Que se passe-t-il si je connecte un condensateur à basse tension à une haute tension?

Étant donné que c = q / v même si je le connecte à un V supérieur, sa charge Q peut diminuer proportionnellement, non? Alors pourquoi devrait-il endommager mon condensateur? ou le champ électrique interne deviendra-t-il trop élevé et entraînera-t-il la rupture du diélectrique? Ou serait-il simplement trop étanche et surchaufferait-il en raison de l'auto-échauffement considérablement accru?

Une réponse littérale est la suivante :

Il y a trois condensateurs soufflés; deux peuvent être considérés comme des spirales de matière grise encore raisonnablement in situ, la troisième n'est rien de plus que la base et les bornes internes. Ils étaient tous prévus pour 6,3 V mais, en cas de défaillance du régulateur de puissance, ils étaient connectés à un énorme 7,5 V. Une quantité négligeable, pourrait-on penser, mais la boîte extérieure de ce troisième condensateur a explosé avec une force telle qu'elle a percé un trou dans un morceau de plastique de 3 mm - à environ 80 mm - et s'est intégrée dans une batterie de l'autre côté.

Tout ce truc brun est un matériau fibreux semblable au carton, et il passe partout. Je ne sais pas s'il y a une sorte d'huile à l'intérieur du condensateur qui sèche lorsqu'elle est exposée à l'air mais je sais qu'elle colle comme de la colle à tout ce sur quoi elle atterrit.

Vous devez être prudent avec ces équations.

c = q / v, Q = CV, tous ont l'air très bien, mais ils ne s'appliquent que dans les limites pour lesquelles ils s'appliquent .

Pour un condensateur, l'une des limites est de maintenir la tension suffisamment basse pour que le diélectrique du condensateur reste intact. Lorsque vous augmentez la tension aux bornes, la contrainte électrique augmente à travers le diélectrique et, éventuellement, elle se décompose. Lorsque cela se produit, vous n'avez plus de condensateur. Dans le meilleur des cas, vous vous retrouvez avec un court-circuit ou un circuit ouvert. Dans le pire des cas, vous avez un laboratoire plein de fumée et / ou un voyage aux urgences.

Les fabricants de condensateurs sont très utiles pour imprimer la tension maximale de leurs bouchons avant de cesser d'être des condensateurs. Vous pouvez généralement dépasser cela un peu, quelques pour cent, au prix de la durée de vie du condensateur. Si vous le dépassez de 10 s pour cent, vous constaterez que la durée de vie de votre condensateur devient nulle.

Si vous voulez savoir pourquoi quelque chose se passe dans le monde réel, vous avez besoin d'un modèle plus complexe que la formule théorique pure.

Comment sont fabriqués les condensateurs? Ce sont deux fines feuilles de matériau électriquement conducteur avec une mince feuille de matériau électriquement isolant placée entre elles. La capacité est donnée par la géométrie de ces feuilles. Vous avez besoin d'un isolant plus fin ou d'une surface plus grande pour une capacité supérieure.

En théorie, l'isolant ne permet pas aux électrons de le traverser. Les matériaux dans la vie réelle se comportent différemment. Avec suffisamment de tension appliquée, tout isolant sera forcé de laisser les électrons le traverser.

La tension de claquage où cela se produit dépend du matériau, également de sa géométrie. Une feuille d'isolant plus fine se décomposera à une tension inférieure à une plus épaisse.

Ce phénomène de claquage est généralement très énergétique, car la petite quantité de courant se dissipera sous forme de chaleur sur l'énorme résistance de l'isolateur. Cela pourrait également être une simplification du phénomène réel de panne de surtension. Des réactions chimiques peuvent également se produire, ce qui peut modifier le comportement du condensateur.

Donc, si vous voulez faire un petit condensateur d'une capacité élevée, il devra être limité aux basses tensions. Celles à haute tension et à haute capacité sont importantes pour cette raison.

Pour @andy, la formule doit être appliquée correctement.

par @andy et prévu par @ user44635, le condensateur tombera en panne lorsque la tension est augmentée au-delà d'une certaine limite.

La façon dont il échoue et ses effets dépendent de

• la tension de panne,
• $\frac{1}{2}CV^2$
• taux de variation de charge et de tension,
• type de condensateur,
• défauts de matériaux et de fabrication,
• les facteurs environnementaux tels que l'humidité et la température, les sources d'alimentation connectées.

@ceteras ajoute quelques informations utiles à @ user44635 et montre comment nous devons toujours être conscients de la théorie et des relations pratiques dans ce que nous traitons.

Les effets peuvent être insignifiants - une bouffée de fumée ou dangereux, mortel et catastrophique.

Lors d'un incident dans les années 1960, un condensateur relativement petit - je pense que c'était environ 33pF - (environ 150 mm par 25 mm carré) fabriqué par mon père a provoqué de nombreux dommages collatéraux. Une petite ville d'environ 100 000 habitants était sans éclairage pendant un week-end. Le bouchon était sur une ligne CA de 33kV ou 100kV. Il a été utilisé dans le cadre d'un diviseur capacitif pour la mesure de tension.

Il a échoué en raison d'un défaut de conception et de fabrication. Je ne me souviens pas si quelqu'un a été tué ou gravement blessé. Cela aurait pu facilement être le cas.

Selon @Loren, les calculs se déroulent comme suit en prenant 33kV et 33pF (c'est ce que je me souviens avoir été marqué)

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

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

Le facteur de 1,4 corrige la tension crête RMS->, les plafonds ont tendance à échouer aux crêtes.

La décharge du capuchon prendrait environ 1 ms, ce qui donnerait 35 W (peut-être beaucoup plus rapidement).

@ 100kV vous obtenez 9 fois l'énergie et la puissance - 320mJ.

Le diélectrique est tombé en panne, probablement en raison d'une imperfection. L'ensemble de l'approvisionnement de la ville (plusieurs MVA, même à cette époque) a été redirigé vers le capuchon, air ionisé, le reste appartient à l'histoire. L'extrémité chaude aurait été un jeu de barres, l'extrémité au sol était attachée à un autre capuchon en tant que diviseur parallèle à un indicateur de panneau au néon.

De quoi réveiller l'opérateur mais rien d'autre. L'apport de la ligne électrique à travers l'air ionisé, aurait duré un peu plus longtemps et fait les dégâts.

En présence de

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

beaucoup d'énergie peut être stockée et libérée rapidement à des tensions et des courants anormaux pour les circuits.

@Charlie montre un bel exemple de basse tension.

Les bouchons électrolytiques sont intéressants en mode de défaillance car les fluides (souvent en gels) peuvent bouillir et provoquer une défaillance explosive du volume de gaz chauds occupant maintenant leur intérieur. Ils peuvent atteindre des températures supérieures à 100 ° C avant d'exploser et de libérer de la vapeur surchauffée.

Les ingénieurs doivent toujours se préoccuper de leur sécurité et celle des autres.

La charge d'un condensateur présente toujours un certain risque car il peut échouer même lorsqu'il est utilisé dans ses limites nominales en raison de la fabrication, de la manipulation, de l'environnement ou pour toute autre raison.

Q = CV donc, si la capacité reste constante et que vous augmentez la tension, la charge doit augmenter. Connecter un condensateur à une tension qui dépasse ses valeurs nominales demande une bouffée de fumée ou peut-être même des feux d'artifice.