В последнее время получили распространение установки, работающие в повторно-кратковременном режиме, т.е. когда серии зарядно-разрядных циклов, следующих непрерывно с частотой f, равной нескольким сотням герц, генерируются с перерывами в работе. Число зарядно-разрядных циклов в серии и интервалы между сериями выбираются из следующих условий:
1) конденсатор за время серии зарядно-разрядных циклов не должен нагреться выше допустимой температуры, причем расчет следует производить из условий адиабатического нагрева конденсатора;
2) при условии, что длительность интервала между сериями больше длительности серии, длительность паузы между сериями выбирается:
|
|
где n – число импульсов в серии, fн – допустимая частота следования импульсов при
 |
Пример для конденсатора с допустимой частотой следования импульсов в непрерывном режиме fн = 0.1 Гц. Требуется получить частоту следования импульсов в серии fс = 100 Гц, тогда n =tc∙fc = tп∙fн или:
|
|
Если tc=10 сек, n=103 и tп=104 сек.
Такое генерирование часто используют в локации, рентгеновской киносъемке, лазерной физике.
3.3.2. Импульсные кабели.
При создании мощных импульсных источников энергии высоковольтные кабели с полимерной изоляцией применяются для создания элементов накопителя в основной разрядной цепи и для передачи импульсов синхронизации. С целью уменьшения индуктивности и радиальных размеров в таких кабелях применяются весьма высокие рабочие напряженности поля. Нарушение изоляции кабелей в рабочем режиме связана, как правило, с процессом зарождения и развития дендридов. В импульсных кабелях наиболее широко используются два типа изоляции:
- монолитная полиэтиленовая;
- пленочная полимерная изоляция, накладываемая путем многослойной намотки полимерной пленки с пропиткой между слоями кремнийорганической жидкостью.
В отдельных случаях применяют комбинации из этих двух типов изоляции.
Наибольшая напряженность поля в коаксиальном кабеле, как известно, имеет место на поверхности внутреннего электрода:
|
|
где r и R – радиусы, соответственно внутреннего и внешнего проводников. При заданном R и U величина r имеет оптимальное значение, соответствующее минимальной величине поля у поверхности внутреннего проводника:
|
|
при r = R / e, где e – основание натурального логарифма.
В связи с этим наибольшее влияние на процессы зарождения дендридов оказывают микронеоднородности жилы, наличие у жилы воздушных включений, а также инжектированный с поверхности жилы объемный заряд. Чтобы задержать начало зарождения дендрида, применяют либо сплошную полированную жилу, либо полупроводящий экран у поверхности жилы. В зависимости от конструкции, рабочая напряженность поля у поверхности кабеля находится в пределах 20÷40 кв/мм.
3.3.3 Надежность импульсных конденсаторов и кабелей.
Для крупных емкостных накопителей, состоящих из большого числа конденсаторов (104 и более) с кабелями в качестве соединительных элементов, предъявляются повышенные требования к надежности конденсаторов и кабелей. Для нормальной эксплуатации крупных накопителей надежность их отдельных элементов должна быть на уровне 0.99 и выше. Прогнозирование требуемой надежности связано со значительными трудностями длительных испытаний большого количества элементов на срок службы. Если же вид функции распределения сроков службы N установлен на основании физической модели разрушения изоляции, то испытания должны преследовать цель определения параметров этой функции. В частности, для конденсаторов в области малых вероятностей имеет место распределение Вейбулла:
|
|
при β≤1.
Для кабелей распределение сроков службы представляет собой комбинацию логарифмически нормального и вейбулловского распределений.
Ниже отметим практические мероприятия, позволяющие увеличить вероятность безотказной работы для заданного ресурса N, либо для заданной вероятности – увеличить ресурс.
1) Применение более совершенных изоляционных материалов.
2) Переход от колебательного разряда к апериодическому. Этот переход может быть достигнут использованием вспомогательных нелинейных сопротивлений (например, из окиси цинка) или применением шунтирования индуктивной нагрузки (режим кроубара). Так, переход от колебательного разряда с Δ=1.5 к апериодическому увеличивает срок службы конденсаторов приблизительно в 100 раз!
3) Проведение более жестких приемо-сдаточных испытаний.
4) Ограничение перенапряжений в элементах накопителя, которые возникают при каждом нормальном разряде накопителя. Основной мерой, уменьшающей перенапряжение, является подключение линейных или нелинейных резисторов к разрядникам и к нагрузке.
5) Наиболее эффективная мера, и наименее нежелательная, состоит в снижении рабочей напряженности электрического поля в конденсаторах и кабелях. Эту меру используют, как правило, только в тех случаях, когда перечисленные выше приемы не позволяют получить требуемую надежность элементов. Недостатки этого способа заключаются в том, что при этом уменьшается удельная энергоемкость накопителя ( ~ E2), увеличиваются его размеры и собственная индуктивность.
Для конденсаторов и кабелей может быть принята системная зависимость срока службы N от Е:
N = A ∙ E-n
Причем для малых вероятностей пробоя для большинства типов конденсаторов n=10, а для кабелей n=6.
Например, снижение Uраб в 2 раза увеличивает ресурс конденсатора примерно на 3 порядка.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
