Високовольтний імпульсний конденсатор для свердловинних пристроїв

Високовольтний імпульсний конденсатор, що містить розміщений в циліндричному металевому корпусі порожнистий циліндричний пакет секцій, просочених рідким діелектриком, який складається з послідовно з'єднаних циліндричних секцій, C2 1 3 83281 об'єму конденсатора, що не дозволяє досягти високих значень питомої енергії конденсатора, що запасається. За прототип прийнятий високовольтний імпульсний конденсатор [патент РФ №2101793 МПК6 H01G4/02, 2/00 опубл. 10.01.98 Бюл. №1], що містить металевий циліндричний корпус з діелектричними кришками, і розташований в ньому порожнистий циліндричний пакет з послідовно з'єднаних конденсаторних циліндричних секцій, намотаних з тришарового діелектрика, просоченого полібутеновим маслом, пакет конденсаторних секцій ізольований від корпусу за допомогою корпусного ізолятора, і додаткові ізолятори - перший додатковий ізолятор виконаний у вигляді стакана і встановлений на першій секції, другий додатковий ізолятор розташований на струмовиводі позитивної полярності, струмовивод позитивної полярності з'єднаний з торцем першої секції і проходить через центральні отвори всіх секцій, струмовивод негативної полярності з'єднаний з торцем останньої секції і корпусом конденсатора. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, який заявляється, є такі: високовольтний імпульсний конденсатор, що містить розміщений в циліндричному металевому корпусі порожнистий циліндричний пакет секцій, просочений рідким діелектриком, складається з послідовно з'єднаних циліндричних секцій, намотаних з тришарового діелектрика, металеві кришки з ізоляторами, усередині яких розміщені струмовиводи позитивної полярності, при цьому стр умовиводи позитивної полярності з'єднані з торцем першої секції, стр умовивод негативної полярності розташований на торці останньої секції пакету секцій і з'єднаний з корпусом конденсатора, на обох торцях пакету секцій встановлені додаткові ізолятори, а між корпусом і пакетом секцій встановлений корпусний ізолятор. До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, слід віднести те, що конструктивне виконання конденсатора і застосування в якості просочуючої рідини полібутенового масла не забезпечує необхідну електричну міцність при роботі конденсатора в імпульсному режимі. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції високовольтного імпульсного конденсатора шляхом зміни його конструктивних елементів і просочуючого діелектрика, що дозволить забезпечити якісне просочення конденсатора, збільшити питому енергію, що запасається, та діапазон робочих температур і за рахунок цього розширити технологічні можливості застосування конденсатора, а також поліпшити його енергетичні параметри. Суть винаходу полягає у тому, що високовольтний імпульсний конденсатор, який містить розміщений в циліндричному металевому корпусі порожнистий циліндричний пакет секцій, просочений рідким діелектриком, складається з послідовно з'єднаних циліндричних секцій, намотаних з тришарового діелектрика, металеві кришки з ізоляторами, усередині яких розміщено струмовивод позитивної полярності, що проходить крізь 4 центральний отвір усі х секцій та з'єднаний з торцем першої секції, струмовивод негативної полярності, розташований на торці останньої секції пакету секцій і з'єднаний з корпусом конденсатора, на обох торцях пакету секцій встановлені додаткові ізолятори, а між корпусом і пакетом секцій встановлений корпусний ізолятор, згідно винаходу, за рідкий діелектрик використана малов'язка поліметилсілоксанова рідина, наприклад ПМС-10, а корпусний ізолятор виконаний з шарів електроізоляційного паперу і електроізоляційної плівки, що чергуються, при цьому верхня частина корпусного ізолятора розділена по товщині навпіл таким чином, що зовнішня частина сполучена з верхнім додатковим ізолятором, а внутрішня - загнута і розташована на торцевій поверхні першої секції. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак винаходу, що заявляється, і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Відомо, що питома енергія конденсатора, яка запасається, визначається за формулою: C × U2 Wпит = , 2V де С - ємність конденсатора, Ф; U - робоча напруга конденсатора, В; V - об'єм конденсатора по корпусу, дм 3. Отже, забезпечення високих значень питомої енергії конденсатора, що запасається, може бути досягнуто за рахунок наступних чинників: підвищення ємності конденсатора, наприклад, за рахунок застосування діелектричних матеріалів з високим значенням відносної діелектричної проникності e; підвищення робочої напруги конденсатора за умови забезпечення необхідної короткочасної і тривалої електричної міцності; зниження об'єму конденсатора за рахунок раціонального використовування його корисного об'єму (вн утрішнього об'єму корпусу конденсатора). У відомій конструкції конденсатора як просочуючий діелектрик застосовано полібутенове масло, що має відносну діелектричну проникність e=2,2, у винаході, що заявляється, застосована поліметилсілаксанова рідина ПМС-10, що має e=2,65, тобто вище на 20,5 %, що за інших рівних умов забезпечує збільшення ємності конденсатора і, відповідно, підвищує питому енергію конденсатора, що запасається. При цьому необхідно відзначити, що застосування малов'язкої поліметилсілоксанової рідини, наприклад ПМС-5 або ПМС10, що мають кінематичну в'язкість відповідно 5 і 10сСт, забезпечує якісне просочення діелектрика конденсаторних секцій і корпусного ізолятора конденсатора, в порівнянні з рідкими діелектриками, що мають кінематичну в'язкість 100сСт і більше. Ознака: «за рідкий діелектрик використана малов'язка поліметилсілоксанова рідина, наприклад ПМС-10» - дозволяє збільшити ємність конденсатора і питому енергію, що запасається, за рахунок використовування рідкого діелектрика з вищим значенням діелектричної проникності, забезпечити якісне просочення діелектрика пакету секцій і корпусного ізолятора за рахунок малої 5 83281 в'язкості рідкого діелектрика, розширити діапазон робочих температур конденсатора за рахунок високої температури спалаху поліметилсілоксанової рідини. Ознака: «корпусний ізолятор виконаний з шарів електроізоляційного паперу і електроізоляційної плівки, що чергуються, при цьому верхня частина корпусного ізолятора розділена по товщині навпіл таким чином, що зовнішня частина сполучена з верхнім додатковим ізолятором, а внутрішня - загнута і розташована на торцевій поверхні першої секції» - дозволяє забезпечити якіснішу ізоляцію корпусу конденсатора від пакету секцій, необхідну електричну міцність ізоляції, за рахунок застосування комбінованого корпусного ізолятора і його нового конструктивного виконання, а також забезпечити високе просочення корпусного ізолятора і експлуатацію при високих значеннях робочої напруги. У відомій конструкції конденсатора корпусний ізолятор виконаний з однорідного ізоляційного плівкового матеріалу. Усякий ізоляційний матеріал має певну кількість слабких місць, тобто місць можливого пробою, а із зростанням робочої напруги конденсатора товщина ізоляції збільшується, що приводить до зменшення корисного об'єму конденсатора. Дана проблема розв'язана шляхом виконання корпусного ізолятора комбінованим, виконаним з шарів електроізоляційного паперу і електроізоляційної плівки, що чергуються, в якому збіг слабких місць, що є в кожному з шарів електроізоляційного матеріалу зведено до мінімуму. У цьому ізоляторі шар паперу виконує роль «гніту», втягуючи просочуючий діелектрик конденсатора між шарами плівки, забезпечуючи при цьому необхідну електричну міцність всього комбінованого корпусного ізолятора. Наприклад, набір ізоляції товщиною в 1 мм, виконаний з шарів кабельного паперу К-120 і поліетилентерефталатної плівки ПЕТ-КЕ, що чергуються, просочених ПМС-10, забезпечує вищу електричну міцність, ніж будь-який однорідний електроізоляційний матеріал товщиною в 1мм. Струмовивод позитивної полярності конденсатора, сполучений з торцем першої секції і половина корпусного ізолятора, укладена на торцевій поверхні першої секції, подовжує шля х струму по поверхні ізоляції, що дає можливість поліпшити якість ізоляції, при необхідній електричній міцності діелектрика секцій конденсатора, експлуатувати конденсатор при високих значеннях робо 6 чої напруги, тобто збільшити питому енергію, що запасається. Таким чином, сукупність істотних ознак високовольтного імпульсного конденсатора для свердловинних пристроїв дозволяє забезпечити якісне просочення конденсатора, збільшити питому енергію, що запасається, та діапазон робочих температур і за рахунок цього розширити технологічні можливості застосування конденсатора і поліпшити його енергетичні параметри. Суть винаходу пояснюється прикладеним кресленням, на якому зображений подовжній розріз високовольтного імпульсного конденсатора. Високовольтний імпульсний конденсатор складається з циліндричного металевого корпусу 1, усередині якого розміщений порожнистий циліндричний пакет секцій 2, просочений рідким діелектриком - малов'язкою поліметилсілоксановою рідиною 3, який складається з послідовно з'єднаних циліндричних секцій 4, намотаних з тришарового діелектрика, металевих кришок 5 і 6 з ізоляторами 7 і 8 відповідно. Струмовивод позитивної полярності складається з двох частин 9 і 10, кожна з яких з'єднана з торцем першої секції. При цьому одна частина струмовиводу позитивної полярності 9 проходить крізь ізолятор 7, а друга частина струмовиводу позитивної полярності 10 - крізь центральний отвір пакету секцій 2 та ізолятор 8. Токовивод негативної полярності 11 розташований на торці останньої секції пакету секцій 2 і з'єднаний з корпусом конденсатора 1. На обох торцях пакету секцій 2 встановлені додаткові ізолятори верхній 12 і нижній 13, через які проходить струмовивод позитивної полярності. Між корпусом 1 і пакетом секцій 2 встановлений корпусний ізолятор 14, виконаний з трьох шарів електроізоляційного паперу і електроізоляційної плівки, що чергуються, при цьому верхня частина корпусного ізолятора 14 розділена по товщині навпіл таким чином, що зовнішня частина зв'язана з верхнім додатковим ізолятором 12, а внутрішня - загнута і розташована на торцевій поверхні першої секції. Принцип роботи конденсатора полягає в накопиченні електричної енергії з подальшим її виділенням в навантаження за малий проміжок часу. На основі технічного рішення, що заявляється, в ІІПТ НАН України створений високовольтний імпульсний конденсатор. У таблиці 1 приведені технічні характеристики високовольтних імпульсних конденсаторів прототипу і рішення, що заявляється. Таблиця 1 Технічні характеристики високовольтних імпульсних конденсаторів Технічні характеристики 1. Робоча напруга, кВ 2. Номінальна ємність, мкФ 3. Ма теріал корпуса, діаметр, мм 4. З'єднання секцій в пакет 5. Тип секцій 6. Кількість шарів діелектрика в секціях Конденсатор прототип 35 1,3 Метал, 102 послідовне циліндрична 3 Конденсатор, що заявляється 30-35 2,4 Метал, 102 послідовне циліндрична 3 7 83281 8 Продовження таблиці 1 Полібутенове масло 7. Просочувальний діелектрик Поліметилсілоксанова рідина ПМС-10 81,25 108,9 -40°С до 40°С -50°С до 100°С плівковий комбінований (папір+плівка) 8. Питома енергія, що запасається, Дж/дм 3 9. Діапазон робочих температур конденсатора, °С 10. Тип конденсаторного ізолятора З таблиці 1 видно, що питома енергія, що запасається, високовольтного імпульсного конденсатора, що заявляється, підвищилася в порівнянні Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін з прототипом на 34%, а діапазон робочих температур - на 88%. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601