จะเกิดอะไรขึ้นถ้าฉันเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกับแรงดันสูง

เมื่อพิจารณาว่า c = q / v แม้ว่าฉันจะเชื่อมต่อกับ V ที่สูงกว่าการชาร์จ Q อาจลดลงตามสัดส่วนใช่ไหม เหตุใดจึงควรสร้างความเสียหายตัวเก็บประจุของฉัน หรือสนามไฟฟ้าภายในจะสูงเกินไปและทำให้อิเล็กทริกแตกตัวหรือไม่? หรือว่ามันจะรั่วเกินไปแล้วทำให้ร้อนมากเกินไปเนื่องจากความร้อนในตัวเองเพิ่มขึ้นอย่างมาก?

คำตอบที่แท้จริงคือนี้ :

มีตัวเก็บประจุเป่าสามตัว สองสามารถมองเห็นเป็นเกลียวของวัสดุสีเทายังคงอยู่ในแหล่งกำเนิดที่สามคืออะไรมากไปกว่าฐานและขั้วภายใน พวกเขาได้รับการจัดอันดับสำหรับ 6.3V แต่ทำเพื่อความล้มเหลวในการควบคุมพลังงานพวกเขาเชื่อมต่อกับ 7.5V มหันต์ จำนวนเล็กน้อยดังนั้นใครจะคิด แต่ตัวเก็บประจุด้านนอกของตัวเก็บประจุตัวที่สามสามารถระเบิดได้ด้วยแรงดังกล่าวว่ามันเจาะรูด้วยพลาสติก 3 มม. - ห่างออกไปประมาณ 80 มม. และฝังตัวลงในแบตเตอรี่อีกด้านหนึ่ง

สิ่งของสีน้ำตาลทั้งหมดนั้นเป็นวัสดุที่มีลักษณะคล้ายกระดาษแข็งและมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ฉันไม่รู้ว่ามีน้ำมันบางชนิดในตัวเก็บประจุที่แห้งเมื่อสัมผัสกับอากาศหรือไม่ แต่ฉันรู้ว่ามันเกาะติดเหมือนกาวกับสิ่งที่มันตกลงมา

คุณต้องระวังสมการเหล่านี้

c = q / v, Q = CV ทุกคนดูดีมาก แต่ก็ใช้ได้เฉพาะภายในขอบเขตที่ใช้เท่านั้น

สำหรับตัวเก็บประจุหนึ่งในข้อ จำกัด คือทำให้แรงดันไฟฟ้าต่ำพอที่ตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกยังคงเหมือนเดิม เมื่อคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของเทอร์มินัลความเครียดทางไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นทั่วอิเล็กทริกและในที่สุดมันก็จะพังลงมา เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นคุณจะไม่มีตัวเก็บประจุอีกต่อไป ในกรณีที่ดีที่สุดคุณจะเหลือไฟฟ้าลัดวงจรหรือวงจรเปิด ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดคุณมีห้องแล็บที่เต็มไปด้วยควันและ / หรือการเดินทางไปที่ ER

ผู้ผลิตตัวเก็บประจุมีประโยชน์อย่างมากในการพิมพ์แรงดันสูงสุดที่ฝาจะอยู่ก่อนที่จะหยุดเป็นตัวเก็บประจุ โดยทั่วไปคุณสามารถเกินกว่านั้นสักสองสามเปอร์เซ็นต์ในราคาของอายุของตัวเก็บประจุ หากคุณมีค่าเกินกว่าร้อยละ 10 คุณจะพบว่าอายุการใช้งานตัวเก็บประจุของคุณกลายเป็นศูนย์

ถ้าคุณต้องการที่จะรู้ว่าทำไมบางสิ่งบางอย่างเกิดขึ้นในโลกแห่งความจริงคุณต้องมีแบบจำลองที่ซับซ้อนกว่าสูตรทางทฤษฎีที่บริสุทธิ์

ตัวเก็บประจุทำอย่างไร? พวกเขาเป็นแผ่นบาง ๆ ของวัสดุนำไฟฟ้าที่มีแผ่นฉนวนกันความร้อนบาง ๆ วางอยู่ระหว่างพวกเขา ความจุถูกกำหนดโดยรูปทรงเรขาคณิตของแผ่นเหล่านี้ คุณต้องการฉนวนที่บางขึ้นหรือพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้นเพื่อความจุที่มากขึ้น

ในทางทฤษฎีฉนวนไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลผ่านมัน วัสดุในชีวิตจริงมีพฤติกรรมแตกต่างกัน เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าเพียงพอฉนวนจะถูกบังคับให้อิเล็กตรอนไหลผ่าน

แรงดันพังทลายที่สิ่งนี้เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับวัสดุเช่นเดียวกันกับเรขาคณิต แผ่นฉนวนที่บางกว่าจะสลายตัวที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแผ่นหนา

ปรากฏการณ์สลายนี้มักจะมีพลังสูงเนื่องจากกระแสไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยจะกระจายไปตามความร้อนบนตัวต้านทานขนาดใหญ่ของตัวแยก สิ่งนี้อาจเป็นการลดความซับซ้อนของปรากฏการณ์ชีวิตจริงของการสลายแรงดันไฟฟ้าเกิน ปฏิกิริยาเคมีอาจเกิดขึ้นซึ่งสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของตัวเก็บประจุ

ดังนั้นหากคุณต้องการที่จะสร้างตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่มีความจุสูงมันจะต้องถูก จำกัด ให้แรงดันไฟฟ้าต่ำ แรงดันสูงและความจุสูงนั้นใหญ่มากด้วยเหตุนี้

ต่อ @andy สูตรจะต้องมีการใช้ในลักษณะที่ถูกต้อง

ต่อ @andy และถูกทำนายโดย @ user44635 ตัวเก็บประจุจะล้มเหลวเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกินขีด จำกัด

วิธีที่มันล้มเหลวและผลกระทบของมันขึ้นอยู่กับ

• แรงดันไฟฟ้าล้มเหลว
• พลังงานที่เก็บไว้ ($\frac{1}{2}CV^2$ ในช่วงเวลาแห่งความล้มเหลว)
• อัตราการเปลี่ยนแปลงของประจุและแรงดันไฟฟ้า
• ประเภทของตัวเก็บประจุ
• ข้อบกพร่องของวัสดุและการผลิต
• ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเช่นความชื้นและอุณหภูมิแหล่งจ่ายไฟที่ต่ออยู่

@ceteras เพิ่มข้อมูลเชิงลึกที่มีประโยชน์ให้กับ @ user44635 และแสดงให้เห็นว่าเราจะต้องตระหนักถึงทั้งทฤษฎีและความสัมพันธ์เชิงปฏิบัติในสิ่งที่เรากำลังทำอยู่เสมอ

ผลกระทบอาจไม่มีนัยสำคัญ - พัฟของควันหรืออันตราย, คุกคามชีวิตและหายนะ

ในเหตุการณ์หนึ่งในทศวรรษ 1960 ตัวเก็บประจุขนาดเล็ก - ฉันคิดว่ามันคือ 33pF หรือประมาณนั้น - (ประมาณ 150 มม. โดย 25 มม. สี่เหลี่ยม) พ่อของฉันผลิตขึ้นมาทำให้เกิดความเสียหายของหลักประกันมากมาย เมืองเล็ก ๆ ที่มีผู้คนประมาณ 100K นั้นไม่มีไฟในช่วงสุดสัปดาห์ ฝาปิดอยู่บนสาย AC ขนาด 33kV หรือ 100kV มันถูกใช้เป็นส่วนหนึ่งของตัวแบ่ง capacitive สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้า

มันล้มเหลวเนื่องจากข้อบกพร่องของการออกแบบและการผลิต ฉันจำไม่ได้ว่ามีใครถูกฆ่าหรือบาดเจ็บสาหัส นี่อาจเป็นเรื่องง่าย

ต่อ @Loren calcs ได้ผลดังนี้รับ 33kV และ 33pF (ซึ่งเป็นสิ่งที่ฉันดูเหมือนจะจำพวกเขาถูกทำเครื่องหมายเป็น)

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

= ~ 35mJ (ขอบคุณ & @peter @loren)

ปัจจัยที่ 1.4 แก้ไขสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด RMS-> หมวกมักจะล้มเหลวที่จุดสูงสุด

การปลดหมวกจะใช้เวลาในช่วง 1ms ที่ให้ผลผลิต 35W (อาจเร็วกว่ามาก)

@ 100kV คุณได้รับพลังงานและพลังงาน 9 เท่า - 320mJ

อิเล็กทริกล้มเหลวอาจเกิดจากความไม่สมบูรณ์ จัดหาเมืองทั้งหมด (หลาย MVA แม้ในสมัยนั้น) ถูกเปลี่ยนเส้นทางไปทางหมวกอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนส่วนที่เหลือเป็นประวัติศาสตร์ จุดจบอันน่าจะเป็น busbar ปลายดินแนบกับหมวกอีกอันหนึ่งซึ่งเป็นตัวแบ่งขนานกับตัวบ่งชี้แผงนีออน

เพียงพอที่จะปลุกผู้ประกอบการ แต่อย่างอื่น การมีส่วนร่วมของสายไฟฟ้าผ่านอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนจะคงอยู่ได้นานกว่าและทำความเสียหายได้

ในที่ที่มี

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

พลังงานจำนวนมากอาจถูกจัดเก็บและปล่อยอย่างรวดเร็วในแรงดันและกระแสที่ผิดปกติสำหรับวงจร

@ Charlie แสดงตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ดี

แคปอิเล็กโทรไลติคมีความน่าสนใจในโหมดความล้มเหลวเนื่องจากของเหลว (มักเป็นเจล) อาจเดือดและทำให้เกิดความล้มเหลวในการระเบิดจากปริมาณของก๊าซร้อนที่ตอนนี้ครอบครองอยู่ภายใน พวกเขาอาจมีอุณหภูมิสูงกว่า 100celcius ก่อนที่จะระเบิดและปล่อยไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

วิศวกรจำเป็นต้องคำนึงถึงความปลอดภัยของตนเองและผู้อื่นเสมอ

การชาร์จตัวเก็บประจุมีความเสี่ยงอยู่เสมอเนื่องจากอาจเกิดข้อผิดพลาดแม้ว่าจะดำเนินการภายในขีด จำกัด เนื่องจากการผลิตการจัดการสิ่งแวดล้อมหรือด้วยเหตุผลอื่นใดก็ตาม

Q = CV ดังนั้นหากความจุยังคงที่และคุณเพิ่มแรงดันประจุจะต้องเพิ่มขึ้น การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าการจัดอันดับของมันคือการขอควันหรือบางทีอาจเป็นดอกไม้ไฟ