Конденсатор із плівковім діелектриком для свердловинних пристроїв

Високовольтний імпульсний конденсатор, що містить розміщені в циліндричному металевому C2 2 (19) 1 3 позитивної полярності, з'єднані з торцем секції, струмовивід негативної полярності, з'єднаний з торцем секції і металевим корпусом конденсатора, торці металевого корпуса виконані з можливістю герметичного з'єднання. До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного. результату, варто віднести невисоке значення питомої енергії конденсатора, що запасається. Крім того, застосований у конструкції конденсатора компенсатор температурного розширення призначений для строго визначеного інтервалу температур (до 80 °С) і не дозволяє забезпечити надійну експлуатацію конденсатора при підвищених температурах (понад 100 °С). Як прототип прийнятий високовольтний імпульсний конденсатор [патент України № 17616 МПК5 HО1G1/02 опубл. 16.07.2001 р., Бюл. № 6], що містить розміщені в циліндричному металевому корпусі порожнистий циліндричний пакет з послідовно з'єднаних циліндричних секцій, що містять металеві обкладки/між якими розташований просочений електроізоляційною рідиною діелектрик, металеві кришки з ізоляторами, усередині яких розміщені струмовиводи позитивної полярності, з'єднані з торцем секції, струмовивід негативної полярності, з'єднаний з торцем секції і металевим корпусом конденсатора, торці металевого корпуса виконані з можливістю герметичного з'єднання, при цьому одна з металевих кришок установлена з зазором до торця пакета циліндричних секцій, а утворена порожнина заповнена газоподібним діелектриком і гранулами окису алюмінію у співвідношенні від 8:1 до 12:1, що використовують як компенсатор температурного розширення, а на кришці встановлений клапан, що містить прокладку з еластичного матеріалу і притискний гвинт. Ознаками, що збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється, є такі - у циліндричному металевому корпусі розміщений порожнистий циліндричний пакет з послідовно з'єднаних циліндричних секцій, що містять металеві обкладки, між якими розташований просочений електроізоляційною рідиною діелектрик, металеві кришки з ізоляторами, усередині яких розміщені струмовиводи позитивної полярності, з'єднані з торцем секції, струмовивід. негативної полярності, з'єднаний з торцем секції і металевим корпусом конденсатора, торці металевого корпуса виконані з можливістю герметичного з'єднання, при цьому одна з металевих кришок установлена із зазором до торця пакета циліндричних секцій і утворена порожнина заповнена газоподібним діелектриком. До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, варто віднести невисоке значення питомої енергії конденсатора, що запасається. В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції конденсаторного діелектрика, що дозволяє створити конденсатор з високими значеннями питомої енергії, що запасається. 80997 4 Сутність винаходу полягає в тім, що у високовольтному імпульсному конденсаторі, що містить розміщені в циліндричному металевому корпусі порожнистий циліндричний пакет з послідовно з'єднаних циліндричних секцій, що містять металеві обкладки, між якими розташований просочений. електроізоляційною рідиною діелектрик, металеві кришки з ізоляторами, усередині яких розміщені струмовиводи позитивної, полярності, з'єднані з торцем секції, струмовивід негативної полярності, з'єднаний з торцем секції і металевим корпусом конденсатора, при цьому одна з металевих кришок установлена з зазором до торця пакета циліндричних секцій і утворена порожнина заповнена газоподібним діелектриком, а торці металевого корпуса виконані з можливістю герметичного з'єднання, відповідно до винаходу, між обкладками секцій конденсатора розташований діелектрик із трьох шарів полімерної плівки, при цьому біля кожної з обкладок розташований шар шорсткої поліпропіленової плівки, а між шарами шорсткої поліпропіленової плівки розташований шар поліетилентерефталатної плівки і весь набір діелектрика просочений фенілксилілетаном. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак винаходу, що заявляється і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відзначити таке. Збільшення питомої енергії конденсатора, що запасається, W уд, відповідно до прототипу, можливо або за рахунок підвищення відносної діелектричної проникності є конденсаторного діелектрика, або за рахунок збільшення робочої напруженості електричного поля в діелектрику Ep 1 2 (1) W уд = × e × E p 2 Підвищення питомої енергії конденсатора, що запасається, за рахунок збільшення відносної діелектричної проникності діелектричних матеріалів які застосовувають обмежено малою номенклатурою цих матеріалів, які можливо застосовувати у високовольтному конденсаторобудуванні, тому що діелектрик з високою величиною відносної діелектричної проникності повинний мати і високу електричну міцність. Наприклад, керамічні матеріали мають є порядку декількох тисяч, але величина їхньої електричної міцності не перевищує 100В, у той час як величини робочої напруженості електричного поля в діелектрику сучасних високовольтних імпульсних конденсаторів перевищують 100кВ/мм. Таким чином, найбільш оптимальним способом збільшення питомої енергії високовольтних імпульсних конденсаторів, що запасається, є підвищення робочої напруженості електричного поля тим паче, що їхній взаємозв'язок відповідно до формули (1) має квадратичну залежність. Як у конденсаторі-прототипі, так і в конденсаторі-аналогу як діелектрик конденсатора застосований паперово-плівковий діелектрик. У технічному рішенні, що заявляється, застосований діелектрик на основі полімерної плівки, що має більш високу електричну міцність у порівнянні з 5 паперово-плівковим діелектриком, що у свою чергу дозволяє в 1,7 рази підвищити величину робочої напруженості електричного поля в діелектрику. Підвищення величини Ер досягається за рахунок зменшення числа послідовно з'єднаних секцій, це веде до зменшення маси і габаритних розмірів конденсатора, що у свою чергу -веде до підвищення питомої енергії конденсатора, що запасається. Необхідно відзначити фактор, за рахунок якого досягається збільшення енергії конденсатора, що запасається, при застосуванні в його конструкції діелектрика на основі полімерних плівок. Енергія конденсатора, що запасається,. W визначається по відомій формулі C × U2 (2) 2 де С - номінальна ємність конденсатора, Ф; U - номінальна напруга конденсатора, В. Ємність конденсатора С у свою чергу зворотньо пропорційна товщині діелектрика d конденсатора 1 (3) C~ d Плівковий діелектрику порівнянні з паперовоплівковим має більш високу електричну міцність, що дозволяє зменшити товщину діелектрика конденсатора, а це, з урахуванням формул (2) і (3), .веде до підвищення питомої енергії конденсатора, що запасається. Застосування в конструкції конденсатора, що заявляється, у комбінації з поліпропіленовою плівкою що має e = 2,2, поліетилентерефталатної плівки що має e = 3,2, підвищує еквівалентну відносну діелектричну проникність плівкового діелектрика в порівнянні з поліпропіленовим діелектриком, а це відповідно до формули (1) веде до підвищення питомої енергії конденсатора, що запасається. Забезпечення високої електричної міцності плівкового діелектрика досягається за рахунок просочення його електроізоляційною рідиною. А застосування в конструкції плівкового діелектрика шорсткої поліпропіленової плівки забезпечує якісне просочення плівкового діелектрика. При виборі типу просочувальної рідини дуже велику роль грає сумісність цієї рідини з застосовуваними полімерними плівками, що також повинна забезпечувати змачування полімерних плівок, а як показали проведені в ІІПТ НАН України дослідження, найбільш повно цим вимогам при просочуванні поліпропиленовополіетилентерефталатного діелектрика відповідає фенілксилілетан. Сутність винаходу пояснюється прикладеними кресленнями. На фіг.1 показана конструкція високовольтного імпульсного конденсатора для свердловинних пристроїв. На фіг.2 показаний поперечний розріз діелектрика конденсатора. Високовольтний імпульсний конденсатор (фіг.1) містить циліндричний металевий корпус 1, порожнистий циліндричний пакет 2 з послідовно з'єднаних . циліндричних секцій 3, що містять металеві обкладки, між якими розташований W= 80997 6 просочений електроізоляційною рідиною діелектрик, металеві кришки 4 з ізоляторами 5, усередині яких розміщені струмовиводи б позитивної полярності, з'єднані з торцем 7 секції 3, струмовивід 8 негативної полярності, з'єднаний з торцем 9 секції 3 і металевим корпусом 1. Одна з металевих кришок 4 установлена з зазором до торця пакета 2 циліндричних секцій 3 і утворена порожнина 10 заповнена газоподібним діелектриком. Торці 11 металевого корпуса 1 виконані з можливістю герметичного з'єднання з вузлами свердловинного пристрою. Між обкладками 12 секцій 3 конденсатора розташований діелектрик із трьох шарів полімерної плівки, при цьому біля кожної з обкладок 12 розташований шар шорсткої поліпропіленової плівки 13, а між шарами шорсткої поліпропіленової плівки 13 розташований шар поліетилентерефталатної плівки 14 і весь набір діелектрика просочений фенілксилілетаном. У порівнянні з високовольтним імпульсним конденсатором ИКП-30-0,8 що виготовлявся раніше ІІПТ НАН України для свердловинних пристроїв інтенсифікації видобутку нафти, на номінальну напругу 30кв, номінальною ємністю 0,8мкф, із питомою енергією, що запасається, 39,1Дж/дм3 застосування. конструкції, що заявляється, дозволило збільшити номінальну ємність конденсатора до 1,2мкф, тобто на 50% і питому енергію, що запасається конденсатора до 57Дж/дм3, тобто на 45,8%. Принцип роботи імпульсного конденсатора полягає в нагромадженні електричної енергії з наступним її виділенням за малий проміжок часу.