Абсорбция электрических зарядов в конденсаторе

Если обкладки конденсатора на малое время замкнуть «накоротко», а затем разомкнуть, то напряжение на его обкладках сначала упадет до нуля, а после размыкания может опять увеличиться до некоторого значения. Это явление, свойственное конденсаторам с замедленной поляризацией (многослойным, с неоднородностями диэлектрика) и называется абсорбцией электрических зарядов.

Явление абсорбции в первом приближении можно объяснить, пользуясь эквивалентной схемой, изображенной на рис.1. При замыкании накоротко на малое время выводов 1—2 обкладок успевает полностью разрядиться только основная емкость, обусловленная быстрой поляризацией. Однако в диэлектрике (особенно в неоднородном) на поверхностях раздела, на неоднородностях и в некоторых других случаях накапливаются объемные заряды, на образование которых затрачивается значительное время, измеряемое иногда десятками минут. Наличие таких зарядов на рис.1 изображено в виде некоторой абсорбционной емкости С подключенной к основной через эквивалентное сопротивление R_a.

Емкость С_а за время закорачивания обкладок конденсатора не успевает разрядиться полностью, и после их размыкания оставшийся заряд распределяется между С_а и С, создавая на выводах 1—2 некоторое напряжение.

Это напряжение составит лишь некоторую часть зарядного напряжения и после достижения некоторого максимального значения будет постепенно спадать со временем (рис. 2) за счет саморазряда конденсатора, но в случае конденсаторов с высоким рабочим напряжением может все же представить опасность для обслуживающего персонала. Поэтому установки с бумажными конденсаторами высокого напряжения обычно снабжаются специальными разрядными сопротивлениями или другими разрядными устройствами, обеспечивающими нужную степень безопасности. Зарубежные фирмы часто изготовляют конденсаторы высокого напряжения с разрядными сопротивлениями, встроенными внутрь конденсатора. При выборе разрядных сопротивлений обычно исходят из требования, чтобы за время не более 30 секунд с момента отключения конденсатора напряжение на его выводах упало до безопасного значения 65 В.

Величину абсорбции количественно характеризуют коэффициентом абсорбции: K_a=(U₂/U₁)*100%, где U₁ — напряжение на обкладках конденсатора до закорачивания; U₂ — напряжение, восстановившееся на обкладках конденсатора через 3 мин после того как он был закорочен на 5 сек.

Таким образом, коэффициент абсорбции показывает, какая часть общего заряда, запасенного диэлектриком при его поляризации, отдается в процессе восстановления напряжения.

Явление абсорбции необходимо учитывать при работе с высоковольтными конденсаторами, на которых после их кратковременного разряда может восстановиться опасное для жизни напряжение. В таблице рис. 3 приведены типовые значения коэффициента абсорбции для конденсаторов различного типа.

Величина коэффициента абсорбции представляет интерес не только с точки зрения техники безопасности, но и при использовании конденсаторов в ряде устройств измерительной и счетно-решающей техники, где появление остаточного заряда на конденсаторах может искажать работу устройства. В этом случае отдают предпочтение пленочным конденсаторам, которые имеют наименьшие значения K_a. Надо иметь в виду, что приведенные здесь (Рис.3) значения для пленочных конденсаторов соответствуют непропитанным образцам. Пропитка пленочного конденсатора увеличивает неоднородность диэлектрика и приводит к заметному увеличению величины K_a. С увеличением температуры величина K_a у всех типов конденсаторов обычно несколько возрастает. Наименьшей абсорбцией, практически нулевой, обладают конденсаторы с газообразным диэлектриком, но малая величина их номинальной емкости часто заставляет исключить их из рассмотрения.

В настоящее время для ряда типов конденсаторов величина K_a вводится в технические требования или нормы. При этом надо строго оговаривать условия испытания, чтобы получать воспроизводимые значения этой характеристики.