Вибір діелектричної системи високовольтного імпульсного конденсатора, що призначений для експлуатації в режимі з високою частотою проходження зарядів-розрядів

Abstract

Робота присвячена вибору діелектричної системи (твердий робочий діелектрик - рідкий діелектрик, що просочує) для високовольтного імпульсного конденсатора, який експлуатується в режимі з високою частотою проходження зарядів-розрядів. Вибір оптимальної системи для такого конденсатора потребує проведення аналітичного огляду діелектричних матеріалів, що застосовуються у високовольтному конденсаторобудуванні. Так як високовольтний імпульсний конденсатор призначений для експлуатації з високою частотою проходження зарядів-розрядів, то оглядвиконувався виключно по неполярним діелектричним матеріалам, які в порівнянні з полярними мають більш ніж на порядок меншими діелектричними втратами, і одночасно високою електричною міцністю. В якості твердого робочого діелектрика однозначно обраний діелектрик на основі шарів тільки полімерної плівки. З полімерних плівок для робочого діелектрика обрана поліпропіленова плівка, також розглянуті її діелектричні характеристики в залежності від місця і способу виробництва. У нашому випадку була обрана поліпропіленова плівка українського виробництва, яка за своїми електрофізичними характеристиками не поступається плівкам провідних країн-виробників. При виборі рідкого діелектрика, що просочує плівковий робочий діелектрик розглядалися неполярні діелектричні рідини, що мають малу кінематичну в'язкість. Розглянуто властивості малов’язких діелектричних рідин від провідних країн-виробників. Розглянуто характеристики рідких діелектриків на основі мінеральних масел, які тривалий час застосовуються в високовольтної техніці, проте горючість, неоднорідність характеристик, недостатньо висока електрична стійкість в електричному полі призвело до їх заміни на синтетичні рідини. Розглянуто властивості кремнійорганічних рідин (зокрема поліметилсілоксанов), синтетичних вуглеводнів (зокрема суміші моно- і дібензілтолуолов (JARILEC C101) і фенілксилілетана (ФКЕ)). Проведена порівняльна оцінка їх діелектричних характеристик. На основі проведеного аналізу надано рекомендації щодо застосування діелектриків для діелектричної системи високовольтного імпульсного конденсатора, який призначений для експлуатації в режимі з високою частотою проходження зарядів-розрядів.

The work is devoted to the selection of a dielectric system (solid working dielectric - liquid impregnating dielectric) for a high-voltage pulse capacitor, which is operated in a mode with a high repetition rate of charge-discharges. The choice of the optimal system for such a capacitor required an analytical review of dielectric materials used in high-voltage capacitor construction. Since a high-voltage pulse capacitor is designed for operation with a high repetition rate of charge-discharges, it was performed exclusively on non-polar dielectric materials, which have, compared to polar, more than order of magnitude lower dielectric losses and, at the same time, high electrical strength. As a solid working dielectric, a dielectric based on layers of only a polymer film is uniquely selected. A polypropylene film was selected from polymer films for the working dielectric, and its dielectric characteristics were also considered depending on the place and method of production. In our case, a polypropylene film of Ukrainian production was chosen, which in its electrophysical characteristics is not inferior to the films of leading manufacturing countries. When choosing a liquid impregnating dielectric for a film working dielectric, non-polar dielectric liquids with a low kinematic viscosity were considered. The properties of low-viscosity dielectric liquids from leading manufacturing countries are considered. The characteristics of liquid dielectrics based on mineral oils, which have been used for a long time in high-voltage technology, are considered, however, the combustibility, heterogeneity of characteristics, and insufficiently high electrical resistance in an electric field led to their replacement with synthetic liquids. The properties of organosilicon liquids (in particular polymethylsiloxanes), synthetic hydrocarbons (in particular, a mixture of mono- and dibenzyltoluenes (JARILEC C101) and phenylxylene ethane (PXE)) are considered. A comparative assessment of their dielectric characteristics is carried out. Based on the analysis, recommendations are given on the use of dielectrics for a dielectric system of a high-voltage pulse capacitor, which is designed for operation in a mode with a high repetition rate of charge-discharges.