Г.С.КУЧИНСКИЙ Н.И.НАЗАРОВ

СИЛОВЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
КОНДЕНСАТОРЫ

2-е издание, переработанное и дополненное

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1992

ББК 31.264.6
К 95
УДК 621.319.4

Рецензент канд. техн. наук Ю.С.Пинталь

Кучинский Г. С, Назаров Н. И. К 95 Силовые электрические конденсаторы.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Энергоатомиздат, 1992.—320 с: ил.

ISBN 5-283-00612-3

На современном уровне рассматриваются назначение и конструкция силовых конденсаторов, электрическое поле и физические процессы в диэлектрике, свойства и характеристики материалов, составляющих обкладки и диэлектрик, методы расчета электрических параметров диэлектрика, процессы возникновения и развития частичных разрядов и их характеристики. 1-е издание вышло в 1975 г., 2-е значительно переработано и дополнено с учетом новых достижений в конденсаторост-роении.

Для инженерно-технических работников.  

Предисловие  .......................................................................................................................................... 3

Глава первая. Общие сведения о силовых конденсаторах .................................................................... 5
1.1. Особенности и классификация силовых конденсаторов ....................................................................... 5
1.2. Диэлектрические системы силовых конденсаторов ............................................................................. 6
1.3. Секция и пакет.................................................................................................................................. 9
1.4. Конструкции конденсаторов ............................................................................................................. 12
1.5. Конструкции выводов........................................................................................................................ 18
1.6. Технико-экономические характеристики конденсаторов ..................................................................... 18
1.7. Условия эксплуатации конденсаторов................................................................................................. 21

Глава вторая. Влияние конструктивных факторов на электрическое поле в
конденсаторе...................................................................................................................................... 23
2.1. Электрическое поле в секции и методы его исследования ................................................................. 23
2.2. Поле в секции у краев, бесконечно тонких обкладок ......................................................................... 25
2.3. Влияние конструктивных факторов на электрическое поле в секции  ................................................. 29
2.4. Оценка   напряженности   поля   вблизи   острой   кромки   обкладки ................................................ 34

Глава третья. Электрическое поле в диэлектрике силового конденсатора ........................................ 38
3.1. Напряженности поля в компонентах диэлектрика ............................................................................ 38
3.2. Искажения поля в диэлектрике ....................................................................................................... 41
3.3. Особенности переходного процесса в многокомпонентном диэлектрике
при включении его под напряжение ...................................................................................................... 42
3.4. Абсорбционные явления в конденсаторном диэлектрике .................................................................. 44

Глава  четвертая. Поляризация и диэлектрические потери
в диэлектрике конденсатора ............................................................................................................ 49
4.1. Поляризация в диэлектрике конденсатора........................................................................................ 49
4.2. Зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь
от частоты и температуры ..................................................................................................................... 51
4.3. Схемы замещения диэлектрика с потерями....................................................................................... 57

Глава пятая. Твердые изоляционные материалы конденсаторного диэлектрика.............................. 59
5.1. Состав и структура конденсаторной бумаги ...................................................................................... 59
5.2. Эквивалентная схема и расчет электрических характеристик бумажного. листа.................................. 62
5.3. Электрическая прочность и токопроводящие включения в бумаж­ном листе....................................... 66
5.4. Промышленные типы конденсаторной бумаги ................................................................................... 68
5.5. Синтетические полимерные пленки ................................................................................................. 71

Глава шестая. Пропитывающие диэлектрики ...................................................................................... 77
6.1. Общие характеристики пропитывающих диэлектриков ....................................................................... 77
6.2. Газовыделение, газопоглощение и газостойкость жидкости ............................................................... 80
6.3. Электрическая прочность жидких диэлектриков................................................................................ 82
6.4. Нефтяное масло ............................................................................................................................ 85
6.5. Касторовое масло........................................................................................................................... 87
6.6. Жидкости на основе жидких хлорированных углеводородов.............................................................. 89
6.7. Пропитывающие жидкости для замены хлордифенилов .................................................................... 90
6.8. Кремний- и фторорганические жидкости ......................................................................................... 94
6.9. Другие пропитывающие материалы .................................................................................................. 94

Глава седьмая. Обкладки силовых конденсаторов ............................................................................. 95
7.1. Фольговые обкладки ...................................................................................................................... 95
7.2. Обкладки в виде металлизированного диэлектрика .......................................................................... 96
7.3. Самовосстановление конденсаторов с обкладками в виде
металлизированного диэлектрика ........................................................................................................ 98
7.4. Разрушение слоя металлизации ....................................................................................................101

Глава восьмая. Электрические характеристики многослойного
конденсаторного диэлектрика ........................................................................................................ 101
8.1. Расчет  ε   и   tg δ   многослойного   пропитанного   бумажного диэлектрика ................................... 101
8.2. Расчет ε, и tg δ бумажно-пленочного диэлектрика ......................................................................... 103
8.3. Кратковременная электрическая прочность ................................................................................... 104
8.4. Влияние технологических факторов на характеристики конден­сатора.............................................. 109

Глава девятая. Частичные разряды в конденсаторе......................................................................... 111
9.1. Физические  процессы  возникновения  и развития  частичных разрядов
и их характеристики ........................................................................................................................... 111
9.2. Частичные разряды на переменном напряжении ........................................................................... 116
9.3. Влияние различных факторов на характеристики частичных разрядов ............................................. 121
9.4. Частичные разряды на постоянном напряжении ............................................................................ 134
9.5. Частичные разряды при смешанном напряжении ........................................................................... 137

Глава десятая. Ресурс и надежность конденсаторов ...................................................................... 138
10.1. Физическая природа и виды старения изоляции конденсаторов.................................................... 138
10.2. Старение под воздействием частичных разрядов ........................................................................ 145
10.3. Общие закономерности теплового старения материалов ............................................................. 147
10.4. Электрохимическое старение .................................................................................................... 152
10.5. Оценка ресурса силового конденсатора ......................................................................................153
10.6. Надежность конденсаторов ....................................................................................................... 162

Глава одиннадцатая. Выбор рабочей напряженности ...................................................................... 166
11.1. Факторы, определяющие рабочую напряженность ..................................................................... 166
11.2. Выбор рабочей напряженности по характеристикам частичных разрядов  ................................... 168
11.3. Выбор допустимых рабочих напряженностей по данным уско­ренных испытаний ........................... 173
11.4. Особенности выбора рабочих напряженностей для конден­саторов,
работающих при постоянном и импульсном напряже­ниях................................................................... 174

Глава двенадцатая. Электрический расчет силовых конденсаторов................................................ 176
12.1. Исходные данные для расчета ...................................................................................................176
12.2. Влияние электрофизических и конструктивных параметров
12.6. Расчет изоляции пакета от корпуса ........................................................................................... 183
на удельные характеристики ............................................................................................................. 177
12.3. Номинальные условия работы конденсаторов ............................................................................ 179
12.4. Расчет емкости секции и пакета ............................................................................................... 181
12.5. Расчет ширины закраины .......................................................................................................... 182
12.6. Расчет изоляции пакета от корпуса .......................................................................................... 183
12.7. Расчет конденсаторов с пленочным диэлектриком .................................................................... 185
12.8. Распределение напряжения вдоль большого числа последовательно
соединенных секций в конденсаторе ................................................................................................ 187

Глава тринадцатая. Потери энергии в конденсаторе ...................................................................... 190
13.1. Потери в конденсаторе при синусоидальном напряжении .......................................................... 190
13.2. Потери энергии в токоведущих частях ...................................................................................... 192
13.3. Потери в конденсаторе при сложной форме кривой напряжения................................................ 194
13.4. Потери в конденсаторе при смешанном напряжении ................................................................. 203

Глава  четырнадцатая. Тепловой расчет конденсатора .................................................................. 204
14.1. Уравнения теплообмена в силовом конденсаторе ..................................................................... 204
14.2. Теплофизические характеристики конденсаторных материалов ..................................................208
14.3. Расчет коэффициентов теплопроводности различных участков секции  ..................................... 210
14.4. Коэффициенты теплообмена с охлаждающей средой ................................................................ 212
14.5. Аналитические методы определения температурного поля
в силовом конденсаторе ................................................................................................................. 217
14.6. Приближенные методы теплового расчета .............................................................................. 221
14.7. Влияние соотношения размеров конденсатора на температуру диэлектрика............................... 225
14.8. Определение границы термической устойчивости графоаналитическим методом ...................... 227
14.9. Тепловой расчет электротермических конденсаторов .............................................................. 231
14.10. Особенности теплового расчета конденсаторов с обкладками
в виде металлизированного диэлектрика ......................................................................................... 234
14.11. Нестационарный тепловой режим конденсатора .................................................................... 234
14.12. Компенсация  температурного   изменения   объема  жидкого диэлектрика............................. 235

Глава  пятнадцатая. Индуктивность конденсаторов .................................................................... 238
15.1. Влияние собственной индуктивности конденсатора на режим его работы................................. 238
15.2. Индуктивность обкладок и токоотводов секций ...................................................................... 239
15.3. Индуктивность секции........................................................................................................... 242
15.4. Индуктивность соединительных шин, предохранителей и выводов ........................................... 247
15.5. Индуктивность конденсатора и методы ее снижения .............................................................. 250

Глава шестнадцатая. Перегрузочные характеристики силовых конденсаторов........................... 253
16.1. Определение перегрузок конденсаторов в различных режимах ................................................253
16.2. Допустимые  длительности  воздействий  перенапряжений  на конденсаторе .......................... 256

Глава семнадцатая. Испытания силовых конденсаторов ............................................................. 257
17.1. Виды испытаний ................................................................................................................... 257
17.2. Особенности испытаний отдельных видов конденсаторов ....................................................... 259
17.3. Испытания на частичные разряды .......................................................................................... 262

Глава восемнадцатая. Некоторые вопросы технологии ............................................................... 266
18.1. Особенности технологического процесса изготовления конденсатора...................................... 266
18.2. Поглощение влаги материалами.............................................................................................. 268
18.3. Процесс сушки....................................................................................................................... 270
18.4. Изменение характёристик целлюлозы в процессе сушки ...........................................................271
18.5. Сушка и пропитка конденсаторов ............................................................................................273

Глава девятнадцатая. Применение конденсаторов. Конденсаторные установки
и батареи ....................................................................................................................................276
19.1. Конденсаторы в энергетике ...................................................................................................276
19.2. Конденсаторные установки.....................................................................................................279
19 3 Шунтовые конденсаторные батареи .........................................................................................285
19.4. Батареи продольной компенсации линий электропередачи (сериесные
конденсаторные батареи)...............................................................................................................294
19 5 Другие применения конденсаторов .........................................................................................298
19.6. Справочные данные по некоторым промышленным
типам силовых конденсаторов ........................................................................................................300

Приложение .................................................................................................................................305
Список. литературы .......................................................................................................................309