Co się stanie, jeśli podłączę kondensator o niskim napięciu do wysokiego napięcia?

Biorąc pod uwagę, że c = q / v, nawet jeśli podłączę go do wyższego V, jego ładunek Q może proporcjonalnie zmniejszyć się, prawda? Dlaczego więc miałby uszkodzić mój kondensator? czy wewnętrzne pole elektryczne stanie się zbyt wysokie i spowoduje uszkodzenie dielektryka? A może po prostu stałoby się zbyt nieszczelne, a następnie przegrzało się z powodu znacznie zwiększonego samonagrzewania?

Dosłowne odpowiedź jest to :

Istnieją trzy dmuchane kondensatory; dwie z nich mogą być postrzegane jako spirale szarego materiału, wciąż dość rozsądnie na miejscu, trzeci to nic innego jak podstawa i wewnętrzne zaciski. Wszystkie zostały ocenione na 6,3 V, ale w przypadku awarii regulatora mocy zostały podłączone do ogromnej mocy 7,5 V. Niewielka ilość, jak można by pomyśleć, ale zewnętrzna puszka tego trzeciego kondensatora wybuchła z taką siłą, że wybiła otwór w kawałku plastiku 3 mm - około 80 mm - i zatopiła się w baterii po drugiej stronie.

Wszystkie te brązowe rzeczy są włóknistym materiałem podobnym do tektury i docierają wszędzie. Nie wiem, czy w kondensatorze jest jakiś olej, który wysycha pod wpływem powietrza, ale wiem, że przykleja się jak klej do wszystkiego, co wyląduje.

Musisz być ostrożny z tymi równaniami.

c = q / v, Q = CV, wszystkie wyglądają bardzo ładnie, ale mają zastosowanie tylko w granicach, dla których się ubiegają .

W przypadku kondensatora jednym z ograniczeń jest utrzymanie napięcia na tyle niskim poziomie, aby dielektryk kondensatora pozostał nienaruszony. Wraz ze wzrostem napięcia na zaciskach rośnie napięcie elektryczne w dielektryku i ostatecznie ulega on rozpadowi. Kiedy tak się dzieje, nie masz już kondensatora. W najlepszym przypadku pozostaje zwarcie lub przerwa w obwodzie. W najgorszym przypadku masz laboratorium pełne dymu i / lub podróż do ER.

Producenci kondensatorów są bardzo pomocni w drukowaniu maksymalnego napięcia, jakie wytrzymają ich czapki, zanim przestaną być kondensatorami. Zasadniczo możesz przekroczyć to nieco, kilka procent, kosztem żywotności kondensatora. Jeśli przekroczysz go o 10 procent, przekonasz się, że żywotność kondensatora wynosi zero.

Jeśli chcesz wiedzieć, dlaczego coś się dzieje w prawdziwym świecie, potrzebujesz bardziej złożonego modelu niż czysto teoretyczna formuła.

Jak powstają kondensatory? Są to dwa cienkie arkusze materiału przewodzącego elektryczność z cienkim arkuszem materiału izolatora elektrycznego umieszczonego między nimi. Pojemność jest podana przez geometrię tych arkuszy. Potrzebujesz cieńszego izolatora lub większej powierzchni, aby uzyskać większą pojemność.

Teoretycznie izolator nie przepuszcza elektronów. Materiały w prawdziwym życiu zachowują się inaczej. Przy wystarczającym napięciu każdy izolator będzie zmuszony do przepuszczenia przez niego elektronów.

Napięcie przebicia, w którym to się dzieje, zależy od materiału, a także od jego geometrii. Cieńszy arkusz izolatora rozpadnie się przy niższym napięciu niż grubsze.

To zjawisko rozpadu jest zwykle wysoce energetyczne, ponieważ niewielka ilość prądu rozproszy się w postaci ciepła na ogromny opór izolatora. Może to być również uproszczenie rzeczywistego zjawiska rozpadu przepięcia. Mogą również wystąpić reakcje chemiczne, które mogą zmienić zachowanie kondensatora.

Tak więc, jeśli chcesz zrobić mały kondensator o wysokiej pojemności, będzie musiał być ograniczony do niskich napięć. Z tego powodu duże są te o wysokim napięciu i dużej pojemności.

Na @andy formułę należy stosować we właściwy sposób.

na @andy i przewidywane przez @ user44635 kondensator ulegnie awarii, gdy napięcie wzrośnie powyżej pewnego limitu.

Sposób, w jaki zawodzi i jego skutki zależą

• napięcie awaryjne,
• zmagazynowana energia ( w chwili awarii),$\frac{1}{2}CV^2$
• szybkość zmian ładunku i napięcia,
• rodzaj kondensatora,
• wady materiałowe i produkcyjne,
• czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność i temperatura, podłączone źródła zasilania.

@ceteras dodaje użyteczne spostrzeżenia do @ user44635 i pokazuje, jak zawsze musimy być świadomi zarówno teorii, jak i praktycznych relacji w tym, z czym mamy do czynienia.

Efekty mogą być nieznaczne - kłębowisko dymu lub niebezpieczne, zagrażające życiu i katastrofalne.

W jednym z incydentów w latach 60. stosunkowo niewielki kondensator - wydaje mi się, że był to mniej więcej 33 pF - (około 150 mm na 25 mm kwadratowych) wyprodukowany przez mojego tatę wyrządził wiele szkód ubocznych. W małym miasteczku liczącym około 100 000 osób przez weekend nie było światła. Ograniczenie było na linii prądu przemiennego 33 kV lub 100 kV. Był używany jako część dzielnika pojemnościowego do pomiaru napięcia.

Nie powiodło się z powodu wady projektowej i produkcyjnej. Nie pamiętam, czy ktoś został zabity lub ciężko ranny. Tak mogło być z łatwością.

Na @Loren cielęta ćwiczą w następujący sposób, biorąc 33kV i 33pF (wydaje mi się, że pamiętam, że zostały oznaczone jako)

$\frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2} \times (33 \times 10^{-12}) \times (33 \times 1.4 \times 10^3)^2$

= ~ 35mJ (e & oe dzięki @peter @loren)

Współczynnik 1,4 koryguje dla wartości skutecznej RMS> szczytowe napięcie, czapki zwykle zawodzą przy szczytach.

Rozładowanie nasadki zajęłoby około 1 ms, dając 35 W (może znacznie szybciej).

Przy 100kV otrzymujesz 9-krotność energii i mocy - 320mJ.

Dielektryk zawiódł, prawdopodobnie z powodu niedoskonałości. Całe zaopatrzenie miasta (kilka MVA, nawet w tamtych czasach) zostało przekierowane na czapkę, zjonizowane powietrzem, reszta to historia. Gorący koniec byłby szyną zbiorczą, uziemiony koniec był przymocowany do innej nasadki jako rozdzielacz równoległy do ​​wskaźnika panelu neonowego.

Wystarczy, aby obudzić operatora, ale niewiele więcej. Wkład linii energetycznej przez zjonizowane powietrze trwałby nieco dłużej i spowodowałby uszkodzenie.

W obecności

  high power
  high voltage 
  high current 
  capacitors
  inductors
  high energy electrical systems of all forms 

dużo energii może być szybko magazynowane i uwalniane przy napięciach i prądach nienormalnych dla obwodów.

@Charlie pokazuje ładny przykład niskiego napięcia.

Czapki elektrolityczne są interesujące w trybie awaryjnym, ponieważ płyny (często w żelach) mogą wrzeć i powodować wybuchową awarię z powodu objętości gorących gazów zajmujących teraz ich wnętrze. Mogą osiągnąć temperaturę powyżej 100 stopni Celsjusza, zanim wybuchną i uwolnią przegrzaną parę.

Inżynierowie muszą zawsze dbać o bezpieczeństwo swoje i innych.

Ładowanie kondensatora zawsze wiąże się z pewnym ryzykiem, ponieważ może się nie powieść, nawet jeśli będzie działać w granicach swoich wartości znamionowych z powodu produkcji, obsługi, środowiska lub z jakiegokolwiek innego powodu.

Q = CV, więc jeśli pojemność pozostaje stała i podnosisz napięcie, ładunek musi wzrosnąć. Podłączenie kondensatora do napięcia przekraczającego jego wartości znamionowe wymaga przeciągu dymu, a może nawet fajerwerków.