2tom073

3. APARATY ELEKTRYCZNE 148

połączonych ze sobą i z zaciskami w sposób odpowiedni do funkcji kondensatora (rys. 3.62). Wewnątrz obudowy kondensatora mogą ponadto znajdować się bezpieczniki, rezystory rozładowcze itp. Na rysunku 3.63 pokazano budowę kondensatora do poprawy współczynnika mocy.

Istotne różnice występują w budowie zwijek kondensatorów przeznaczonych na napięcia stałe, przemienne lub impulsowe. Ma to również wpływ na kształt i konstrukcję obudowy kondensatorów, szczególnie ze względu na warunki chłodzenia, np. jak na rys. 3.64.

3.10.2. Materiały stosowane do produkcji kondensatorów

W zwijkach kondensatorów jako dielektryk jest stosowany papier kondensatorowy i syntetyczne folie polimerowe.

Papier kondensatorowy jest używany w postaci bibułki o grubości 5 — 30 pm i gęstości 0,8-T-1,2• I0³ kg/m³. Papier o zwiększonej gęstości ma większą zarówno przenikalność elektryczną względną e„ jak i wytrzymałość na przebicie, ale też większy współczynnik stratności dielektrycznej tg<5. Elektryczne i mechaniczne właściwości papieru kondensatorowego zależą w istotny sposób od technologii jego produkcji i różnią się znacznie w zależności od producenta. Papier kondensatorowy zawiera zwykle ok. 25% objętościowo powietrza, 5-f-7% wagowo wody oraz 1 100 cząstek przewodzących na lm².

W celu uzyskania odpowiednich charakterystyk konieczne jest poddanie zwijek wykonanych z papieru technologicznemu procesowi suszenia i następnie nasycenia w warunkach próżniowych odpowiednio dobranym dielektrykiem ciekłym, tzw. syciwem kondensatorowym. Ze względu na obecność cząstek przewodzących stosuje się kilka warstw papieru między okładzinami kondensatora.

Syntetyczne folie polimerowe niepolarne, jak np. polistyren, polipropylen, charakteryzuje mała wartość e_r i tg<5. Wielkości te w niewielkim stopniu zależą od częstotliwości i temperatury. Dlatego folie te są przydatne do budowy kondensatorów dla zwiększonych częstotliwości.

Folie polarne, jak np. polikarbonaty, polietylcnotcrcftalan, mają stosunkowo dużą przenikalność elektryczną, lecz również większą stratność, silnie zależną od temperatury i częstotliwości. Nadają się do kondensatorów o dużej pojemności jednostkowej.

Niektóre właściwości najczęściej stosowanych w kondensatorach dielektryków stałych podano w tabl. 3.10.

Tablica 3.10. Właściwości kondensatorowych folii polimerowych i papieru, wg [3.18, 3.61]

Nazwa i oznaczenie materiału	Przenikalność elektryczna względna cr	Wytrzymałość na przebicie V/pm	lgc5 10 ^4przy 50 Hz, (20+80) °C
Polipropylen PP	22	300	2,0-2,2
Polikarbonat PC	2.9	280	10+20
Polistyren PS	2,54	200	t,0-2,0
Polietylenotereftalan PET (poliester)	3,3	300	20+60
Papier kondensatorowy typu Standard	2-Ż-3	O «o •I- o «■*-»	20+30
Papier kondensatorowy typu Low Loss (niskostratny)	2-3	30	10

Kondensatory z dielektrykiem syntetycznym nienasyconym są budowane na niskie napięcia, zwykle do 400 V. Na wyższe napięcia znamionowe stosuje się nasycanie folii w celu wyeliminowania powietrza z izolacji i uniknięcia wyładowań niezupełnych. Najbardziej rozpowszechniona w budowie kondensatorów jest folia polipropylenowa PP, wykonana z tzw. polipropylenu zorientowanego OPP. Folia PP, produkowana o grubości

4^-20 |im, charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi i elektrycznymi __tg₍5 3-10 ⁴ i e_r = 2,25 przy częstotliwościach do ok. 1 MHz.

Dla ułatwienia procesu nasycania stosuje się tzw. dielektryk mieszany, wykonany z polipropylenu PP i papieru P przy zachowaniu wzajemnego stosunku grubości warstw odwrotnie proporcjonalnego do ich przenikalności elektrycznych, tj. PP/P = 2:1. Łączna wartość tg<5 dielektryka mieszanego nie przekracza zwykle 5 • 10 ⁴. W układach mieszanych papier jest wprowadzany w celu ułatwienia procesu wnikania syciwa pomiędzy warstwy folii. W kondensatorach na napięcia stałe i pracujących w wysokich temperaturach izolację zwijek wykonuje się zwykle z polikarbonatów lub tcrcftalanów polietylenu.

Jako syciwo kondensatorowe niepolarne jest stosowany olej kondensatorowy mineralny, stanowiący produkt przerobu ropy naftowej i będący mieszaniną węglowodorów. Właściwości elektryczne oleju mineralnego silnie zależą od temperatury, natężenia pola elektrycznego i zawartości zanieczyszczeń jonowych, głównie zaś wilgoci. Mimo malej wartości przenikalności elektrycznej względnej r._r (ok. 2,2) i stosunkowo słabej odporności na czynniki powodujące starzenie, olej mineralny jest używany w kondensatorach ze względu na jego nictoksyczność, niepalność i względnie niską cenę.

Polarne syciwa kondensatorowe, w porównaniu z olejem mineralnym, charakteryzują nic tylko większe wartości r._r i tgó oraz silna ich zależność od temperatury, lecz także większa stabilność chemiczna i odporność na starzenie.

Wprowadzony do produkcji kondensatorów w latach pięćdziesiątych olej syntetyczny, tzw. askarel, tj. trójchlorodwufenyl PCB, spowodował istotne unowocześnienie kondensatorów prądu przemiennego. Jednak silna toksyczność askarcli i nic podleganie biodegradacji stały się przyczyną, że już ok. 1978 r. produkcja ich została wstrzymana i w wielu krajach zakazano ich użytkowania.

Obecnie do nasycania izolacji kondensatorów są stosowane różne syciwa, łącznie z olejem mineralnym (tabl. 3.11), jednak żadne z nich nic znalazło dotąd powszechnego zastosowania. Są to na ogół ciecze biodcgradalne lub termodegradalne.

Tablica 3.1J. Właściwości syciw kondensatorowych, wg [3.18, 3.61]

Nazwa i oznaczenie syciwa	Przenikalność elektryczna względna er	tg<5-10 ^4przy 50 Hz, 90*C	Temperatura krzepnięcia >C	Temperatura zapłonu °C
Mineralny olej kondensatorowy	2,2	20	-45	135
Olej rycynowy	4,7	300	-15	150
Trójchlorodwufenyl PCB^ł>	5,9	200	-18
Baylcctrol 4900	3,5	30	-54	154
Ugilcc CI01	2,66	30	-50	144
Fenyloksyliioetan PXE	2,7	10	-48	156
Olej silikonowy Siloxane	2,8	10	-50	285
^l> Obecnie nie stosowany.

Jako okładziny zwijek kondensatorowych jest stosowana folia aluminiowa o grubości zazwyczaj ok. 6 pm lub napylone na dielektryk warstwy metalowe z aluminium lub cynku ⁰ grubości mniejszej niż 0,1 gm. Występuje tu izolacja z papieru metalizowanego MP, metalizowanego polipropylenu MPP lub tzw. układ MKV złożony z warstw folii polipropylenowej i dwustronnie metalizowanego papieru kondensatorowego.

3.10.3. Pole elektryczne w kondensatorach

Wielkością charakteryzującą układ izolacyjny kondensatora jest natężenie pola elektrycznego w dielektryku zwijek. Można tu wyróżnić obszar praktycznie jednorodnego pola między równoległymi okładzinami i obszar pola silnie zniekształconego, występujący przy