Was passiert, wenn ich einen Niederspannungskondensator an eine Hochspannung anschließe?

Wenn c = q / v ist, selbst wenn ich es an ein höheres V anschließe, kann seine Ladung Q proportional abnehmen, oder? Warum sollte mein Kondensator beschädigt werden? oder wird das interne elektrische Feld zu hoch und führt dazu, dass das Dielektrikum zusammenbricht? Oder würde es einfach zu undicht werden und sich dann aufgrund der stark erhöhten Eigenerwärmung überhitzen?

Eine wörtliche Antwort ist diese :

Es gibt drei durchgebrannte Kondensatoren; zwei können als Spiralen aus grauem Material angesehen werden, die sich noch in situ befinden, die dritte ist nichts anderes als die Basis und die internen Anschlüsse. Sie waren alle für 6,3 V ausgelegt, wurden jedoch aufgrund eines Ausfalls des Leistungsreglers an satte 7,5 V angeschlossen. Eine vernachlässigbare Menge, so würde man meinen, aber die äußere Dose dieses dritten Kondensators blies mit solcher Kraft ab, dass sie ein Loch in ein Stück 3 mm Plastik - etwa 80 mm entfernt - stanzte und sich auf der anderen Seite in eine Batterie einbettete.

Das ganze braune Zeug ist ein faserartiges Material, das Pappe ähnelt, und es kommt überall hin. Ich weiß nicht, ob sich im Kondensator Öl befindet, das trocknet, wenn es Luft ausgesetzt ist, aber ich weiß, dass es wie Klebstoff an dem haftet, auf dem es landet.

Sie müssen mit diesen Gleichungen vorsichtig sein.

c = q / v, Q = CV, alle sehen sehr gut aus, gelten aber nur innerhalb der Grenzen, für die sie gelten .

Bei einem Kondensator besteht eine der Grenzen darin, die Spannung so niedrig zu halten, dass das Kondensatordielektrikum intakt bleibt. Wenn Sie die Klemmenspannung erhöhen, steigt die elektrische Spannung über dem Dielektrikum an und bricht schließlich zusammen. In diesem Fall haben Sie keinen Kondensator mehr. Im besten Fall bleibt Ihnen ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung. Im schlimmsten Fall haben Sie ein Labor voller Rauch und / oder einen Ausflug in die Notaufnahme.

Kondensatorhersteller sind sehr hilfreich beim Drucken der maximalen Spannung, die ihre Kappen halten, bevor sie keine Kondensatoren mehr sind. Sie können dies im Allgemeinen ein wenig, einige Prozent, auf Kosten der Kondensatorlebensdauer überschreiten. Wenn Sie es um 10 Prozent überschreiten, wird Ihre Kondensatorlebensdauer Null.

Wenn Sie wissen möchten, warum in der realen Welt etwas passiert, benötigen Sie ein komplexeres Modell als die reine theoretische Formel.

Wie werden die Kondensatoren hergestellt? Sie sind zwei dünne Schichten aus elektrisch leitendem Material, zwischen denen eine dünne Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist. Die Kapazität ergibt sich aus der Geometrie dieser Bleche. Für eine höhere Kapazität benötigen Sie einen dünneren Isolator oder eine größere Oberfläche.

Theoretisch lässt der Isolator nicht zu, dass die Elektronen durch ihn fließen. Materialien im wirklichen Leben verhalten sich anders. Wenn genügend Spannung angelegt ist, wird jeder Isolator gezwungen, Elektronen durch ihn fließen zu lassen.

Die Durchschlagspannung, bei der dies geschieht, hängt vom Material und auch von seiner Geometrie ab. Eine dünnere Isolatorschicht bricht bei einer niedrigeren Spannung zusammen als eine dickere.

Dieses Durchbruchphänomen ist normalerweise sehr energiereich, da die geringe Strommenge als Wärme auf den großen Widerstand des Isolators abgeführt wird. Dies könnte auch eine Vereinfachung des realen Phänomens des Überspannungsausfalls sein. Es können auch chemische Reaktionen auftreten, die das Verhalten des Kondensators verändern können.

Wenn Sie also einen kleinen Kondensator mit hoher Kapazität herstellen möchten, muss dieser auf niedrige Spannungen begrenzt werden. Hochspannung mit hoher Kapazität sind aus diesem Grund groß.

Per @andy muss die Formel richtig angewendet werden.

Per @andy und von @ user44635 vorhergesagt, fällt der Kondensator aus, wenn die Spannung über einen bestimmten Grenzwert angehoben wird.

Die Art und Weise, wie es versagt und welche Auswirkungen es hat, hängt davon ab

• die Ausfallspannung,
• gespeicherte Energie ( zum Zeitpunkt des Ausfalls),$\frac{1}{2}CV^2$
• Änderungsrate von Ladung und Spannung,
• Art des Kondensators,
• Material- und Herstellungsfehler,
• Umweltfaktoren wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur, angeschlossene Stromquellen.

@ceteras fügt @ user44635 einige nützliche Erkenntnisse hinzu und zeigt, wie wir uns immer sowohl der theoretischen als auch der praktischen Beziehungen bewusst sein müssen, mit denen wir uns befassen.

Die Auswirkungen können unbedeutend sein - eine Rauchwolke oder gefährlich, lebensbedrohlich und katastrophal.

Bei einem Vorfall in den 1960er Jahren löste ein relativ kleiner Kondensator - ich glaube, es waren ungefähr 33 pF - (ungefähr 150 mm x 25 mm im Quadrat), den mein Vater hergestellt hatte, eine Menge Kollateralschäden aus. Eine kleine Stadt mit etwa 100.000 Einwohnern war am Wochenende ohne Licht. Die Kappe befand sich entweder auf einer 33-kV- oder einer 100-kV-Wechselstromleitung. Es wurde als Teil eines kapazitiven Teilers zur Spannungsmessung verwendet.

Es scheiterte an Konstruktions- und Herstellungsfehlern. Ich erinnere mich nicht, ob jemand getötet oder schwer verletzt wurde. Dies hätte leicht der Fall sein können.

Per @Loren funktionieren die Berechnungen wie folgt: 33kV und 33pF (was ich anscheinend daran erinnere, dass sie als markiert sind)

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

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

Der Faktor 1,4 korrigiert RMS-> Spitzenspannung, Kappen neigen dazu, an den Spitzen zu versagen.

Das Entladen der Kappe würde im Bereich von 1 ms dauern und 35 W ergeben (möglicherweise viel schneller).

Bei 100 kV erhalten Sie die 9-fache Energie und Leistung - 320 mJ.

Das Dielektrikum versagte wahrscheinlich aufgrund einer Unvollkommenheit. Die gesamte Stadtversorgung (mehrere MVA, auch in jenen Tagen) wurde in Richtung der Kappe umgeleitet, luftionisiert, der Rest ist Geschichte. Das heiße Ende wäre eine Sammelschiene gewesen, das Masseende war an einer anderen Kappe als Teiler parallel zu einer Neonanzeige angebracht.

Genug, um den Bediener zu wecken, aber sonst wenig. Der Beitrag der Stromleitung durch ionisierte Luft hätte etwas länger gedauert und den Schaden angerichtet.

In Anwesenheit von

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

Bei für die Schaltung anormalen Spannungen und Strömen kann viel Energie schnell gespeichert und freigesetzt werden.

@Charlie zeigt ein schönes Niederspannungsbeispiel.

Elektrolytkappen sind im Versagensmodus interessant, da die Flüssigkeiten (oft in Gelen) kochen und ein explosives Versagen aufgrund des Volumens heißer Gase verursachen können, die sich jetzt in ihrem Inneren befinden. Sie können Temperaturen über 100 ° C erreichen, bevor sie explodieren und überhitzten Dampf abgeben.

Ingenieure müssen sich immer um die Sicherheit ihrer selbst und anderer kümmern.

Das Laden eines Kondensators birgt immer ein gewisses Risiko, da er selbst bei Betrieb innerhalb seiner Nenngrenzen aufgrund von Herstellung, Handhabung, Umweltbedingungen oder aus anderen Gründen ausfallen kann.

Q = CV Wenn also die Kapazität konstant bleibt und Sie die Spannung erhöhen, muss sich die Ladung erhöhen. Wenn Sie einen Kondensator an eine Spannung anschließen, die seine Nennwerte überschreitet, müssen Sie eine Rauchwolke oder sogar ein Feuerwerk anfordern.