¿Qué sucede si conecto un condensador nominal de bajo voltaje a un alto voltaje?

Dado que c = q / v, incluso si lo conecto a una V más alta, su carga Q puede disminuir proporcionalmente, ¿verdad? Entonces, ¿por qué debería dañar mi condensador? ¿O el campo eléctrico interno se elevará demasiado y hará que el dieléctrico se rompa? ¿O simplemente se volvería demasiado goteante y luego se sobrecalentaría debido al aumento considerable del autocalentamiento?

Una respuesta literal es esta :

Hay tres condensadores quemados; dos pueden verse como espirales de material gris todavía razonablemente in situ, el tercero no es más que la base y los terminales internos. Todos estaban clasificados para 6.3V pero, debido a una falla en el regulador de potencia, estaban conectados a un enorme 7.5V. Una cantidad insignificante, por lo que se podría pensar, pero la lata externa de ese tercer condensador explotó con tal fuerza que hizo un agujero en un trozo de plástico de 3 mm, a unos 80 mm de distancia, y se incrustó en una batería en el otro lado.

Todo ese material marrón es un material fibroso similar al cartón, y llega a todas partes. No sé si hay algún tipo de aceite dentro del condensador que se seca cuando está expuesto al aire, pero sí sé que se pega como pegamento a lo que aterriza.

Tienes que tener cuidado con estas ecuaciones.

c = q / v, Q = CV, todos se ven muy bien, pero solo se aplican dentro de los límites para los que se aplican .

Para un condensador, uno de los límites es mantener el voltaje lo suficientemente bajo como para que el dieléctrico del capacitor permanezca intacto. A medida que aumenta el voltaje del terminal, el estrés eléctrico aumenta a través del dieléctrico y, finalmente, se rompe. Cuando eso sucede, ya no tienes un condensador. En el mejor de los casos, queda un cortocircuito o un circuito abierto. En el peor de los casos, tiene un laboratorio lleno de humo y / o un viaje a la sala de emergencias.

Los fabricantes de condensadores son bastante útiles para imprimir el voltaje máximo que sus tapas soportarán antes de que dejen de ser condensadores. En general, puede superar eso un poco, un pequeño porcentaje, a costa de la vida útil del condensador. Si lo excede en 10s por ciento, entonces encontrará que la vida útil de su condensador se convierte en cero.

Si desea saber por qué sucede algo en el mundo real, necesita un modelo más complejo que la fórmula teórica pura.

¿Cómo se hacen los condensadores? Son dos láminas delgadas de material eléctricamente conductor con una lámina delgada de material aislante eléctrico colocada entre ellas. La capacitancia viene dada por la geometría de estas láminas. Necesita un aislante más delgado o una superficie más grande para una mayor capacidad.

En teoría, el aislante no permite que los electrones fluyan a través de él. Los materiales en la vida real se comportan de manera diferente. Con suficiente voltaje aplicado, cualquier aislante se verá obligado a permitir que los electrones fluyan a través de él.

El voltaje de ruptura donde esto sucede depende del material, también de su geometría. Una lámina más delgada de aislante se romperá a un voltaje más bajo que uno más grueso.

Este fenómeno de descomposición generalmente es muy enérgico, porque la pequeña cantidad de corriente se disipará como calor en la enorme resistencia del aislador. Esto también podría ser una simplificación del fenómeno de la vida real del colapso por sobretensión. También pueden ocurrir reacciones químicas que pueden cambiar el comportamiento del condensador.

Entonces, si desea hacer un pequeño condensador de alta capacitancia, tendrá que limitarse a bajos voltajes. Los de alto voltaje y alta capacitancia son grandes por este motivo.

Según @andy, la fórmula debe aplicarse de la manera correcta.

según @andy y predicho por @ user44635, el condensador fallará cuando el voltaje se eleve más allá de algún límite.

La forma en que falla y sus efectos dependen de

• el voltaje de falla,
• $\frac{1}{2}CV^2$
• tasa de cambio en carga y voltaje,
• tipo de condensador,
• defectos de material y fabricación,
• factores ambientales como la humedad y la temperatura, las fuentes de energía adjuntas.

@ceteras agrega algunas ideas útiles a @ user44635 y muestra cómo siempre debemos ser conscientes tanto de la teoría como de las relaciones prácticas en lo que estamos tratando.

Los efectos pueden ser insignificantes: una nube de humo o peligrosos, potencialmente mortales y catastróficos.

En un incidente en la década de 1960, un condensador relativamente pequeño, creo que era de 33pF más o menos, (aproximadamente 150 mm por 25 mm cuadrados) que mi padre fabricó provocó muchos daños colaterales. Un pequeño pueblo de aproximadamente 100 mil personas estuvo sin luces durante un fin de semana. El límite estaba en una línea de CA de 33kV o 100kV. Fue utilizado como parte de un divisor capacitivo para la medición de voltaje.

Falló debido a defectos de diseño y fabricación. No recuerdo si alguien murió o resultó gravemente herido. Este podría haber sido fácilmente el caso.

Según @Loren, los calcs funcionan de la siguiente manera tomando 33kV y 33pF (que es lo que parece recordar que están marcados como)

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

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

El factor de 1.4 corrige el voltaje pico RMS->, las tapas tienden a fallar en los picos.

La descarga del límite tomaría en la región de 1 ms con 35 W (tal vez mucho más rápido).

@ 100kV obtienes 9 veces la energía y potencia - 320mJ.

El dieléctrico falló, probablemente debido a una imperfección. Todo el suministro de la ciudad (varios MVA, incluso en esos días) se redirigió hacia la tapa, ionizado por aire, el resto es historia. El extremo caliente habría sido una barra colectora, el extremo de tierra estaba unido a otra tapa como un divisor paralelo a un indicador de panel de neón.

Suficiente para despertar al operador pero poco más. La contribución de la línea eléctrica a través del aire ionizado, habría durado un poco más y habría hecho el daño.

En la presencia de

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

Se puede almacenar y liberar mucha energía rápidamente a voltajes y corrientes anormales para los circuitos.

@ Charlie muestra un buen ejemplo de bajo voltaje.

Las tapas electrolíticas son interesantes en el modo de falla ya que los fluidos (a menudo en geles) pueden hervir y causar una falla explosiva por el volumen de gases calientes que ahora ocupan su interior. Pueden alcanzar temperaturas superiores a 100celcius antes de explotar y liberar vapor sobrecalentado.

Los ingenieros siempre deben preocuparse por la seguridad de ellos mismos y de los demás.

Cargar un condensador siempre tiene algún riesgo, ya que puede fallar incluso cuando se opera dentro de sus límites nominales debido a la fabricación, el manejo, el medio ambiente o por cualquier otro motivo.

Q = CV, entonces, si la capacitancia permanece constante y usted eleva el voltaje, la carga debe aumentar. Conectar un condensador a un voltaje que excede sus valores nominales es pedir una nube de humo o tal vez incluso algunos fuegos artificiales.