключенного конденсатора остается разомкнутой, то разряд конденсатора происходит только через его диэлектрик, т. е. путем саморазряда конденсатора. При высококачественной изоляции, применяемой в современных силовых конденсаторах, процесс саморазряда происходит медленно и продолжается десятками часов. Между тем, для нормальной эксплуатации конденсаторных установок необходимо резко сократить продолжительность разряда и свести ее к промежутку времени меньше 1 мин (§ 6-5). Это требование вытекает из необходимости обеспечить безопасность прикосновения к отключенным конденсаторам, а также из необходимости исключить возможность включения заряженных конденсаторов, при котором броски тока в момент включения могут достигать особенно больших значений.
Для сокращения продолжительности разряда конденсаторов после их отключения применяются разрядные сопротивления активные или индуктивные, присоединенные параллельно конденсаторам. Необходимость в разрядных сопротивлениях отпадает только в тех случаях, когда их заменяют обмотки электродвигателей или трансформаторов (силовых или сварочных), присоединенных через общий выключатель с конденсаторами.
Процессы при разряде конденсатора рассматриваются вместе с другими электрическими переходными процессами в курсах теоретической электротехники (Л. 3-6]. Ниже приведены только некоторые выводы из теории разряда конденсатора и выражения, служащие для расчета разрядных сопротивлений.
Ток, протекающий по цепи во время разряда конденсатора, и напряжение на его зажимах зависят от напряжения U0 на зажимах конденсатора в момент начала разряда, от емкости конденсатора С, активного сопротивления цепи разряда r и ее индуктивности L. Характер процесса зависит от соотношения между r, L и С; при
разрядный ток протекает, постепенно затухая, в одном и том же направлении, т. е. происходит апериодический разряд, а при
имеет место
колебательный разряд.
При рассмотрении процессов разряда конденсаторных установок представляют практический интерес следующие два случая;
индуктивность разрядных устройств, например ламп накаливания, настолько мала, что можно считать эти устройства чисто активным сопротивлением; при этих условиях разряд происходит апериодически;
индуктивность разрядных устройств, например трансформаторов напряжения, сравнительно велика, а активное сопротивление их мало — разряд имеет колебательный характер.
В первом случае напряжение на зажимах конденсатора и ток в цепи убывают в процессе разряда по показательному закону, причем мгновенные значения их через t сек после начала разряда выражаются: 
где U0 — выражено в вольтах, r — в Омах и С — в фарадах.
Величина, равная произведению rС и имеющая размерность времени, носит название постоянной времени цепи, образованной активным сопротивлением г и емкостью С. Если r выражено в Омах и С — в фарадах, то постоянная времени х=rС выражается в секундах.
Из выражений для и и i видно, что постоянная времени цепи равна промежутку времени, в течение которого ток в цепи и напряжение на зажимах конденсатора уменьшаются в е раз, т. е. в 2,718 раза. Таким образом, можно сказать, что постоянная времени характеризует относительную скорость разряда конденсатора.
При расчете сопротивлений для разряда конденсаторов приходится определять время, требующееся для снижения напряжения на зажимах конденсаторов до значения Uб, при котором прикосновение к конденсатору не представляет опасности. Предполагая, что напряжение U0 на зажимах конденсатора в начале разряда равно амплитуде напряжения U сети, т. е. принимая, что U0=l,41U, можно найти из приведенной выше формулы для и продолжительность разряда до безопасного напряжения:
Отсюда можно вывести формулу для определения величины разрядного сопротивления по заданной продолжительности разряда:
Таким образом, продолжительность апериодического разряда конденсатора до определенного напряжения пропорциональна его емкости, а величина разрядного сопротивления при заданной продолжительности разряда должно быть обратно пропорциональна его емкости.
Во втором случае, т. е. при сравнительно большой индуктивном и малом активном сопротивлениях цепи, когда выдерживается условие
напряжение на конденсаторе и ток в цепи совершают затухающие периодические колебания с частотой
Пренебрегая вторым членом под знаком корня, получаем, что
, Гц.
Амплитуды напряжения и тока
затухают по показательной кривой пропорционально множителю
Из этого следует, что время, в течение
которого напряжение на конденсаторе понижается до безопасного значения Uб, при периодическом разряде выражается как
Нормы выбора разрядных сопротивлений и схемы разряда конденсаторных установок рассмотрены в § 6-5.
