В соответствии с ГОСТ 1282-58 современные конденсаторы для повышения коэффициента мощности (cos ϕ) изготовляются на напряжения 0,22; 0,38; 0,5; 1,05; 3,15; 6,3 и 10,5 кВ.
Основными конструктивными элементами конденсатора являются: выемная часть, корпус (бак), стальная крышка, выводные изоляторы.
Выемная часть — собственно конденсатор —- состоит из пакета, который собирается из отдельных секций. Секции электрически соединены параллельно у конденсаторов на напряжения до 1,05 кВ или параллельно-последовательно у конденсаторов на более высокие напряжения. Конденсаторы на напряжения 0,22; 0.38 и
Рис. 3. Схемы внутренних соединений конденсаторов.
0,5 кВ нормально имеют трехфазное исполнение и соединение фаз треугольником. Остальные типы конденсаторов выполняются однофазными. Схемы внутренних соединений конденсаторов приведены на рис. 3.
Каждая секция представляет собой единичный конденсатор, собранный из металлических обкладок с разделяющими изолирующими прослойками и двух выводов для соединения данной секции с другими.
Обкладки конденсаторов выполняются из алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм, а прослойками служит высокосортная конденсаторная бумага толщиной 0,007—0,012 мм, пропитанная жидким диэлектриком. Ширина бумаги берется на 10—15 мм больше ширины фольги. Число слоев конденсаторной бумаги между обкладками зависит от величины напряжения, на которое рассчитана секция.
Высокосортная бумага, применяемая для изготовления конденсаторов, все же имеет недостатки (пористость, загрязненность), поэтому для увеличения надежной работы конденсаторов прокладывают несколько слоев конденсаторной бумаги между обкладками. Загрязненность, т. е. наличие в конденсаторной бумаге частиц, являющихся хорошими проводниками электрического тока, приводит к тому, что при повышении приложенного напряжения в отдельных местах возникает так называемый тлеющий разряд, вследствие чего происходит разложение жидкого диэлектрика. Выделяемый при разложении диэлектрика водород стремится вспучить бак конденсатора. Поэтому необходимо, чтобы работа конденсаторов протекала при их номинальном напряжении.
В процессе изготовления секций бумагу и фольгу наматывают на цилиндрическую оправу, а затем прессуют для придания им плоской формы. Все секции плотно сжимаются в один пакет металлическими пластинами, которые стягиваются стальными хомутами. Выемная часть в отечественных конденсаторах опирается на дно корпуса и изолируется от дна и стенок изоляционными прокладками, а в зарубежных конденсаторах большей мощности применяется также крепление к крышке корпуса подобно выемной части трансформаторов небольшой мощности.
Секции конденсаторов на напряжение 1,05 кВ и ниже снабжены индивидуальными предохранителями (секции соединяются с выводами или другими секциями проводниками диаметром около 0,25 мм), отключающими их в случае повреждения при эксплуатации. При этом конденсатор продолжает работать при весьма незначительном снижении емкости. Бак конденсатора сварной, изготовляется из листовой стали и имеет прямоугольную форму. Швы бака и соединения с крышкой выполняются герметическими, чтобы исключить возможность проникновения воздуха и вытекания жидкого диэлектрика. Конструкция бака допускает температурные изменения объема жидкого диэлектрика, а форма поверхности обеспечивает хорошее охлаждение конденсатора.
На баке конденсатора для его переноски приварены откидные ручки или специальные скобы (подъемные кольца), а также укрепляется маркировочная табличка, на которой обозначены: номинальное напряжение конденсатора, частота, емкость и реактивная мощность.
Стальная крышка конденсатора герметически соединяется с корпусом электросваркой. На крышке крепятся проходные (выводные) фарфоровые изоляторы с арматурой и токоведущнми частями (стержнями), скоба со шпилькой и гайками для заземления.
Выводные изоляторы изготовляются из фарфора, а их токоведущие стержни — из круглой латуни сплошного или трубчатого сечения. Количество выводных изоляторов в трехфазных конденсаторах равно трем, а в однофазных — двум. Герметическое соединение выводных изоляторов с крышкой обеспечивается пайкой. Бак и крышка окрашиваются краской, стойкой к атмосферным воздействиям.
Жидкий диэлектрик предназначен для заполнения пор конденсаторной бумаги, чем повышает надежность работы изоляции и улучшает охлаждение секций.
В конденсаторах отечественного производства в качестве диэлектрика применяется минеральное масло либо специальная синтетическая негорючая жидкость — совол. Минеральное масло отличается от масла, применяемого в силовых трансформаторах и выключателях, боле тщательной очисткой.
Совол представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, имеющую значительную вязкость и более высокое значение диэлектрической проницаемости (5,1 вместо 2,2 у минерального масла). В результате этого емкость конденсатора, пропитанного соволом, примерно на 40—50% выше емкости конденсатора такой же мощности, пропитанного минеральным маслом.
Совол негорюч, что полностью устраняет возможность возгорания конденсаторов при коротких замыканиях.
Недостатками совола являются его высокая чувствительность к загрязнению и токсичность, что значительно осложняет процесс его обработки и производства конденсаторов. Большими недостатками совола являются также увеличение вязкости и уменьшение объема при понижении температуры, что ведет к образованию в застывшем соволе пустот и трещин при температурах 20н-30°С ниже нуля. Совол, попадая на слизистые оболочки, вызывает их раздражение, а продукты разложения его действуют раздражающе на дыхательные пути.
В связи с тем, что диэлектрическая проницаемость при пропитке конденсаторной бумаги соволом более высока, чем при пропитке минеральным маслом, для изготовления конденсатора одинаковой мощности требуется меньше материалов (уменьшаются вес и размеры), и, несмотря на более высокую стоимость совола по сравнению с маслом, стоимость конденсатора снижается.
Основные данные минерального масла и совола приведены в табл. 1.
Таблица 1
Основные физико-химические свойства | Масло | Совол |
Относительная диэлектрическая проницаемость при 20° С .. | 2,2 | 5,1 |
То же при 90° С | 2,1 | 4.4 |
Относительная диэлектрическая проницаемость конденсаторной бумаги | 3,5 | 5.5 |
Тангенс угла диэлектрических потерь при 20° С | 0,0002 | 0.0002 |
То же при 90° С | 0,008 | 0,002 |
Удельный вес при 20° С... | 0,89 | 1.51 |
Пробивная прочность при 20° С, кВсм . . . | 225 | 240 |
То же при 90° С | 250 | 250 |
Температура застывания, °С... | —45 | —8 |
Теплоемкость при 20° С, кал/град... | 0,40 | 0,36 |
Собранные конденсаторы освобождаются от воздуха и влаги посредством сушки при вакууме. После сушки конденсатор под вакуумом заполняется через отверстия на крышке соответствующим диэлектриком. После окончания пропитки (заполнения конденсаторов) все отверстия забалчиваются и запаиваются.
Реактивная мощность однофазного или трехфазного конденсатора, соединенного треугольником, равна-
квар,
где Ск — емкость однофазного конденсатора или сумма емкостей всех трех фаз трехфазного конденсатора, соединенного треугольником, мкф;
U — линейное напряжение на зажимах конденсатора, кВ; со— угловая скорость, сек-1.
Реактивная мощность конденсатора пропорциональна его емкости, квадрату напряжения на зажимах и частоте приложенного напряжения.
Таким образом, фактическая мощность конденсатора определяется фактическим напряжением на его зажимах.
Отечественной промышленностью выпускаются бумажно-масляные конденсаторы типов КМ, КМВ (модернизированная конструкция), а также бумажно-соволовые типов КС, КСВ.
Они подразделяются на два габарита: 1-й габарит мощностью до 10 квар, 2-й — 25 квар.
Внешний вид конденсаторов и их размеры приведены на рис. 4 и в приложениях 1—3.
Конденсаторы типов КМ, КМВ, КС и КСВ предназначены для установки в закрытых помещениях и рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха ±35° на высоте не более 1 000 м над уровнем моря. Они допускают длительную (не свыше 4 часов в сутки) работу при повышении напряжения в сетях до 110% номинального значения и действующем значении тока до 130% номинального. Отклонение емкости конденсатора от номинального значения (каталожного) допускается в пределах от —5 до +15%. Тангенс угла диэлектрических потерь (собственные потери конденсатора), измеренный при температуре +20° С и частоте напряжения 50 гц, не должен превышать величины 0,0045 для конденсаторов на напряжения до 0,5 кВ и 0,003 для всех остальных типов бумажно-масляных конденсаторов, а с соволовым диэлектриком соответственно 0,005 и 0,0035.
Конденсаторы не предназначены для работы в среде, насыщенной пылью или содержащей едкие газы и пары, а также во взрывоопасной среде и в местах, подверженных тряске и ударам.
Рис. 4. Внешний вид и размеры конденсаторов. а — типа КМ-1.05; КМ-3,15; КМ-6,3; КМ-10,5; б —типа КМ-0.22; КМ-0.38; КМ-0,5; в —типа КМ2-0.22; KM2-0.38; КМ2-0.5; г — типа KM2-1.05; КМ2-3.15;
КМ2-6.3; КМ2-10.5.
Незначительное число электроустановок промышленных предприятий оборудовано косинусными конденсаторами типов КК, КРМ, КТМ на напряжения выше 1 000 в довоенного производства, из которых наиболее распространены однофазные конденсаторы. Трехфазные конденсаторы были выпущены в незначительном количестве с соединением фаз как треугольником, так и звездой с изолированной нейтралью.
