Cosa succede se collego un condensatore di bassa tensione ad alta tensione?

Dato che c = q / v anche se lo collego a una V più alta, la sua carica Q può diminuire proporzionalmente, giusto? Quindi perché dovrebbe danneggiare il mio condensatore? o il campo elettrico interno diventerà troppo alto e causerà la rottura del dielettrico? O sarebbe solo troppo gocciolante e poi surriscaldato a causa di un aumento dell'autoriscaldamento?

Una risposta letterale è questa :

Ci sono tre condensatori bruciati; due possono essere visti come spirali di materiale grigio ancora ragionevolmente in situ, il terzo non è altro che la base e i terminali interni. Erano tutti classificati per 6,3 V ma, a causa di un guasto nel regolatore di potenza, erano collegati a un enorme 7,5 V. Una quantità trascurabile, così si potrebbe pensare, ma la lattina esterna di quel terzo condensatore è esplosa con una tale forza che ha praticato un foro in un pezzo di plastica di 3 mm - a circa 80 mm di distanza - e si è inserita in una batteria dall'altra parte.

Tutta quella roba marrone è un materiale fibroso simile al cartone e arriva ovunque. Non so se c'è un qualche tipo di olio all'interno del condensatore che si asciuga quando viene esposto all'aria, ma so che si attacca come colla a qualsiasi cosa atterra.

Devi stare attento con queste equazioni.

c = q / v, Q = CV, sembrano tutti molto belli, ma si applicano solo entro i limiti per i quali si applicano .

Per un condensatore, uno dei limiti è mantenere la tensione abbastanza bassa da mantenere intatto il dielettrico del condensatore. Quando si aumenta la tensione del terminale, lo stress elettrico aumenta attraverso il dielettrico e alla fine si interrompe. Quando ciò accade, non hai più un condensatore. Nel migliore dei casi si rimane con un corto circuito o un circuito aperto. Nel peggiore dei casi hai un laboratorio pieno di fumo e / o un viaggio al pronto soccorso.

I produttori di condensatori sono molto utili nella stampa della massima tensione che i loro tappi resisteranno prima di smettere di essere condensatori. In genere puoi superarlo un po ', qualche percento, a costo della vita del condensatore. Se lo superi del 10%, vedrai che la durata del condensatore diventa zero.

Se vuoi sapere perché qualcosa sta accadendo nel mondo reale, hai bisogno di un modello più complesso della pura formula teorica.

Come sono fatti i condensatori? Sono due sottili fogli di materiale elettricamente conduttivo con un sottile foglio di materiale elettricamente isolante posto tra di loro. La capacità è data dalla geometria di questi fogli. È necessario un isolante più sottile o una superficie più grande per una maggiore capacità.

In teoria, l'isolatore non consente agli elettroni di fluire attraverso di esso. I materiali nella vita reale si comportano diversamente. Con abbastanza tensione applicata, qualsiasi isolante sarà costretto a consentire agli elettroni di fluire attraverso di essa.

La tensione di rottura in cui ciò accade dipende dal materiale, anche dalla sua geometria. Un foglio più sottile di isolante si romperà a una tensione inferiore rispetto a una più spessa.

Questo fenomeno di rottura di solito è altamente energetico, perché la piccola quantità di corrente si dissiperà come calore sull'enorme resistenza dell'isolatore. Ciò potrebbe anche essere una semplificazione del fenomeno della vita reale del guasto da sovratensione. Potrebbero inoltre verificarsi reazioni chimiche che possono modificare il comportamento del condensatore.

Quindi, se si desidera realizzare un piccolo condensatore di alta capacità, dovrà essere limitato a basse tensioni. Per questa ragione, quelli ad alta tensione e ad alta capacità sono grandi.

Per @andy la formula deve essere applicata nel modo corretto.

per @andy e previsto da @ user44635 il condensatore si guasterà quando la tensione viene aumentata oltre un certo limite.

Il modo in cui fallisce e i suoi effetti dipendono

• la tensione di guasto,
• $\frac{1}{2}CV^2$
• tasso di variazione di carica e tensione,
• tipo di condensatore,
• difetti materiali e di fabbricazione,
• fattori ambientali quali umidità e temperatura, fonti di energia collegate.

@ceteras aggiunge alcuni spunti utili a @ user44635 e mostra come dobbiamo essere sempre consapevoli della teoria e delle relazioni pratiche in ciò che stiamo affrontando.

Gli effetti possono essere insignificanti: uno sbuffo di fumo o pericolosi, potenzialmente letali e catastrofici.

In un incidente negli anni '60, un condensatore relativamente piccolo - penso che fosse circa 33 pF - (circa 150 mm per 25 mm quadrati) che mio padre produceva ha provocato molti danni collaterali. Una piccola città di circa 100.000 abitanti era senza luci per un fine settimana. Il limite era su una linea CA da 33kV o 100kV. È stato usato come parte di un divisore capacitivo per la misurazione della tensione.

Fallito a causa di difetti di progettazione e fabbricazione. Non ricordo se qualcuno è stato ucciso o gravemente ferito. Questo avrebbe potuto facilmente essere il caso.

Per @Loren i calcoli funzionano come segue prendendo 33kV e 33pF (che è quello che mi sembra di ricordare che siano contrassegnati come)

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

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

Il fattore 1,4 corregge per RMS-> tensione di picco, i cappucci tendono a fallire ai picchi.

Lo scarico del tappo richiederebbe nella regione di 1ms producendo 35W (forse molto più veloce).

@ 100kV ottieni 9 volte l'energia e la potenza - 320mJ.

Il dielettrico fallì, probabilmente a causa di un'imperfezione. L'intera fornitura cittadina (diversi MVA, anche in quei giorni) è stata reindirizzata verso il tappo, ionizzata dall'aria, il resto è storia. L'estremità calda sarebbe stata una sbarra collettrice, l'estremità a terra era fissata a un altro cappuccio come un divisore parallelo a un indicatore del pannello al neon.

Abbastanza per svegliare l'operatore ma poco altro. Il contributo della linea elettrica attraverso l'aria ionizzata sarebbe durato un po 'di più e avrebbe causato il danno.

In presenza di

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

molta energia può essere immagazzinata e rilasciata rapidamente a tensioni e correnti anomale per i circuiti.

@Charlie mostra un bell'esempio di bassa tensione.

I cappucci elettrolitici sono interessanti in modalità di guasto poiché i fluidi (spesso in gel) possono bollire e causare un guasto esplosivo dal volume di gas caldi che ora occupa il loro interno. Possono raggiungere temperature superiori a 100celcius prima di esplodere e rilasciare vapore surriscaldato.

Gli ingegneri devono sempre preoccuparsi della sicurezza di se stessi e degli altri.

La carica di un condensatore comporta sempre alcuni rischi poiché potrebbe guastarsi anche se utilizzata entro i limiti previsti a causa di produzione, gestione, ambiente o per qualsiasi altro motivo.

Q = CV quindi, se la capacità rimane costante e si aumenta la tensione, la carica deve aumentare. Collegare un condensatore a una tensione che supera i suoi valori nominali richiede uno sbuffo di fumo o forse anche dei fuochi d'artificio.