Работоспособность металлопленочных конденсаторов в формированных электротепловых режимах

• Автор: Емельянов, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 05.09.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 246 с. : ил.

Список условных обозначений и сокращений

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Область форсированных электротепловых режимов нагрузки конденсаторов

1.2. Особенности конструкций и характеристик низковольтных металлопленочных конденсаторов

1.3. Методы расчета теплового состояния конденсаторов

1.3.1. Общие представления о тепловых расчетах в конденсаторах

1.3.2. Приближенные методы теплового расчета

1.3.3. Аналитические методы расчета

1.4. Современные представления о развитии тепловой неустойчивости в электрических конденсаторах с позиции синергетики

1.5. Выводы и постановка задачи исследования

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования
2.2. Испытательные камеры
2.3. Методика определения воздушных зазоров внутри цилиндрического конденсатора
2.4. Методика регистрации температуры
2.5. Методика регистрации ит пр в квазистационарных условиях
2.6. Методика измерения температурных и частотных зависимостей электрической прочности ,С и 1е5 испытуемых конденсаторов
2.7. Испытательный стенд для исследования работоспособности конденсаторов в форсированных режимах
2.8. Методика проведения вычислительного эксперимента
2.9. Статистическая обработка экспериментальных данных
Выводы
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ КОНДЕНСАТОРА ПРИ БОЛЬШИХ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫХ НАГРУЗКАХ
3.1. Математическая постановка задачи
3.2. Конденсатор с релаксационными потерями в условиях неоднородного электрического поля
3.3. Конденсатор с релаксационными потерями в условиях однородного электрического поля
3.4. Общий случай теплового состояния конденсатора с учетом релаксационных и джоулевых потерь
3.5. Метод осреднения уравнения теплопроводности для оценки максимальной температуры конденсатора
3.6. Динамика электротепловой неустойчивости полярного диэлектрика в области температурного максимума релаксационных потерь (ОТНУ)
3.7. Динамика развития тепловой неустойчивости в протяженных конденсаторных структурах
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ В ОБЛАСТИ БОЛЬШИХ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК
4.1. Температурная зависимость эффективного фактора потерь
4.2. Исследование зависимости пробивного напряжения от температуры
4.3. Экспериментальные данные развития тепловой динамики
4.4. Достигнутые значения удельной реактивной мощности
4.5. Влияние режимов охлаждения на срок службы
4.6. Особенности выхода из строя конденсаторов при увеличении длительности ФР
4.7. Распространение автоволнового фронта электротеплового разогрева в пленке ПВА
Выводы
5. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И СРОКА СЛУЖБЫ КОНДЕНСАТОРОВ В ФР
5.1. Исходные данные для расчета
5.2. Расчет эквивалентного воздушного зазора и теплофизических параметров конденсаторной секции
5.3. Определение эффективного коэффициента теплоотдачи с поверхности конденсатора
5.4. Безразмерное модельное уравнение теплопроводности для изотропной области
5.5. Расчет температурной динамики
5.6. Основные этапы и пример инженерного расчета температурной динамики и срока службы конденсатора
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4

Список условных обозначений и сокращений
ТУ — технические условия;
ПС — полистирол;
ПП — полипропилен;
ПТФЭ — политетрафторэтилен (фторопласт);
ПЭТФ — полиэтилентерефталат (лавсан);
МПК — металлопленочные конденсаторы;
ПК — поликарбонат;
ТНУ — тепловая неустойчивость;
ТП — тепловой пробой;
СВ — самовосстановление;
ФР — форсированный режим;
ОТНУ — ограниченная тепловая неустойчивость;
АВП — автоволновой процесс;
ПВА — поливинилацетат;
С — емкость, Ф;
1д5 — тангенс угла диэлектрических потерь;
Диз — сопротивление изоляции, Ом;
(?уд — удельная реактивная мощность, ВАр/м3; qv — удельная мощность тепловыделения, Вт/м3;
Ру — полная мощность тепловыделения, Вт;
Тел — срок службы, с;
т — безразмерное время;
и — действующее значение напряжения, В;
Е — напряженность электрического поля, В/м;
Т — температура, К или °С;
9 — безразмерная температура; перегрев, °С;
В случае конденсаторного диэлектрика 9тв и 9т„ могут соответствовать 2-м различным участкам У-обраной ВАХ (эффект Овшинского [69, 70]). Изучению указанной тепловой неустойчивости в тонких диэлектрических и полупроводниковых структурах посвящено достаточно большое количество работ. Общий феноменологический анализ такого «переключения» в предположении экспоненциальной зависимости у(Т), а также термоактивационной и термополевой зависимостей:
у(Т) = пе кТ,
у(т) = у„е°т+ЬЕ,
где IV, к — энергия активации и постоянная Больцмана, а, Ь — параметры, Е — напряженность поля, был проведен в работах П. Клейна [70, 71] Э. Шеля [72, 73], М. Шоу [74, 75] и др. Указанные эффекты тепловой неустойчивости (ограниченного теплового пробоя) объясняют наличие У-образной ВАХ в ряде халькогенидных соединений [76, 78], в пленках У205 [77, 78] и других случаях [75, 158]. В указанных работах использовались интегральные тепловые характеристики для оценки критических параметров нагрузки. Методами вычислительной математики было показано существование неоднородных температурных распределений Г(г) по объему
образца и, что более важно, явления шнурования тока в области повышенных температур [75].
Вообще говоря, неустойчивости, обусловленные нарушением теплового баланса системы во многих случаях имеют некоторый общий, универсальный характер: при процессах пробоя неравновесного газа [96], при распространении волн горения [60] и детонации в хи-