Конденсаторы для высоковольтного выключателя

Газета ЗАО МПО «Электромонтаж»

Газета «МПО ЭЛЕКТРОМОНТАЖ» февраль 2012

В номере

Акцент

• Плюс светодиодизация всей страны…
• Улицы светодиодных фонарей

Внимание!

• Провода ПуВ и ПуГВ – вместо ПВ1, ПВ3, ПВ4

Актуальная покупка

• Новые тепловые аппараты Timberk и Теплолюкс
• Японские паяльники Goot
• Сканеры: видеть сквозь стены
• Диммер на шнуре и шнуры с выключателем

Новинки ассортимента

• Блоки питания для ноутбуков
• Серия АВВ S800: автоматы, реле и контакты
• Тонкостенные термоусаживаемые трубки GTI
• Дифференциальные автоматы нового поколения Acti 9
• Розетки с таймером

Да будет свет

• Светодиодные фонарики — 2
• Светодиодные прожекторы — на замену галогенным

Энергосбережение

• Оптико-акустические выключатели

Автоматика

• Кнопочные выключатели и модульные индикаторы АВВ
• Автоматы Siemens для запуска и защиты двигателя

Кабельное хозяйство

• УЗК от испанской Estiare
• Спиральные жгуты для кабеля
• Аксессуары к СИП

Внимание к деталям

• Multi-Contact —из Швейцарии с любовью
• Помехоподавляющие конденсаторы
• Сила в миниатюрности
• Системные решения Wago

Инструмент

• Кабельные ножницы КВТ

Прошлое больших открытий

• Иоганн Риттер, учёный, романтик
• Уильям Стёрджен и первый электромагнит

Традиции

• Русские зимние праздники
• Световые картины «Огней Москвы»

Архив газеты по годам

Все статьи по рубрикам газеты

Помехоподавляющие конденсаторы

Мы сегодня отступим от традиции газеты Электромонтаж и не будем, попутно с сообщением о предназначении, технических характеристиках, возможностях конденсаторов К73–57, повествовать о любопытных особенностях их конструкции.

Просто ответим коротко на многочисленные вопросы потребителей и даже специалистов, обнаруживших их в своих ВРУ — вводно-регулирующих устройствах: зачем они нужны? — Так вот: для подавления индустриальных радиопомех в диапазоне 0,15–100 МГц.

Откуда берутся такие помехи? — Возникают в процессе подключения/отключения индуктивной нагрузки, например, коллекторных двигателей, или же тиристорных регуляторов — и «лезут наружу из проводов». Особо актуально это было при расцвете аналоговой связи для её защиты, но сохраняется и сейчас, пока ещё существуют эфирное телерадиовещание, радиотелефония и Wi-Fi. Самыми популярными источниками радиопомех в быту являются пассажирские лифты и холодильники.

Простейшим низкочастотным фильтром с высоким импедансом является помехоподавляющий конденсатор. (Мы не будем сегодня объяснять, что такое импенданс — просто напомним, что это отношение комплексной амплитуды напряжения гармонического сигнала, прикладываемого к двухполюснику, к комплексной амплитуде тока, протекающего через него. Похоже на сопротивление). Расчётно-опытным путём установлено, что наибольшее ослабление низкочастотных помех происходит при ёмкости конденсатора-фильтра в полмикрофарады на каждую фазу.

В ассортименте МПО Электромонтаж имеются металлоплёночные полиэтилентерефталатные цилиндрические конденсаторы ёмкостью 0,47 мкФ: К73–57 на номинальное напряжение 1000 В переменного или 500 В постоянного тока (А8509–А8513, Элкод, Санкт-Петербург) и К73–28, 1000/380 В (А8915, СКЗ, Северо-Задонск).

Они устанавливаются в ВРУ между фазой и нейтралью, на корпус крепятся на лапах либо шпильках, фаза подключается к проволочному или резьбовому выводу. Могут иметь в конструкции предохранитель — плавкую вставку на 20 А (у нас такой — Элкод, А8510).

Почему их надо устанавливать?

Мы не будем сегодня убеждать в преимуществах их применения перед неприменением. Просто сошлёмся на ГОСТ 13661–92 «Совместимость технических средств электромагнитная. Пассивные помехоподавляющие фильтры и элементы. Методы измерения вносимого затухания» и СНиП, согласно которым в зданиях в 3 этажа и более на ВРУ, а также на вводах питания лифтов необходимо предусматривать установку помехоподавляющих конденсаторов.

Вот такой императив, общеобязательное требование.

Основные причины аварий конденсаторных установок

В этой статье я расскажу об самых частых причинах выхода из строя конденсаторных установок, которые нам приходилось восстанавливать.

Прочитав ее, Вы сможете не совершать ошибок при заказе конденсаторной установки для своего предприятия, чтоб потом не восстанавливать ее в «пожарном» режиме или не устранять последствия возгорания.

Нарушение работы конденсаторной установки, как правило, связано с выходом из строя аппаратуры из которой скомплектована установка.

Есть две основные группы причин аварий в конденсаторных установках :

1)аварии, связанные с параметрами сети, в которую подключена установка

2)недочеты при сборке, монтаже и подключении установки. В некоторых случаях приводящие к возгоранию.

1. Аварии, связанные с параметрами сети.

Основные параметры, на которые необходимо обратить внимание и которые нужно донести до производителя, перед размещением заказа на производство конденсаторной установки для Вашего предприятия, это:

— действительное рабочее напряжение в сети.

— гармоники в сети.

1.1. Высокое напряжение в сети

На многих производствах в Украине напряжение сети больше заявленных 380 (400)Вольт. Чаще в диапазоне — 420-450В. Об этом нужно уведомить производителя конденсаторной установки. Как правило, представители производителя сами спрашивают у Заказчика об этом. Если в вашей сети повышенное напряжение – то, при комплектовании установки, нужно предусмотреть конденсаторные батареи, способные нормально работать при высоком напряжении. Если этого не сделать, то конденсаторные батареи, рассчитанные на номинальное напряжение 400В будут быстро и часто выходить из строя. У большинства производителей это не является гарантийным случаем, а это значит, что Вам придется покупать новые батареи.

Чтоб этого избежать – просто необходимо с самого начала выбирать конденсаторные батареи с номинальным напряжением 440В.

1.2. Гармоники в сети

Гармоники возникают из-за нелинейных нагрузок — нагрузок, потребляющих ток с формой волны, отличающейся от формы волны питающего напряжения. Источники нелинейных нагрузок есть практически везде.

Примеры оборудования с нелинейными нагрузками

• промышленное оборудование (сварочные аппараты, электродуговые печи, индукционные печи и выпрямители);

• источники бесперебойного питания;

• офисное оборудование (компьютеры, факсы и др.);

Конденсаторы особо чувствительны к гармоническим составляющим питающего напряжения в силу того, что емкостное реактивное сопротивление уменьшается при увеличении частоты. На практике это означает, что относительно малый процент гармонических напряжений может вызывать протекание значительного тока в цепи конденсаторов.

Присутствие гармоник в питающем напряжении приводит к очень высоким уровням тока в конденсаторах – что выводит конденсаторные батареи из строя.

Для исключения влияния гармоник, в зависимости от соотношения номинального значения (кВА) устройств генерирующих гармоники к номинальному суммарному значению всех устройств (кВА), необходимо в установке предусмотреть батареи с номинальным напряжением 440В или фильтры гармоник, опять же с конденсаторными батареями с номинальным напряжением 440В.

2. Аварии, возникающие в результате недочетов при сборке, монтаже, подключении конденсаторной установки

1. Недостаточная вентиляция или отсутствие таковой.

2. Неправильно подобранные проводники для коммутации.

3. Не проведена ТО перед первым запуском установки.

2.1 Недостаточная вентиляция или отсутствие таковой.

Конденсаторные установки отличаются от подавляющего большинства низковольтных комплектных устройств (электрошкафов) тем, что в них есть оборудование — конденсаторные батареи — которые при нормальной работе нагреваются.

В некоторых случаях, нормальной рабочей температурой батарей может быть 40-50 градусов.

В зависимости от номинала установки и габаритных размеров корпуса изделия воздухообмен в них обеспечивается или естественной или принудительной вентиляцией.

Если в самой установке вообще не предусмотрена вентиляция, то рано или поздно произойдет возгорание, так как конденсаторные батареи при работе нагреваются. Как правило, термодатчик настраивается таким образом, чтоб при достижении внутришкафной температура 35-38градусов включалась принудительная вентиляция. При достижении же температуры – 55-60 градусов, конденсаторная установка вообще должна отключаться, так как есть опасность возгорания.

Обращайте также внимание на то, где в изделии установлен термодатчик. Он должен быть установлен как можно ближе к конденсаторным батареям – основным источникам тепла.

В случае, если Вы приобрели конденсаторную установку, собранную на панели, для того, чтоб установить ее в свой металлический корпус – позаботьтесь о вентиляции самостоятельно.

Отсутствие вентиляции и отсутствие механизма аварийного отключения – основные причины возгорания конденсаторных установок.

2.2 Неправильно подобраны проводники

Если неправильно подобраны проводники, особенно в конденсаторных установках, где защита батарей осуществляется предохранителями, то при работе конденсаторной установки эти проводники будут нагреваться. Этот нагрев будет аккумулироваться с теплом исходящим от работающих батарей – что увеличит риск возгорания. Вентиляция, конечно, будет некоторое время «глушить» эту проблему, но перегруженный проводник, все равно, рано или поздно, даст о себе знать

2.3 Не проведено ТО (техобслуживание) перед первым запуском установки.

Этот пункт по важности я бы поставил на первое место.

Поскольку мы, производя конденсаторные установки, обязательно предусматриваем достаточную вентиляцию и подбираем проводники с 20-30%-ным запасом от требуемого по ГОСТам – то наши Заказчики не рискуют попасть в ситуации описанные в пунктах 2.1 и 2.2.

Но тут поджидает другая беда – свойственная нам всем привычка сначала включать, а потом читать инструкции и паспорта.

Чаще всего, Заказчики забывают проводить первое ТО перед запуском конденсаторной установки.

Особенно важна ПОДТЯЖКА ВСЕХ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ конденсаторной установки.

Конденсаторная установка после отгрузки со склада готовой продукции доставляется по нашим дорогам на предприятие Заказчика. Разумеется, от тряски болтовые соединения ослабляются. Ослабленное соединение проводников приводит к тому, что площадь соприкосновения проводников не соответствует нагрузке и в месте контакта начинает происходить нагрев. Это приводит к постепенному оплавлению аппаратов коммутации с дальнейшим выходом их из строя.

Нужно помнить, что конденсаторная установка дает конкретный экономический эффект. Это изделие экономит для Вашего предприятия серьезные средства. Практически любая конденсаторная установка окупается в период от 5 до 14 месяцев.

Поэтому, к подбору и обслуживанию этого оборудования стоит относиться так, чтоб оно не простаивало и работало надежно и постоянно.

Каждый день работы конденсаторной установки — это сэкономленные деньги для Вашего предприятия. Помните об этом и обязательно проводите плановые ТО, как должно быть указано в паспорте производителя.

Как правильно заряжать конденсаторы

Практически на каждой печатной плате самого простого электронного прибора находится конденсатор – радиоэлектронное устройство, способное оперативно накапливать электрический заряд и так же быстро передавать энергию далее по цепи, питая другие ее элементы. Описанная цикличность является характерным признаком нормальной работы данного устройства.

Содержание статьи

• Параметры и принцип работы
• Виды и области применения
• Способы зарядки и разрядки конденсатора

Изделие состоит из двух проводящих обкладок (тонкие металлические пластинки) и диэлектрического материала между ними (бумага, воздух, стекло и керамика, пластик, слюда, оксидные пленки). Несмотря на простую конструкцию, устройство способно выполнять множество полезных функций:

• фильтровать высокочастотные помехи;
• накапливать энергию;
• разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие;
• использоваться в качестве источника опорного напряжения;
• сглаживать и уменьшать пульсации;
• усиливать сигнал.

Параметры и принцип работы

Величина электричества, накапливаемого изделием, а также периоды циклов разрядки и зарядки конденсатора определяются характеристиками, зависящими от типа конкретной модели. Благодаря широким пределам параметров и характеристик данные радиодетали могут успешно применяться для различных целей.

Эти параметры без затруднений определяются по маркировке на корпусе элемента. Конденсаторы, произведенные в России и постсоветском пространстве, в обязательном порядке имеют буквенно-цифровую маркировку, обозначающую технологию и тип, ТКЕ, номинальное напряжение, значение емкости и погрешность производства, а также дату изготовления. Для импортных аналогов характерно только обозначение емкости. На схемах конденсатор изображается двумя параллельными черточками.

Основные и дополнительные параметры:

• Емкость (С) – способность радиодетали накапливать электричество (измеряется в фарадах). Емкость самых мощных конденсаторов достигает нескольких десятков фарад.
• Удельная емкость – помогает определить отношение емкости к массе или объему изделия (очень важный для микроэлектроники параметр).
• Номинальное напряжение (Uн) – позволяет определить предельную величину, при которой конденсатор может эксплуатироваться.
• Полярность – важный параметр, несоблюдение которого может привести к выходу радиоэлемента из строя и даже взрыву.
• Опасность разрушения – для предотвращения взрыва и замыкания устройство может быть оснащено предохранительным клапаном или специальными насечками на крышке.

Существуют также и паразитные параметры, которые производители стараются снизить при изготовлении продукции. Выбирая радиодетали, следует учитывать стабильность, емкость, ток утечки, рабочее напряжение, точность и температурный коэффициент емкости.

Принцип работы заключается в накоплении электрических зарядов благодаря присутствию диэлектрического материала между металлическими пластинками, на которых собираются электроны и ионы. Проходя через данное устройство, сила тока имеет наибольшее значение и минимальное напряжение, но по мере накопления электроэнергии напряжение возрастает, а сила тока наоборот падает до тех пор, пока не исчезнет совсем. При идеальных условиях время зарядки конденсатора равно нулю.

Виды и области применения

Существует много способов классификации современных конденсаторов, которые позволяют группировать их в зависимости от типа конструкции, рабочего напряжения, видов поляризации и назначения, изменению емкости, а также разновидности диэлектрика.

Виды поляризации:

• ионная и ионно-релаксационная;
• объемная;
• дипольно-релаксационная;
• электронная и электронно-релаксационная;
• спонтанная.

Исходя из конструктивных особенностей, различают трубчатые и цилиндрические, монолитные, пластинчатые и секционные, дисковые, горшкообразные и литые, бочоночные, а также секционные разновидности.

Область применения конденсаторов:

• Электроника – радиотехническое и телевизионное оборудование, запоминающие устройства, автоматика и разнообразная телемеханика, телеграфия и телефония.
• Электроэнергетика – сварка разрядом, запуск электродвигателей, подавление радиопомех, регулирование напряжения, электроосвещение, отбор энергии, использование в сложных схемах и генераторах, а также защита от напряжения.
• Промышленность – добывающая, металлургическая и металлообрабатывающая.
• Техника – медицинская, лазерная, электроизмерительная, радиолокационная, фотографическая, автотракторная.

В зависимости от изменения емкости различают постоянные, переменные (изменение осуществляется механически или электрически) и подстроечные конденсаторы (изменение осуществляется разово или периодически).

Способы зарядки и разрядки конденсатора

При зарядке конденсатора энергия источника питания переходит в энергию электрического поля, возникающего между металлическими пластинками радиоэлектронного устройства. Важно учитывать, что на каждом участке цепи существует явное (резистор) или неявное сопротивление (провода, внутреннее сопротивление). В этом случае скорость зарядки конденсатора будет зависеть от его емкости и сопротивления во всей цепи. Процесс считается завершенным, когда подаваемое напряжение по своей величине становится равным напряжению на металлических пластинках.

Процесс зарядки и разрядки конденсатора лучше всего определяется мультиметром или при помощи специального измерительного прибора – индикаторной отвертки.

Можно зарядить конденсатор через лампочку. Для этого потребуется подключить «плюс» к аккумулятору через автомобильную лампочку, а «минус» подключить к массе (кузов автомобиля). Лампочка вспыхнет и погаснет. Таким же образом можно зарядить конденсатор для сабвуфера, если он не имеет системы контроля зарядного тока. Данная схема зарядки конденсатора эффективна, проста и безопасна.

Разрядка может понадобиться при ремонте бытовых приборов и электронных устройств. Это можно сделать при помощи отвертки с изолированной рукояткой, поочередно замыкая контакты, одновременно с этим касаясь массы стержнем отвертки. Если конденсатор извлечен из платы, необходимо, не касаясь руками контактов, приложить стержень отвертки к обеим клеммам изделия (должна появиться искра). Также можно собрать разрядное устройство, припаяв к резистору (на несколько кОм) два провода с зажимами, после чего подсоединить их к клеммам конденсатора. Важно проверять напряжение, чтобы убедиться в разреженности прибора.

Конденсаторы для высоковольтного выключателя

Конденсатор – детям не игрушка

(Архив пионерской мудрости)

Страшная история из нефильма ужасов

«Заряженный высоковольтный конденсатор можно отнести к источнику постоянного тока. Считается, что постоянный ток менее опасен, чем переменный. Исходя из своего опыта, могу не согласиться. Если Вы «подключаетесь» к бытовой электросети, то Вы будете дергаться. Хотя частота тока в розетке равна 50 Гц, и человек не успеет отреагировать на столь быстрое событие, тем не менее, у Вас будет шанс в процессе конвульсий самостоятельно освободиться от действия электрического тока. Ведь напряжение в розетке 50 раз в секунду равно нулю. Если Вы «подключаетесь» к мощному источнику постоянного тока, то тут без вариантов. Ваши мышцы сильно сократятся, и никакой силы воли не хватит, чтобы расслабить их. Вы будете словно приклеенный к источнику постоянного тока. При этом Ваша тушка будет нагреваться, медленно превращаясь в уголь. Жуть !
Поражающее действие заряженного высоковольтного конденсатора несколько иное и зависит от конкретных условий. Однако в любом случае приятных ощущений от прикосновения к электродам заряженного конденсатора у Вас точно не будет. Однозначно ! Обуглиться не успеете, но шары на лоб полезут. Чик…и ты уже на небесах ! В особо тяжких случаях при чудовищно большом заряде ( не будем говорить о цифрах) конденсатор разорвет Вас как тузик грелку. Шары будут в одном углу комнаты, а лоб – в другом углу комнаты.
Короче говоря, будьте бздительны ! При работе с высоковольтной техникой лучше перебздеть, чем недобздеть.»

Конденсатор является одним из главных элементов в блоке питания импульсных лазеров. Высоковольтный конденсатор используется для питания импульсных ламп-вспышек, а также для накачки импульсных газоразрядных лазеров. Параметры конденсатора выбираются в зависимости от конкретного типа лазера. Определяющими являются такие величины как емкость, рабочее напряжение, волновое сопротивление и собственная индуктивность конденсатора. От емкости и рабочего напряжения конденсатора зависит энергия накачки. Энергия конденсатора рассчитывается по простой формуле

Е = СU 2 /2, где Е – энергия конденсатора

С – емкость конденсатора

U – напряжение зарядки конденсатора

От волнового сопротивления зависит величина тока, который будет проходить при разряде конденсатора через малую нагрузку. Чем меньше в олновое сопротивление конденсатора , тем выше ток. В олновое сопротивление рассчитывается по формуле

ρ_к = √(L_к/C_к ), где ρ_к — в волновое сопротивление конденсатора

L_к – индуктивность конденсатора

C_к — емкость конденсатора

От собственной индуктивности конденсатора зависит быстрота передачи энергии конденсатора в нагрузку. Чем меньше индуктивность конденсатора, тем выше крутизна фронта импульса накачки. Откуда в конденсаторе индуктивность ? Дело в том, что обкладки конденсатора представляют собой проводник тока, а проводник, через который протекает ток, имеет индуктивность. Даже если конденсатор состоит лишь из двух обкладок, реальная схема конденсатора соответствует рисунку ниже.

Это классический колебательный контур с активным сопротивлением R, которое зависит от диэлектрика между обкладками конденсатора и удельного сопротивления всех токоведущих элементов конденсатора. Таким образом, заряд и разряд конденсатора происходит не мгновенно, а имеет колебательный характер. Частота колебаний определяется формулой Томпсона, из которой и вычисляется собственная индуктивность конденсатора.

, где L_к – собственная индуктивность конденсатора

C_к — емкость конденсатора

f_p – основная резонансная частота

Разумеется, чем выше энергия конденсатора, тем больше мощность накачки. Однако с увеличением емкости конденсатора возрастает и время импульса накачки. Если длительность накачки не имеет принципиального значения, то для работы лазера подойдут высоковольтные электролитические конденсаторы. Такие конденсаторы можно использовать, например, для накачки рубинового или неодимового лазера. Конечно, проблематично раздобыть кондер, имеющий 1000 мкФ при рабочем напряжении 3 кВ. Но эта проблема легко решается, если использовать банк конденсаторов. При последовательном соединении отдельных конденсаторов суммарное напряжение зарядки возрастает, а емкость можно увеличить параллельным подключением конденсаторов. В радиотехнических магазинах можно купить электролитические конденсаторы, имеющие, например, 150 мкФ х 450 В.

Из таких конденсаторов можно составить банк на любую емкость и рабочее напряжение.
На рисунке ниже показан пример банка конденсаторов, эквивалентный одному конденсатору на 30 мкФ х 2 кВ.

Если длительность накачки должна быть как можно меньше, то для работы лазера электролитические конденсаторы уже не подходят, и нужно приобретать импульсные конденсаторы. К сожалению, в радиотехнических магазинах импульсные высоковольтные конденсаторы – товар редкий. В магазине «Чип и Дип» можно затариться высоковольтными конденсаторами фирмы « MURATA ».

Однако максимальное напряжение таких конденсаторов ограничено на уровне 15 кВ при емкости 1 нФ. Такие конденсаторы можно использовать для накачки самодельных азотных лазеров или лазеров на парах металлов.
Для накачки лазеров на красителях потребуется 100 – 1000 штук таких конденсаторов, соединенных параллельно. Учитывая стоимость одного такого кондера на уровне

80 руб/шт, все удовольствие обойдется любителю минимум 8 000 руб. Так еще нужно спаять из кучи конденсаторов единый банк.
Через Интернет можно приобрести конденсаторы типа КВИ-3, которые также подходят для накачки лазеров, но их цена будет еще дороже (

Также через Интернет приобретаются конденсаторы типа КПИМ, которые вполне подойдут для накачки лазера на красителе.

Эти конденсаторы имеют впечатляющие характеристики. Рабочее напряжение может быть в пределах 5 – 100 кВ при емкости конденсатора 0,1 – 240 мкФ. Но вот частота импульсов будет

Самодельный высоковольтный конденсатор

Схема конденсатора проста, но вот трудности реализации этой схемы в виде готовой конструкции возрастают с ростом рабочего напряжения конденсатора. Для начала разберем возможные варианты простого конденсатора из двух обкладок, разделенных воздухом. На рисунке 1 показаны пластины заряженного конденсатора. Если нужно изготовить конденсатор с низкой индуктивностью, то следует стремиться укорачивать все токоведущие элементы. Причем направление токов в обкладках конденсатора при разрядке должно быть противоположным, дабы снизить магнитное поле. Направление токов зависит от места подключения электродов конденсатора. Индуктивность конденсатора будет самой наименьшей, если электроды конденсатора соединены с обкладками по центру, как показано на рисунке 2.

Собственно по этой схеме изготавливаются коммерческие керамические конденсаторы. Только у высоковольтных конденсаторов обкладки имеют форму круга во избежание возникновения коронных разрядов. Возможные варианты подключения электродов к обкладкам конденсатора, а также направления токов при разрядке показаны на рисунке ниже.