Високовольтний імпульсний конденсатор

17616 Изобретение относится к электротехнике, в частности, к высоковольтным импульсным конденсаторам и может быть использовано для создания емкостных накопителей электрической энергии в электрогидроимпульсных погружных устройства х интенсификации добычи нефти. Известен конденсатор постоянной емкости, содержащий размещенные в герметичном корпусе пакеты секций, пропитанные жидким диэлектриком, пространство между корпусом и упомянутыми секциями заполнено древесной крошкой, пропитанной тем же жидким диэлектриком, что и пакеты секций (А.с. СССР №570928 МКИ 3 H01G). Признаками, совпадающими с существенными признаками изобретения, являются следующие: в корпусе конденсатора размещен пакет секций, пропитанных жидким диэлектриком. Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является применение в конструкции конденсатора древесной крошки. При эксплуатации конденсатора при по-вышенных температурах из древесной крошки в жидкий диэлектрик выделяются различные природные смолы, которые изменяют характеристики пропитывающего жидкого диэлектрика (относительную диэлектрическую проницаемость, тангенс угла потерь, электрическую прочность). Кроме то-го, предварительное пропаривание под давлением и высушивание древесной крошки усложняет технологию изготовления конденсатора. В качестве прототипа принят силовой высоковольтный импульсный конденсатор (пат. Украины №4849 МКИ 5 H01G1/02), содержащий размещенные в цилиндрическом металлическом корпусе полый цилиндрический пакет из последовательно соединенных пропитанных цилиндрических секций, металлические крышки с изоляторами, внутри которых размещены токовыводы положительной полярности, соединенные с торцем секции, токовывод отрицательной полярности, соединенный с торцем секции и металлическим корпусом конденсатора, компенсатор температурного расширения с воздуховодом, конденсатор снабжен дополнительным токовыводом, выполненным в виде полого цилиндрического стакана и соединенным с токовыводом положительной полярности, при этом компенсатор температурного расширения расположен внутри дополнительного токовы-вода, а один из токовыводов положительной по-лярности, расположенный внутри изолятора вы-полнен полым и использован в качестве воздуховода, причем торцы металлического корпуса вы-полнены с возможностью герметичного соединения. Признаками, совпадающими с существенными признаками изобретения, являются следующие: в цилиндрическом металлическом корпусе размещен полый цилиндрический пакет из последовательно соединенных пропитанных цилиндрических секций, металлические крышки с изоляторами, внутри которых размещены токовыводы положительной полярности, соединенные с торцем секции, токовывод отрицательной полярности, со-единенный с торцем секции и металлическим корпусом конденсатора; торцы металлического корпуса выполнены с возможностью герметичного соединения. К причинам, препятствующим получению требуемого технического результата, следует отнести применение в конструкции конденсатора компенсатора температурного расширения, который предназначен для строго определенного интервала температур (до 80°С) и не позволяет обеспечить надежную эксплуатацию конденсатора при повышенных температурах (свыше 100°С). Кроме того, компенсатор температурного расширения занимает определенную часть полезного объема конденсатора, что сказывается на величине удельной запасаемой энергии конденсатора. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известной конструкции конденсатора, в котором за счет изменения конструкции конденсатора обеспечивается надежная эксплуатация конденсатора при повышенных температурах. Кроме того, за счет применения предлагаемого технического решения значительно сокращается объем жидкого диэлектрика, что позволяет от-казаться от применения в конструкции конденсатора компенсатора температурного расширения. Исключение из конструкции конденсатора компенсатора температурного расширения повышает его технологичность и величину удельной запасаемой энергии. Сущность изобретения заключается в том, что в высоковольтном импульсном конденсаторе, содержащем размещенные в цилиндрическом металлическом корпусе полый цилиндрический пакет из последовательно соединенных пропитанных жидким диэлектриком секций, металлические крышки с изоляторами, внутри которых размещены токовыводы положительной полярности, со-единенные с торцем секции, токовывод отрицательнойполярности, соединенный с торцем секции и металлическим корпусом конденсатора, компенсатор температурного расширения, причем торцы металлического корпуса выполнены с возможностью герметичного соединения, согласно изобретению, одна из металлических крышек ус-тановлена с зазором к торцу пакета секций, а об-разованная полость заполнена газообразным ди-электриком и гранулами окиси алюминия в соотношении (8:1)-(12:1), используемыми в качестве компенсатора температурного расширения, а на крышке установлен клапан, содержащий прокладку из эластичного материала и прижимной винт. Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами. На фиг. 1 показано устройство высоковольтного импульсного конденсатора. На фиг. 2 показана конструкция клапана конденсатора. Высоковольтный импульсный конденсатор (фиг. 1) содержит цилиндрический металлический корпус 1, полый цилиндрический пакет 2 из последовательно соединенных, пропитанных жидким диэлектриком секций 3, металлические крышки 4 с изоляторами 5, внутри которых размещены токо-выводы 6 положительной полярности, соединенные с торцем 7 секции 3, токовывод 8 отрицательной полярности, соединенный с торцом 9 секции 3 и металлическим корпусом 1. Торцы 10 металлического корпуса 1 имеют возможность для герметичного подсоединения к узлам скважинного элек-трогидроимпульсного устройства, 17616 причем одна из металлических крышек 4 установлена с зазором к торцу пакета 4 секций 3, а образованная полость 11 заполнена газообразным диэлектриком и гранулами окиси алюминия фракцией 1-2 мм. Клапан конденсатора 12 (фиг. 2), служит для заполнения конденсатора газообразным диэлектриком. Клапан состоит из прокладки 13, выполненной из эластичного материала и прижимного винта 14. При заполнении конденсатора газообразным диэлектриком эластичная прокладка прокалывается иглой, по которой в конденсатор подается газообразный диэлектрик. После заполнения конденсатора газообразным диэлектриком иг-ла извлекается из эластичной прокладки и прокладка выжимается прижимным винтом. Заполнение зазора между крышкой конденсатора и торцем пакета секций газообразным ди-электриком и гранулами окиси алюминия позволяет отказаться от применения в конструкции конденсатора компенсаторов температурного расширения. Это возможно за счет того, что объем корпуса конденсатора заполняется незначительной частью жидкого диэлектрика, а применение газообразного диэлектрика и объемного наполнителя (гранул окиси алюминия) способствует регулированию (компенсации) объема жидкого диэлектрика при увеличении температуры за счет проникновения увеличившейся в объеме жидкости в пространство между гранулами окиси алюминия и за счет того, что газообразный диэлектрик, как и всякий другой газ, при нагреве в неизменном объеме может сжиматься и при этом увеличивается парциальное давление газа. Придание газообразному диэлектрику избыточного давления широко используется в конденсаторостроении (Рен-не В.Т.Электрические конденсаторы. - Л.: Энергия, 1969. - 591 с.; с. 271), так как при этом увеличивается электрическая прочность газообразного ди-электрика. Кроме того, обеспечение надежной эксплуатации конденсатора при повышенных тем-пературах обеспечивается и за счет того, что при температурах 100°С и выше наблюдается рост диэлектрических потерь (tgd) в жидких диэлектриках, а окись алюминия способствует подавлению роста tgd за счет связывания продуктов термоокислительной деструкции жидких диэлектриков. Таким образом, верхний предел рабочих температур ограничивается только прочностью конструкции конденсатора и термостойкостью применяемых материалов. Например, применение в конструкции конденсаторов фторопластовой пленки с максимальной рабочей температурой 250°С и в качестве пропитывающего диэлектрика пакета секций кремнийорганических жидкостей, максимальная рабочая температура которых составляет 200-250°С, позволяет использовать конденсаторы при температурах до 250°С. Зазор между крышкой конденсатора и торцом пакета секций заполняется газообразным диэлектриком и гранулами окиси алюминия в соотношении (8:1)-(12:1). В данном случае окись алюминия поглощает продукты разложения газообразного диэлектрика, образующиеся в результате воздействия частичных разрядов возникающих при работе конденсатора, и способствует его регенерации. Соотношения газообразного диэлектрика и окиси алюминия определены экспериментально и зависят от типа газообразного диэлектрика и его объема. Так, в случае применения в качестве газообразного диэлектрика элегаза (SF6) в зависимости от объема необходимо соотношение газообразного диэлектрика и окиси алюминия (9:1)-(10:1), азота (N2) – (10:1)-12:1), перфторбутана (С4F10) – (10:1)-(11:1), перфторциклобугана (С4F8) (8:1)-(9:1). Применение предлагаемой конструкции позволяет создать высоковольтный импульсный конденсатор скважинного электрогидроимпульсно-го устройства интенсификации добычи нефти, предназначенного для эксплуатации в скважинах глубиной до 3000 м при температуре окружающей среды до 100°С. По сравнению с ранее изготавливаемыми ИИПТ НАН Украины для аналогичных устройств импульсными конденсаторами ИКПЗО-0,8 на рабочее напряжение 30 кВ, номинальной емкостью 0,8 мкФ заполнение конденсатора 700 см элегаза и 60 г окиси алюминия позволило отказаться от применения в конструкции конденсатора компенсаторов температурного расширения, которые за-нимают 20% полезного объема конденсатора. Это позволило уменьшить длину конденсатора, что в свою очередь привело к увеличению удельной массовой энергоемкости конденсатора ИКПЗО-0,8 с 12 Дж/кг до 14,8 Дж/кг, т.е. на 23%. Кроме того, необходимо указать, что ранее конденсаторы ИКПЗО-0,8 предназначались для эксплуатации при температуре окружающей среды только до 80°С. Принцип работы конденсатора заключается в накоплении электрической энергии с последующим ее выделением за короткий промежуток времени. Наполнитель-элегаз и гранулы окиси алюминия, компенсируют температурное расширение жидкого диэлектрика и обеспечивают надежную эксплуатацию конденсатора при повышенных температурах. 17616 Фиг. 1 Фиг. 2