Високовольтний конденсатор

Изобретение относится к технологии производства силовых конденсаторов и может быть использовано при изготовлении пластинчатых или плоскомотанных конденсаторов с вкладными выводами и бумажномасляной или касторовой изоляцией. Наиболее близким к изобретению является конденсатор КС2-6.3-75-2УЗ [1]. Он содержит корпус, пакет секций и стяжные щеки, охватывающие крайние секции пакета. Устройство содержит также вкладные выводы. Секции пакета образованы обкладками из фольги, разделенными диэлектриком. Площадь стяжных щек равна площади секций, а коэффициент запрессовки секций равняется 0,919. Описанная конструкция позволяет получить высокие значения емкости благодаря высокому коэффициенту запрессовки, а также ослабить процессы разрушения диэлектрика в месте его соприкосновения с выводом и обкладкой. При большом коэффициенте запрессовки искрение между выводом и обкладкой отсутствуют, переходное сопротивление контакта между выводом и обкладкой мало, что обеспечивает нормальные условия эксплуатации диэлектрика в этом месте. Однако при увеличении коэффициента запрессовки существенно повышается вероятность разрушения диэлектрика у краев обкладок и, как показывает опыт эксплуатации, этот фактор является решающим. Процесс разрушения диэлектрика в этих зонах определяет срок службы конденсатора в целом. Недостатком конструкции является более быстрое разрушение чрезмерно запрессованной изоляции у краев обкладок. В основу изобретения поставлена задача создания высоковольтного конденсатора путем изменения параметров элементов, введение взаимосвязи между параметрами элементов, обеспечивающая достижение технического результата, заключающегося в уменьшении разрушения рабочего диэлектрика у краев обкладок и в месте соединения с вкладными выводами при сохранении и даже увеличении емкости. Поставленная задача решается тем, что в конденсаторе, содержащем корпус, пакет секций, стяжные щеки, охватывающие крайние секции пакета, и выводы, причем секции образованы обкладками из фольги, разделенными диэлектриком, в соответствии с изобретением стяжные щеки выполнены с площадью, меньшей площади крайних секций пакета, которые они охватывают. Края стяжных щек удалены от краев обкладок секции внутрь секции на 3-6 мм. Коэффициент запрессовки части пакета секций, находящийся между стяжными щеками, составляет 0,92-1,0. Выполнение конденсатора со свободными от стяжных щек краями обкладок позволяет ослабить процесс разрушения диэлектрика у краев обкладок за счет уменьшения градиента напряженности поля в этих зонах, что происходит в результате увеличения толщины незапрессованной части диэлектрика. Указанное отличие позволяет также облегчить отвод от краев обкладки за пределы пакета газовых включений, образующихся там при разрушении диэлектрика частичными разрядами. Кроме этого, в процессе эксплуатации на обкладках, особенно у краев обкладок, появляются твердые изоляционные образования (типа х-воска), чему способствуют большие масляные прослойки. Это затрудняет процесс автоэлектронной эмиссии с обкладок. Все описанные явления замедляют процесс разрушения изоляции у краев обкладок. Коэффициент запрессовки средней части секции в пределах 0,9-1,0 позволяет получить высокое значение емкости конденсатора как за счет малой толщины диэлектрика между обкладками, так и за счет увеличения диэлектрической проницаемости с уменьшением толщины масляной прослойки. В то же время обеспечивается отсутствие искрения между выводом и обкладкой и малое переходное сопротивление между ними, что продлевает срок службы диэлектрика в месте их контакта. Таким образом, наличие указанных признаков позволяет разрешить в изобретении техническое противоречие, состоящее в том, что необходимость сохранить высокую емкость конденсатора требует большего коэффициента запрессовки секций, а ослабление разрушения диэлектрика у краев обкладок уменьшения этого коэффициента. Противоречие это решается разнесением указанных требований в пространстве: в части пакета секций, находящейся между стяжными щеками и которая является определяющей для значения емкости, поддерживается высокий коэффициент запрессовки, а у краев обкладок, дающих основной вклад в прочность конденсатора при увеличении коэффициента запрессовки, запрессовка вообще не используется. Величина незапрессованного поля выбрана экспериментально и дает скачкообразный эффект: большая ширина поля приводит к уменьшению емкости и ослаблению контакта между выводом и обкладкой, меньшая - к увеличению степени запрессовки диэлектрика у краев обкладок и, следовательно, к усилению разрушения диэлектрика у краев обкладок, к уменьшению срока службы. Заявителю неизвестны примеры изготовления конденсаторов с незапрессованными краями обкладок. Подобная конструкция стала возможна при использовании в основе изобретения физического явления, обнаруженного авторами, и состоящего в уменьшении срока службы импульсных конденсаторов с бумажнокасторовой изоляцией при увеличении степени запрессовки секций. Причем экспериментально доказано, что пробой происходит в области краев обкладок (Тезисы докладов VI научной конференции "Физика импульсных воздействий на конденсированные среды", г. Николаев, сентябрь 1993 г. Альбова И. М., Рудаков В. В. Срок службы импульсных конденсаторов в зависимости от степени запрессовки). На фиг. 1 дан общий вид конденсатора с плоскомотанными секциями; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид конденсатора с пластинчатыми секциями. Конденсатор устроен следующим образом. Внутри корпуса 1 размещен пакет 2 секции 3. Крайние секции 3 пакета охвачены стяжными щеками 4 и стяжными хомутами 5. Секции 3 образованы чередующимися слоями обкладок б из фольги и диэлектрика 7. Устройство содержит также выводы 8 из секций 3 и выводы 9 из кондесатора. Стяжные щеки 4 выполнены с площадью меньшей, чем площадь секций 3, образующих пакет 2, и установлены таким образом, что края обкладок 6 секций 3 остаются незапрессованными, В тоже время большая часть площади выводов 8 попадает в зону запрессовки. Расстояние от края щек 4 до края обкладок б составляет 3-6 мм, а коэффициент запрессовки пакета 3 секций 2, находящихся между стяжными щеками 4, составляет 0,9-1,0. Коэффициент запрессовки у краев обкладок 6 имеет меньшие значения. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на пакет 2 секций 3 между обкладками 6 конденсатора создается электрическое поле, под воздействием которого в диэлектрике 7 возникают физико-химические процессы, постепенно его разрушающие и снижающие его электрическую прочность. Ухудшение свойств диэлектрика 7 приводит к его пробою, причем вероятность пробоя тем больше, чем больше неоднородность приложенного поля. В запрессованной части секций 3 отсутствуют макрообласти с резкой неоднородностью электрического поля, поэтому процессы разрушения диэлектрика 7 идут там слабее. У краев обкладок 6 с резким нарушением однородности поля в связи с отсутствием запрессовки, несколько увеличена толщина диэлектрика 7. Уменьшено среднее значение градиента электрического поля, что уменьшает вероятность пробоя. К тому же за счет этого облегчен отвод газовых включений. В процессе эксплуатации также края обкладок 6 покрываются большим защитным слоем налета из твердых изоляционных образований, затрудняющих процесс разрушения диэлектрика 7 в этом месте. В зоне запрессовки между обкладками 6 и выводами 8 благодаря плотному контакту отсутствуют искрения. В итоге все указанные эффекты приводят к увеличению срока службы и надежности конденсатора при сохранении и даже увеличении значений емкости. Данные экспериментальных исследований показали, что в сравнении с известными конденсаторами изобретение позволяет увеличить удельную энергоемкость конденсаторов в 1,2-2 раза при одном и том же сроке службы.