Характеристики СВК
На рис. 15 и 16 представлены температурные зависимости изменения емкости, тангенса угла диэлектрических потерь и сопротивления изоляции.
Рис. 13. Зависимость отношения пробивного напряжения UПР к выдерживаемому испытательному напряжению Uисп (22 кВ) пои переменном токе от температуры для формованных конденсаторов с МП (6,9/√3кВ, однофазный, 50 Гц, 0,3 мкФ)
Рис. 14. Зависимость отношения пробивного напряжения к выдерживаемому испытательному напряжению постоянного тока (60 кВ) от температуры для формованных конденсаторов с МП (6,9/√3 кВ, однофазный, 50 Гц, 0,3 мкФ)
Хотя некоторые отличия в характеристиках различных типов СВК и наблюдаются, СВК для повышения коэффициента мощности (кривые 1, 2, 3) имеют такие же или лучшие характеристики, чем конденсаторы с комбинированной изоляцией, используемые для этих же целей.
На рис. 17 и 18 представлены температурные зависимости напряжения возникновения частичных разрядов и длительной электрической прочности для СВК. Хотя СВК на основе МБ имеют более низкое напряжение возникновения частичных разрядов по сравнению с другими типами СВК, это не имеет практического значения, поскольку в этом СВК частичные разряды, если даже и возникают, то со временем прекращаются. Кроме того, у этого СВК характеристики длительно выдерживаемого напряжения не хуже, чем у других СВК (рис. 18).
Формованные СВК имеют значительно более высокие значения длительной электрической прочности (рис. 18), чем другие СВК, и являются гораздо более надежными.
В зависимости от области применения к СВК предъявляются специфические требования. Например, СВК, предназначенные для повышения коэффициента мощности, должны иметь высокую стойкость к коммутационным перенапряжениям, СВК связи - хорошие характеристики при высоких частотах, так как на них воздействует высокочастотное электрическое поле переменного тока.
Рис. 15. Температурная зависимость емкости С и tgδ конденсаторов:
1 — МБ, электродного типа, масляный; 2 - МП, масляный; 3 — МП, элегазовый; 4 — МП, формованный
Рис. 16. Температурная зависимость сопротивления изоляции Rиз (обозначения 1 —4 см. на рис. 15)
Рис. 17. Температурная зависимость напряжения возникновения частичных разрядов UВЧР (обозначения 1—4 см. на рис. 15)
Pис. 18. Характеристики длительной электрической прочности СВК: Uисп/Uном - отношение испытательного напряжения к номинальному
Напряжению при переменном токе (обозначения 1-4 см. на рис. 15)
Испытания на стойкость к импульсным токам проводят следующим образом. Секцию СВК изготавливают из двух слоев МИ с металлическим слоем, не доходящим до краев пленки, намотку ведут на круглую оправку и по окончании ее на торцы цилиндрической секции напыляют металл для оформления инионов. Это обеспечивает низкое контактное сопротивление и хорошую адгезионную прочность между напыленным металлом и металлическим слоем на МП; высокую стойкость к нагреву в Процессе напыления металла без какого-либо повреждения конденсаторной секции; легкое оформление выводов.
Когда конденсатор для повышения коэффициента мощности Присоединяется к энергосистеме, на него воздействуют импульсы тока. Термическая и электрическая нагрузки, возникающие При этом могут повредить электрическое соединение между напыленным металлом и металлическим слоем на пленке. В этой части СВК необходимы особенно тщательное конструирование и производство.
На рис. 19 представлены результаты испытаний СВК и конденсаторов с фольговой обкладкой на заряд - разряд конденсатором, моделирующих импульсные токи, возникающие при эксплуатации.
Форма волны зарядного (разрядного) тока характеризуется ступенчатым увеличением амплитуды со скоростью повторения цикла заряд-разряд 100 раз за 2 с для каждого значения амплитуды. Измерения показали, что у СВК tgδ увеличивается, когда импульс тока превышает 70 кА. Это значение достаточно высоко для того, чтобы вызвать разрушение вывода и конденсатора с фольговой обкладкой. Однако ниже этого значения СВК имеют характеристики не хуже, чем конденсаторы с фольговой обкладкой. Стойкость к импульсным токам у СВК можно считать удовлетворительной, поскольку максимальный ток в процессе эксплуатации СВК может составить от 10 до 40 кА. При испытаниях натурных СВК (четыре конденсатора мощностью 100 кВ-А и девять мощностью 20 кВ-A) при 6500 циклах включения - отключения и затем при испытательном напряжении в течение 1200 ч получены удовлетворительные результаты.
Формованный СВК используется для передачи тока несущей высокой частоты в систему и должен соответствовать требованиям, предъявляемым к характеристикам как при промышленной, так и при высоких частотах. На рис. 20 представлена частотная зависимость емкости и tgδ формованных СВК. Емкость снижается, a tgδ повышается в пределах, допустимых для СВК связи.
Долговременная стабильность характеристик
Хотя известно, что СВК имеют долговременные стабильные характеристики в процессе эксплуатации, у них со временем наблюдается незначительное снижение емкости. Считают, что это снижение емкости, степень которого изменяется в зависимости от типа металла, используемого для металлизации, связано с частичными разрядами и электрохимической реакцией. Исследование алюминиевого слоя на пленках в масляных конденсаторах до и после ускоренных испытаний на старение показало, что после испытаний, во-первых, снижается ширина металлического слоя, края которого как бы отступают от краев пленки; во-вторых, на поверхности металлического слоя возникают четкие круглые пятна.
Рис. 19. Изменение tgδ с увеличением импульсного тока при испытаниях на заряд-разряд:
1 — СВК; 2 - конденсатор с фольговой обкладкой; 3 - точка разрушения вывода.
Химический анализ этих участков поверхности с помощью рентгеновского микроанализа и электронной спектроскопии показал, что вновь образованный край металлического слоя имеет исходный состав; возникают также участки с явно измененным составом из-за окисления металла (А12О3), участки, вообще лишенные металла вследствие его испарения, четкие пятна окиси алюминия. Предполагается, что это отступление металлического слоя от прежних границ обусловлено эрозией при возникновении частичных разрядов и электрохимической реакцией. Образование круглых пятен вызвано в основном электрохимической реакцией. Это явление, характерное для СВК, необходимо принимать во внимание при их проектировании и производстве.
Учет этих особенностей обеспечил создание СВК с характеристиками, имеющими высокую стабильность. На рис. 21 показано изменение емкости и tgδ СВК в процессе долговременных испытаний на усталость. Результаты испытаний, выполняемых как часть разработанной системы контроля, подтверждающие стабильность характеристик СВК, приведены в таблице.
Таким образом, в Японии промышленное внедрение СВК идет одновременно с их интенсивными исследованиями и разработкой. Ожидается, что использование СВК будет увеличиваться, поскольку это соответствует общим тенденциям перехода на малогабаритное и легкое оборудование, а также вследствие их высокой надежности. Формованные и элегазовые СВК будут во все возрастающей мере применяться в специальных областях, где требуются высокие степень надежности и негорючесть.
