Полная пропитка многослойного диэлектрика является необходимым условием надежной эксплуатации конденсатора. Разработаны различные решения, а также способы намотки секций, которые используются в настоящее время при производстве пленочных конденсаторов средней мощности и высокого напряжения.
Чтобы улучшить условия пропитки, используют либо полипропиленовую пленку с шероховатой поверхностью, либо фольгу толщиной 5 или 6 мкм, на поверхность которой наносят насечки непосредственно в процессе намотки. Могут быть использованы три конструкции:
- два или три слоя шероховатой пленки и гладкая алюминиевая фольга;
- два слоя гладкой пленки и алюминиевая фольга, на поверхность которой нанесены насечки;
- два или три слоя шероховатой пленки и алюминиевая фольга, на поверхность которой нанесены насечки.
Изготовители конденсаторов во Франции после многочисленных испытаний решили использовать первый из трех вариантов. Это позволяет загибать края фольги, когда напряжение на внутренний элемент должно быть высоким. Такая технология намотки секций позволяет получать конденсаторы, выдерживающие напряжение между слоями фольги от 2200 до 2300 В при сохранении исходного уровня характеристик.
При использовании фольги с загнутыми краями напряжение возникновения частичных разрядов повышается на 20-30%. Использование высококачественной полипропиленовой пленки с шероховатой поверхностью и НЖД обеспечивает высокие характеристики конденсаторов.
Испытания на макетах или прототипах позволили выработать основные конструктивные и технологические критерии.
- Суммарный коэффициент заполнения должен составлять от 15 до 30%. Это позволяет вести быструю и равномерную пропитку и исключает набухание пленки, препятствующее пропитке.
- Конденсатор должен пропитываться при комнатной температуре с тем, чтобы исключить набухание пленки.
- Жидкость должна содержать минимальные количества эпоксидной или другой эквивалентной добавки.
Однако необходимо было сконструировать несколько типов промышленных серий конденсаторов, для того чтобы разработать технологию производства.
Действительно, время пропитки зависит от объема конденсатора, коэффициента заполнения и температуры диэлектрика во время пропитки. Для стабилизации диэлектрика может быть необходимо несколько дней. При этом конденсатор не должен герметично закрываться до того, как жидкий диэлектрик полностью пропитает пакет. В противном случае внутри корпуса может возникнуть зона пониженного давления и электрическая прочность конденсатора может значительно понизиться.
В настоящее время рабочая напряженность электрического поля пленочных конденсаторов может достигать 60 В/мкм. Снижение объема пленочных конденсаторов по сравнению с конденсаторами с комбинированной изоляцией позволяет повысить единичную мощность при том же объеме. Масса на 1 квар. мощности снижается на 25-30% по сравнению с комбинированной изоляцией, пропитанной НЖД.
Характеристики емкости и tgδ приведены на рис. 6 и 7. Указанные на рис. 6 значения потерь включают потери, обусловленные конструкцией секций (диэлектрические потери и потери в соединениях) и разрядным сопротивлением, находящимся между двумя конденсаторными выводами; tgδ изменяется в зависимости от температуры и времени приложения напряжения. Стабилизация достигается через несколько сотен часов при Uном.
Эксперименты показывают, что конденсатор с диэлектриком в три слоя имеет, как правило, меньшие потери, чем идентичный конденсатор с двумя слоями пленки.
Рис. 6. Оценка потерь в пленочном конденсаторе (с разрядным сопротивлением) в зависимости от времени
1 — с плавким предохранителем; 2 — без плавкого предохранителя
Рис. 7. Оценка потерь и емкости в пленочных конденсаторах в зависимости от температуры:
1 -tgδ;2 - емкость
