Кратковременная электрическая прочность конденсаторов

Кратковременная электрическая прочность конденсаторов характеризуется значениямии , полученными при быстром испытании. Она зависит и может изменяться от ряда факторов конструктивного характера и вызванных внешними влияниями.

Необходимо иметь в виду, что электрическая прочность, определенная на образцах диэлектрика, может отличаться от тех значений которые можно получить в конденсаторе изготовленном из этого диэлектрика, причем они будут всегда ниже. Электрическая прочность зависит от толщины диэлектрика.

При испытании образцов диэлектрика в условиях однородного поля удается получить линейную зависимость от толщины и соответственно независимость от толщины диэлектрика.

В конденсаторах чаще всего имеется неоднородное поле у краев обкладки. В этом случае напряженность поля у края обкладки может быть повышена по сравнению со средним значением . Например, при соблюдении условия , где – толщина обкладки имеем:

[150]

Другая эмпирическая формула имеет вид:

[151]

Таким образом, при заданном значении увеличение толщины диэлектрика h приводит к увеличению . При увеличении толщины диэлектрика пробой у края обкладки произойдет при том же значении , но величина будет еще ниже, так как искажение поля усилится и различие в значениях и будет еще больше. Таким образом значение , о котором мы судим по величине в момент пробоя будет падать с ростом толщины, а будет расти, но замедленно.

C точки зрения, повышения кратковременной конденсатора, выгоднее снижать толщину диэлектрика между обкладками, применяя ряд секций с тонким диэлектриком, соединенных последовательно, чтобы обеспечить нужную величину . Однако при уменьшении толщины диэлектрика до очень малых значений возникает опасность появления в нем слабых мест. Таким образом, при диэлектрике, составленном из тонких слоев, увеличение числа слоев, то есть увеличение толщины, должно давать повышение . Пусть слоистый диэлектрик состоит из n слоев с толщиной слоя . Пусть в одном из слоев имеется слабое место, образованное проводящей частицей толщиной х. Отношение .

Пренебрегаем искажением поля возле частицы и считаем, что ее величина скажется лишь на снижении общей толщины изоляции. Пусть – электрическая прочность здоровых слоев диэлектрика. Тогда изоляции с одним поврежденным слоем будет равно:

. [152]

Среднее значение пробивного напряжения находится следующим образом:

. [153]

С увеличением числа слоев n средняя пробивная напряженность будет расти, приближаясь к значению . Однако величина при неоднородном поле уменьшается с ростом толщины за счет искажения поля у краев обкладок. Поэтому рост слоистого диэлектрика с увеличением числа слоев будет идти до некоторого критического значения ; далее начинается уменьшение . Величина зависит от толщины отдельных слоев, и от площади обкладок конденсатора.

Для получения максимальной величины следует брать оптимальное число слоев . Это можно осуществить в конденсаторах высокого напряжения, собирая их из последовательно соединенных секций с таким расчетом, чтобы толщина диэлектрика в каждой секции была оптимальной, то есть обеспечивала бы наивысшее значение _. Увеличение площади обкладок вызывает снижение кратковременной прочности конденсаторов, особенно при малых толщинах диэлектриков, за счет увеличения вероятности попадания слабых мест между обкладками.