Спосіб виготовлення конденсаторів

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к технологии изготовления конденсаторов с органическим диэлектриком и может быть использовано при изготовлении конденсаторов. Известен способ изготовления конденсаторов с органическим диэлектриком (бумажным и комбинированным бумажно-пленочным), включающий намотку секций, сборку секций в пакет, термовакуумную сушку и пропитку пакета секций маловязкой неполярной жидкостью, например, нефтяным маслом, в корпусе конденсатора с последующей герметизацией (Гулевич А.И., Киреев А.П. Производство силовых конденсаторов. - М.: Высш. шк., 1975. - 368с.). Признаками совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются следующие: намотка секций конденсатора, сборка секций в пакет, термовакуумная сушка и пропитка пакета секций в корпусе конденсатора с последующей герметизацией. Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является то, что применение для пропитки конденсаторов маловязкой неполярной жидкости, например, нефтяного масла, не позволяет эксплуатировать такие конденсаторы при температуре окружающей среды свыше 100°C, так как такие жидкости имеют температуру вспышки 115 140°C и, соответственно, высокую испаряемость. Кроме того, низкая диэлектрическая проницаемость неполярных жидкостей приводит к изготовлению конденсаторов с невысокой удельной энергией. В качестве прототипа принят способ изготовления бумажных конденсаторов (А.с. СССР №1061181, кл. H01G), включающий намотку секций, сборку их в пакет, термовакуумную сушку и пропитку пакета секций в корпусе конденсатора вязкой полярной жидкостью с последующей герметизацией, в котором с целью повышения долговечности работы конденсаторов, после окончания пропитки пакета вязкой полярной диэлектрической жидкостью ее сливают из корпуса конденсатора, и в зазор между пакетом и корпусом заливают сухую неполярную диэлектрическую жидкость вязкостью не более 50 × 10-6м 2/с при 20°C. Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются следующие: намотка секций, сборка их в пакет, термовакуумная сушка и пропитка пакета секций в корпусе конденсатора вязкой диэлектрической жидкостью с последующей герметизацией. Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является так же, как и в аналоге применение маловязкого неполярного жидкого диэлектрика, обладающего низкой температурой вспышки и высокой испаряемостью. Кроме того, жидкий пропитывающий диэлектрик, как и всякая жидкость, по своей природе является несжимаемым веществом и при повышении температуры увеличивается в объеме, который необходимо компенсировать. Для компенсации температурного расширения объема жидкого диэлектрика необходимо применение в конструкции конденсатора специальных компенсаторов температурного расширения, которые занимают полезный объем конденсатора и усложняют его конструкцию (Гулевич А.П., Киреев А.П. Производство силовых конденсаторов. - М.: Высш. шк., 1975. - 368с.). Компенсаторы температурного расширения рассчитаны на строго определенную температуру, т.е. температуру при которой они еще могут компенсировать увеличившийся, за счет нагрева, объем пропитывающего диэлектрика. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа изготовления конденсаторов, в котором изменение технологического процесса изготовления конденсаторов с органическим диэлектриком (чисто бумажным, комбинированным бумажно-пленочным и чисто пленочным) позволит эксплуатировать конденсаторы при температурах свыше 100°C. Кроме того, применение заявляемого способа позволит повысить номинальную запасаемую энергию конденсаторов и упростить их конструкцию, за счет устранения из конструкции конденсаторов компенсаторов температурного расширения. Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления конденсаторов, включающем намотку секций, сборку их в пакет, термовакуумную сушк у и пропитку пакета секций в корпусе конденсатора вязкой диэлектрической жидкостью с последующей герметизацией, согласно изобретению, после окончания пропитки пакета секций вязкой диэлектрической жидкостью ее сливают из корпуса конденсатора и зазор между пакетом и корпусом заполняют газообразным диэлектриком. Отличительный признак "... после окончания пропитки пакета вязкой диэлектрической жидкостью ее сливают из корпуса конденсатора и зазор между пакетом и корпусом заполняют газообразным диэлектриком", позволяет эксплуатировать конденсаторы при температурах свыше 100°C. Верхний предел температур ограничивается только прочностью конструкции конденсатора и термостойкостью применяемых материалов. К примеру, применение в конструкции конденсатора фторопластовой пленки с максимальной рабочей температурой 250°C и в качестве вязкого пропитывающего диэлектрика пакета секций кремнийорганических жидкостей, максимальная рабочая температура которых составляет 200 - 250°C, позволяет использовать конденсаторы при температурах до 250°C. Кроме того, заполнение зазора между пакетом секций и корпусом конденсатора газообразным диэлектриком, позволяет отказаться от применения в конструкции конденсаторов компенсаторов температурного расширения. Это возможно за счет того, что газообразный диэлектрик, как и всякий другой газ, при нагреве в неизменном объеме может сжиматься, при этом увеличивается парциальное давление газа. А придание газообразному диэлектрику избыточного давления широко используется в конденсаторостроении (Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. - Л.: Энергия, 1969. - С.271, 591с.), так как при этом увеличивается электрическая прочность газообразного диэлектрика. Изготовление конденсаторов по предлагаемому способу позволит исключить из конструкции конденсатора компенсаторы температурного расширения, что позволит упростить конструкцию конденсатора, уменьшить его габаритные размеры и, соответственно, увеличить удельную запасаемую энергию. Увеличение удельной запасаемой энергии конденсатора достигается так же за счет того, что газообразный диэлектрик, заполняющий зазор между пакетом и корпусом имеет намного меньший удельный вес, чем любая маловязкая неполярная диэлектрическая жидкость. Способ осуществляется следующим образом. Производят намотку секций с органическим диэлектриком, сборку их в пакет, термовакуумную сушку пакета в корпусе конденсатора. Пакет в корпусе после сушки пропитывают вязкой диэлектрической жидкостью в вакууме и при повышенной температуре. После пропитки пакета вязкую диэлектрическую жидкость сливают из корпуса конденсатора. При этом вязкая диэлектрическая жидкость не успевает стечь из пакета секций из-за большой вязкости. В результате в секциях остается жидкий диэлектрик, а следовательно, электрические параметры конденсатора не изменяются. После слива вязкой диэлектрической жидкости, например; касторового масла, кремнийорганических жидкостей и т.п., и х в дальнейшем опять можно использовать для пропитки других конденсаторов. Свободный объем между пакетом секций и корпусом конденсатора заполняют газообразным диэлектриком, например, элегазом, перфторэтаном и т.п. После заполнения свободного объема конденсатора газообразным диэлектриком конденсатор герметизируют. Предлагаемый способ апробирован при изготовлении высоковольтных импульсных конденсаторов скважинного устройства интенсификации добычи нефти, предназначенных для эксплуатации в скважинах глубиной до 5000м при температуре окружающей среды до 110°C. В цилиндрическом корпусе конденсатора с толщиной стенки корпуса 7 - 10м размещен полый цилиндрический пакет последовательно соединенных цилиндрических секций с комбинированным бумажно-пленочным диэлектриком, пропитанным касторовым маслом, вязкость которого при 20°C составляет (1030 1040) × 10-6м 2/с. Пропитка пакета секций производилась при повышенной температуре, когда в результате нагрева вязкость касторового масла снижается до (50 - 70) × 10-6м 2/с. После пропитки температура снижалась и касторовое масло сливалось из зазоров между пакетом секций и корпусом конденсатора. После этого зазоры между пакетом и корпусом заполнялись газообразным диэлектриком - элегазом и конденсатор подвергался герметизации. Параллельно с изготовлением по предлагаемому способу, по известному способу, изготавливался конденсатор на номинальное напряжение 30кВ номинальной емкостью 0,8мкФ (ИК 30 - 0,8), изготавливаемый ИИПТ малыми партиями. Использование заявляемого способа позволило отказаться от применения в конструкции конденсатора ИК30 0,8 компенсаторов температурного расширения, которые занимали 20% полезного объема корпуса конденсатора, и уменьшить длину конденсатора. Это позволило увеличить удельную массовую энергоемкость конденсатора ИК 30 - 0,8 с 12Дж/кг до 14,5Дж/кг. Кроме того, необходимо добавить, что в конденсаторе ИК 30-0,8 компенсаторы температурного расширения были предназначены для компенсации температурного увеличения объема пропитывающей жидкости при эксплуатации конденсатора в условиях воздействия максимальной температуры до 80°C. Таким образом применение предлагаемого способа позволяет упростить конструкцию конденсаторов, увеличить их удельную энергоемкость, уменьшить длину и создать конденсаторы для работы в скважинах глубиной до 5000м в условиях воздействия температуры окружающей среды до 110°C.