WO2010128881A1 - Высоковольтный импульсный конденсатор - Google Patents
Высоковольтный импульсный конденсатор Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010128881A1 WO2010128881A1 PCT/RU2009/000220 RU2009000220W WO2010128881A1 WO 2010128881 A1 WO2010128881 A1 WO 2010128881A1 RU 2009000220 W RU2009000220 W RU 2009000220W WO 2010128881 A1 WO2010128881 A1 WO 2010128881A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- capacitor
- sections
- section
- current output
- insulator
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 154
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 description 2
- 235000004443 Ricinus communis Nutrition 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006267 polyester film Polymers 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/35—Feed-through capacitors or anti-noise capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/224—Housing; Encapsulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/228—Terminals
- H01G4/242—Terminals the capacitive element surrounding the terminal
Definitions
- the invention relates to electrical engineering, in particular to high-voltage pulse capacitors and forming lines, and can be used to obtain powerful pulses of electric current, for example, in downhole electro-hydraulic devices.
- the prior art is a description of the prior art.
- This high-voltage capacitor is a large diameter of 161 mm, a high inductance of 0.5-1.5 ⁇ H, a low specific energy consumption of 12 J / liter, and low mechanical strength of the housing. These disadvantages do not allow the use of a capacitor in borehole electro-hydraulic devices.
- a high-voltage pulse capacitor (see A.S. of the USSR JN ° 1355017, IPC 6 HOl G 4/228, authors Titov M.N. and Dolzhenko A.S., claimed March 28, 86, published 02/20/95, BI N ° 5) containing a metal case with a lid and a bottom and a hollow cylindrical package of impregnated capacitor sections connected in series, two main current leads of positive and negative polarity connected to the ends of the first and last capacitor sections, a tubular insulator mounted outside the package of capacitor sections, located in the case and two of translational insertion located between the capacitor package sections, the cover and the bottom.
- the lid and bottom are made of metal and connected to the capacitor housing.
- a positive polarity current output is connected to the end of the stack of sections having a positive polarity, brought out through the internal cavity of the stack to the metal cover of the capacitor and isolated from the latter.
- a negative current output is connected to the end of the stack of sections having a negative polarity and a metal bottom.
- the capacitor contains two additional current outputs mounted on the bottom of the capacitor and connected one to the end of the package of sections having a positive polarity, and the second with the end of the package of sections having a negative polarity and a metal case.
- the disadvantages of the known high-voltage pulse capacitor are a complex structure (a large number of current outputs), a large inductance and a high electric field between the sections and a positive current output passing through the internal cavity of the package of sections, which reduces the operating voltage, the amplitude of the discharge current, and the reliability of the capacitor.
- BI Jfe 1 containing a metal casing with a package of successively connected and impregnated capacitor sections located in it, two dielectric covers, a positive polarity current output connected to the end of the first section and passing through the central holes in the sections, negative polarity current output, soy chained with the end of the last section and the capacitor body, two main tubular insulators, one of which is installed on top of the positive current lead, the other on top of the package of capacitor sections, an additional insulator made in the form of a glass and worn on the first section.
- the main technical result of this invention is to increase the mechanical and electrical strength of the capacitor. Further, to simplify the claims and expand the scope of the capacitor, the authors propose not to indicate the polarity of the current leads and, therefore, replace the current lead of positive polarity with a central current lead, and the current lead of negative polarity with a peripheral current lead.
- the specified technical result is achieved in that, in comparison with the known high-voltage pulse capacitor containing a metal casing with a package of successively connected and impregnated capacitor sections, two dielectric covers, a central current output connected to the end of the first section and passing through the central holes in the capacitor sections, a peripheral current output connected to the end of the last section and the capacitor housing, two main tubular insulators, one of which installed on top of the central current lead, another on top of the package of capacitor sections, an additional insulator made in the form of a cup and put on the first capacitor section, new is the fact that the second additional insulator is introduced, having a tubular-disk design and located a tubular part inside the last capacitor section and the disk part adjacent to the outer surface of the peripheral current output, on the central current output fixed on one side fixed stop, which adjoins the end the first capacitor section, and on the other side of the central current output, a movable stop is installed, with the help of which the second additional insulator and the peripheral current output are pressed to the
- the fixed emphasis is made of metal
- the movable emphasis is made of dielectric
- the central current output is fixed from rotation relative to the housing; between the fixed stop and the first capacitor section, between adjacent capacitor sections, between the last capacitor section and the peripheral current output, elastic gaskets are installed.
- the installation between the fixed stop and the first capacitor section, between adjacent capacitor sections, between the last capacitor section and the peripheral current output of the elastic gaskets allows you to distribute the pressure on the end surface of the capacitor sections and eliminate mechanical damage to the sectioning of the sections (thin lead coating on the section plates), to which the conclusions of the section are soldered.
- the number of gaskets or their thickness you can choose the spread along the length (height) of the package of capacitor sections.
- FIG. 2 shows a longitudinal section of the inner withdrawal part of the inventive high-voltage pulse capacitor: a central current lead with a package of capacitor sections fixed to it with a fixed and movable stop, main and additional insulators and peripheral current output.
- Fig. 3 shows photographs of the first additional insulator made in the form of a cup (left view) and worn on the first capacitor section, and the second additional insulator having a tubular-disk construction (right view) and mounted on the central current output from the side of the last capacitor section and peripheral current output.
- the proposed high-voltage pulse capacitor contains (see Fig. L) a tubular metal housing, two insulating covers (they are also output insulators) at the ends and an internal extraction part.
- the capacitor housing is made in the form of a steel pipe with connecting internal and external threads at the ends. Case diameter 102 mm, length 1100 mm. At one end of the capacitor housing, annular grooves are made for rubber seals and slotted grooves for pipe wrenches, respectively designed for sealing the joints of the capacitor modules with each other and for twisting the capacitor modules with each other and with the neighboring module blocks of the borehole electro-hydraulic apparatus.
- the insulating covers (they are also the output insulators) of the capacitor are made of polyamide (caprolon) with a developed outer surface to increase electrical strength. One of the covers is fixed in the capacitor case with a locking ring, the other cover is fixed with a nut screwed into the case (the upper output insulator is shown in Fig.
- the inner removable part of the capacitor contains (see Fig. 2) a central current output 1, a peripheral collet current output 2, six or seven series-connected and impregnated capacitor sections 3, two main tubular insulators 4 and 5, two additional insulators 6 and 7.
- the central current output 1 is made of a copper or steel rod with a diameter of 10 mm and passes through the central holes in the capacitor sections 3 and the holes in the dielectric caps (output insulators) of the capacitor. At one end on the central current output 1 is fixed, for example, by welding a fixed disk stop
- the fixed stop 8 is made of metal.
- a thread is cut and a movable disk stop 9 is installed, made of a dielectric, for example, caprolon.
- the movable stop 9 has a central hole with a thread, as a result of which it has the ability, like a regular nut, to move along the central current output and simultaneously fix it in the right place on the central current output 1.
- Peripheral current output 2 is made in the form of a disk collet in contact on the periphery with the inner surface of the capacitor housing, and in the center of the last capacitor section soldered to the end (hoop).
- the capacitor sections 3 are made by winding onto a dielectric mandrel of a multilayer paper-lavsan dielectric BPBBPBPB (B is a layer of capacitor paper KOH-2 grade with a thickness of 5 ⁇ m, a P-layer of PET-KE lavsan film with a thickness of 10 ⁇ m) and metal plates, followed by impregnation of the sections with castor or oil oil.
- BPBBPBPB multilayer paper-lavsan dielectric
- B is a layer of capacitor paper KOH-2 grade with a thickness of 5 ⁇ m, a P-layer of PET-KE lavsan film with a thickness of 10 ⁇ m
- aluminum foil of the A5-T grade 9 ⁇ m thick can be used.
- the ends of the sections are metallized by spraying POS 30 molten solder on them with compressed air.
- the thickness of the contact layer - toping is 0.5-1 mm.
- the capacity of each section is approximately 14 ⁇ F, the operating voltage is 5
- Capacitor sections 3 are mounted on the central current output 1 and interconnected sequentially by soldering to the ends of adjacent capacitor sections flexible flat copper jumpers 10. At the same time, the end capacitance of the first capacitor section is soldered to the fixed stop 8 using the same jumpers, and the peripheral collet current output 2 is soldered to the end of the last capacitor section 2.
- Several capacitor sections connected in this way form a package with a total capacity of approximately 2.3 ⁇ F and operating voltage of 30 kV. Between the fixed stop 8 and the first capacitor section, between adjacent capacitor sections 3, between the last capacitor section and the peripheral current output 2, elastic (rubber) gaskets 11 are installed.
- the main inner tubular insulator 4 and the outer tubular insulator 5 are made of 900 mm wide polyester film and a thickness 20-50 microns and wound in several layers, respectively, on the Central current output 1 and over the outer (side) surface of the capacitor sections 3.
- the first additional insulator 6 is made in the form of a cup made of fluoroplastic (see Fig. 3, left) and is worn on a fixed stop 8 and the first capacitor section.
- the first additional insulator 6 provides isolation between the first capacitor section and the capacitor housing for a full operating voltage of 30-35 kV.
- the second additional insulator 7 is made in the form of a tubular-disk structure made of fluoroplastic (see Fig. 3, right) and is mounted on the central current output 1 from the side of the last capacitor section and the peripheral current output 2 so that the tubular part of the insulator 7 is located between the central current output 1 and the last capacitor section (separates them), and the disk part of the insulator 7 is pressed against the peripheral collet current output 2 (to its outer end surface).
- the second additional insulator 7 provides isolation between the central (high voltage) current output 1 and the peripheral collet (grounded) current output 2 for a full operating voltage of 30-35 kV.
- the assembly of the inner extraction part and the capacitor as a whole is carried out in the following sequence.
- an inner tubular insulator 4 and capacitor sections 3 are installed on the central current output 1.
- the capacitor sections 3 are connected to each other, a fixed stop 8 and a peripheral current output 2 by soldering thin copper jumpers 10 to them.
- elastic gaskets 11 are installed, and the second one is installed on the central current output 1 from the side of the last capacitor section and peripheral current output 2 one-piece insulator 7 of the tubular-disk construction and the movable disk stop 9 is screwed on.
- the capacitor sections 3 are elasticly pressed against each other and to the fixed stop 8.
- the central current output 1 , the capacitor sections 3 and the peripheral current output 2 are converted into a rather rigid assembly unit (design), convenient for subsequent winding on the condenser sections 3 of the outer tubular insulator 5 and installed ovki on the first capacitor section of the first additional insulator 6 in the form of a glass.
- the withdrawn part of the capacitor can be taken by the central current output 1 and lowered into the tubular body of the capacitor (when repairing the capacitor, the removable part is accordingly easy to remove by pulling it at the same central current output).
- a key 12 is installed on the central current output 1 and dielectric covers are put on (output insulators with rubber seals). Then, with the help of special equipment and equipment, the condenser is slowly filled under vacuum with castor or oil of the EIM-8 type.
- the proposed high voltage capacitor is connected at one end.
- the high-voltage pulse capacitor with the declared distinctive features was designed, manufactured and tested by the authors at the stands and in the wells.
- the test results are as follows: operating voltage of the capacitor 30 kV, energy consumption 1 kJ, inductance 120 nH, discharge current up to 30 kA.
- the pressure resistance of the condenser is 300 atm, the maximum operating temperature is +100 0 C.
- the condenser is easy to assemble and repair.
- the capacitor withstands overloads during ground transportation and during high-speed descent into the well. Compared with the Ukrainian counterpart, the capacitor has 10 times less inductance and 3 times more power consumption.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к высоковольтным импульсным конденсаторам и может быть использовано для получения мощных импульсов электрического тока, например, в скважинных электрогидравлических аппаратах. Техническим результатом данного изобретения является повышение механической и электрической прочности конденсатора. Сущность изобретения: высоковольтный импульсный конденсатор (Фиг.2), содержит трубчатый металлический корпус с двумя изоляционными крышками на концах и размещенный в нем полый цилиндрический пакет из нескольких последовательно соединенных пропитанных конденсаторных секций, центральный токовывод, соединенный с торцом первой конденсаторной секции и проходящий через отверстия в конденсаторных секции и металлическим корпусом, два основных трубчатых изолятора, один из которых установлен поверх центрального токовывода, а второй установлен снаружи пакета конденсаторных секций, дополнительный изолятор, выполненный в виде стакана и надетый на первую конденсаторную секцию. Новым является то, что введен второй дополнительный изолятор, имеющий трубчато-дисковую конструкцию и расположенный трубчатой частью внутри последней конденсаторной секции, а дисковой частью примыкающий к внешней поверхности периферийного токовывода, на центральном токовыводе закреплен с одной стороны неподвижный упор, к которому примыкает торец первой конденсаторной секции, а на другой стороне центрального токовывода установлен подвижной упор, с помощью которого второй дополнительный изолятор и цанговый электрод поджимаются к последней конденсаторной секции, а секции - друг к другу и неподвижному упору. Кроме того, неподвижный упор выполнен из металла, подвижной упор - из диэлектрика; центральный токовывод зафиксирован от проворота относительно корпуса, между неподвижным упором и первой конденсаторной секцией, между соседними конденсаторными секциями, между последней конденсаторной секцией и периферийным токовыводом установлены эластичные прокладки.
Description
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ КОНДЕНСАТОР
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным импульсным конденсаторам и формирующим линиям, и может быть использовано для получения мощных импульсов электрического тока, например, в скважинных электрогидравлических аппаратах. Предшествующий уровень техники.
Известен конденсатор ИМ 60-0,03 емкостью 0,03 мкФ на напряжение 60 кВ, содержащий трубчатый изоляционный (бакелитовый) корпус, пакет конденсаторных секций с бумажно-масляной изоляцией и две (верхнюю и нижнюю) металлические крышки, являющиеся выводами конденсатора (см. книгу Г.С.Кучинский "Высоковольтные импульсные конденсаторы", Jl., Энергия, 1973г., с.150-154, рис. 91).
Недостатками указанного высоковольтного конденсатора являются большой диаметр 161 мм, высокая индуктивность 0,5-1,5 мкГн, малая удельная энергоемкость 12 Дж/литр, низкая механическая прочность корпуса. Эти недостатки не позволяют использовать конденсатор в скважинных электрогидравлических аппаратах.
Известен также высоковольтный импульсный конденсатор (см. а.с. СССР JN° 1355017, МПК6 HOl G 4/228, авторы Титов М.Н. и Долженко А.С, заявлено 28.03.86, опубликовано 20.02.95, БИ N°5), содержащий металлический корпус с крышкой и дном и расположенные в корпусе полый цилиндрический пакет из последовательно соединенных пропитанных конденсаторных секций, два основных токовывода положительной и отрицательной полярности, соединенные с торцами первой и последней конденсаторных секций, трубчатый изолятор, установленный снаружи пакета конденсаторных секций, и две изоляционные вставки, расположенные между пакетом конденсаторных секций, крышкой и дном. Крышка и дно выполнены металлическими и соединены с корпусом конденсатора.
Токовывод положительной полярности соединён с торцом пакета секций, имеющим положительную полярность, выведен через внутреннюю полость пакета на металлическую крышку конденсатора и изолирован от последней. Отрицательный токовывод соединен с торцом пакета секций, имеющим отрицательную полярность, и металлическим дном. Кроме того, конденсатор содержит два дополнительных токовывода, установленных на дне конденсатора и соединенных один с торцом пакета секций, имеющим положительную
полярность, а второй - с торцом пакета секций, имеющим отрицательную полярность, и металлическим корпусом.
Недостатки известного высоковольтного импульсного конденсатора - сложная конструкция (большое число токовыводов), большая индуктивность и высокая напряженность электрического поля между секциями и положительным токовыводом, проходящим через внутреннюю полость пакета секций, что снижает рабочее напряжение, амплитуду разрядного тока и надежность конденсатора.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом к заявляемому изобретению является высоковольтный импульсный конденсатор (см. патент РФ JVe 2101793, МПК6 H 01 G 4/02, автор Картелев А.Я. и др., заявл. 26.09.96, опубл. 10.01.98, БИ Jfe 1), содержащий металлический корпус с расположенным в нем пакетом из последовательно соединенных и пропитанных конденсаторных секций, две диэлектрические крышки, токовывод положительной полярности, соединенный с торцом первой секции и проходящий через центральные отверстия в секциях, токовывод отрицательной полярности, соединенный с торцом последней секции и корпусом конденсатора, два основных трубчатых изолятора, один из которых установлен поверх положительного токовывода, другой - поверх пакета конденсаторных секций, дополнительный изолятор, выполненный в виде стакана и надетый на первую секцию.
Недостатки прототипа: - довольно частый пробой одного из основных трубчатых изоляторов, установленного поверх токовывода положительной полярности, и выход конденсатора из строя, вследствие высокой напряженности электрического поля между токовыводом положительной полярности и торцом последней конденсаторной секцией (токовыводом отрицательной полярности); - разброс по длине (высоте) конденсаторных секций, образующийся при намотке секций, который приводит к тому, что между секциями появляются зазоры, длина (высота) пакета конденсаторных секций «плaвaeт» и сами секции могут перемещаться вдоль токовывода положительной полярности. При транспортировке конденсатора по плохим российским дорогам и при скоростном спуске в скважину, часто сопровождающихся ударами и торможениями, это может приводить к отрыву межсекционных перемычек от торцов (шоопировки) секций.
- затруднена установка второго основного трубчатого изолятора на незакрепленные - «плaвaющиe» (имеющие возможность перемещаться вдоль и вращаться вокруг центрального положительного токовывода) конденсаторные секции.
Раскрытие изобретения. При создании данного изобретения решались две задачи: а) создание более механически и электрически прочной конструкции высоковольтного импульсного конденсатора; б) упрощение сборки и ремонта конденсатора.
Основным техническим результатом данного изобретения является повышение механической и электрической прочности конденсатора. В дальнейшем для упрощения формулы изобретения и расширения области применения конденсатора авторы предлагают не указывать полярность токовыводов и, поэтому, заменяют токовывод положительной полярности на центральный токовывод, а токовывод отрицательной полярности - на периферийный токовывод.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным высоковольтным импульсным конденсатором, содержащим металлический корпус с расположенным в нем пакетом из последовательно соединенных и пропитанных конденсаторных секций, две диэлектрические крышки, центральный токовывод, соединенный с торцом первой секции и проходящий через центральные отверстия в конденсаторных секциях, периферийный токовывод, соединенный с торцом последней секции и корпусом конденсатора, два основных трубчатых изолятора, один из которых установлен поверх центрального токовывода, другой - поверх пакета конденсаторных секций, дополнительный изолятор, выполненный в виде стакана и надетый на первую конденсаторную секцию, новым является то, что введен второй дополнительный изолятор, имеющий трубчато-дисковую конструкцию и расположенный трубчатой частью внутри последней конденсаторной секции, а дисковой частью примыкающий к внешней поверхности периферийного токовывода, на центральном токовыводе закреплен с одной стороны неподвижный упор, к которому примыкает торец первой конденсаторной секции, а на другой стороне центрального токовывода установлен подвижной упор, с помощью которого второй дополнительный изолятор и периферийный токовывод поджимаются к последней конденсаторной секции, а секции - друг к другу и неподвижному упору.
Кроме того, неподвижный упор выполнен из металла, подвижной упор - из диэлектрика; центральный токовывод зафиксирован от проворота относительно корпуса; между неподвижным упором и первой конденсаторной секцией, между соседними конденсаторными секциями, между последней конденсаторной секцией и периферийным токовыводом установлены эластичные прокладки.
Введение в конструкцию конденсатора второго дополнительного изолятора, имеющего трубчато-дисковую конструкцию, и установка его на центральный токовывод со стороны последней конденсаторной секции и периферийного токовывода, обеспечивает увеличение электропрочности конденсатора в районе последней конденсаторной секции - между центральным (высоковольтным) токовыводом и последней конденсаторной секцией, соединенной с периферийным (заземленным) токовыводом. Это, в свою очередь, способствует увеличению надежности и срока службы конденсатора.
Выполнение на центральном токов ыводе двух упоров, с одной стороны (конца) - неподвижного, а с другой стороны (конца) - подвижного, например, перемещаемого по резьбе на центральном токов ыводе, обеспечивает возможность упругого поджатия конденсаторных секций друг к другу и закрепления (фиксации) их и периферийного (цангового) токовывода от перемещения вдоль центрального токовывода и от вращения вокруг последнего. Это превращает пакет конденсаторных секций в достаточно жесткую конструкцию и упрощает намотку на пакет конденсаторных секций наружного трубчатого изолятора и последующую установку собранного пакета конденсаторных секций в трубчатый корпус конденсатора. Кроме того, упругое поджатие конденсаторных секций не позволяет им разрушиться при транспортировке конденсатора по плохим российским дорогам и при скоростном спуске в скважину.
Выполнение неподвижного упора из металла, а подвижного упора из диэлектрика обеспечивает снижение напряженности электрического поля и повышение электропрочности между первой конденсаторной секцией и корпусом конденсатора и между центральным и периферийным токовыводами соответственно.
Установка между неподвижным упором и первой конденсаторной секцией, между соседними конденсаторными секциями, между последней конденсаторной секцией и периферийным токовыводом упругих прокладок позволяет распределить давление по торцевой поверхности конденсаторных секций и устранить механическое
повреждение шоопировки секций (тонкого свинцового покрытия на обкладках секций), к которой подпаиваются выводы секции. Кроме того, числом прокладок или их толщиной можно выбрать разброс по длине (высоте) пакета конденсаторных секций.
Закрепление центрального токовывода относительно корпуса способствует тому, что, например, при свинчивании конденсатора с зарядным устройством и коммутатором скважинного электрогидравлического аппарата усилие вращения, которое передается через цанги на центральный токовывод конденсатора, не передается далее на конденсаторные секции и контактные соединения между ними. Соответственно, не происходит разрушение пакета конденсаторных секций и надежность конденсатора возрастает. Краткое описание чертежей.
На фиг.l показан общий вид (фотография) опытного образца предлагаемого конденсатора (на фотографии хорошо видны трубчатый корпус конденсатора с присоединительной резьбой и канавками под уплотнения, верхний выходной изолятор и центральный токовывод, нижний выходной изолятор закрыт транспортной крышкой). На фиг. 2 изображен продольный разрез внутренней выемной части заявляемого высоковольтного импульсного конденсатора: центрального токовывода с закрепленным на нем при помощи неподвижного и подвижного упоров пакетом конденсаторных секций, основными и дополнительными изоляторами и периферийным токовыводом.
На фиг.З приведены фотографии первого дополнительного изолятора, выполненного в виде стакана (вид слева) и надетого на первую конденсаторную секцию, и второго дополнительного изолятора, имеющего трубчато-дисковую конструкцию (вид справа) и установленного на центральном токовыводе со стороны последней конденсаторной секции и периферийного токовывода.
Лучший вариант осуществления. Предлагаемый высоковольтный импульсный конденсатор содержит (см. фиг.l) трубчатый металлический корпус, две изоляционные крышки (они же выходные изоляторы) на концах и внутреннюю выемную часть.
Корпус конденсатора выполнен в виде стальной трубы с присоединительными внутренней и наружной резьбой на концах. Диаметр корпуса 102 мм, длина 1100 мм. На одном конце корпуса конденсатора выполнены кольцевые канавки под резиновые
уплотнения и шлицевые пазы под трубные ключи, предназначенные соответственно для герметизации мест соединения конденсаторных модулей друг с другом и для скручивания конденсаторных модулей друг с другом и с соседними блоками-модулями скважинного электрогидравлического аппарата. Изоляционные крышки (они же выходные изоляторы) конденсатора выполнены из полиамида (капролона) с развитой наружной поверхностью для увеличения электропрочности. Одна из крышек зафиксирована в корпусе конденсатора стопорным кольцом, другая крышка зафиксирована гайкой, ввинченной в корпус (на фиг.l показан верхний выходной изолятор, нижний выходной изолятор закрыт транспортной крышкой). Внутренняя выемная часть конденсатора содержит (см. фиг.2) центральный токовывод 1, периферийный цанговый токовывод 2, шесть или семь последовательно соединенных и пропитанных конденсаторных секций 3, два основных трубчатых изолятора 4 и 5, два дополнительных изолятора 6 и 7.
Центральный токовывод 1 выполнен из медного или стального стержня диаметром 10 мм и проходит через центральные отверстия в конденсаторных секциях 3 и отверстия в диэлектрических крышках (выходных изоляторах) конденсатора. С одного конца на центральном токовыводе 1 закреплен, например, путем сварки неподвижный дисковый упор
8, благодаря которому центральный токовывод 1 напоминает шпагу. Неподвижный упор 8 выполнен из металла. На другом конце центрального токовывода 1 нарезана резьба и установлен подвижной дисковый упор 9, выполненный из диэлектрика, например, капролона.
Подвижный упор 9 имеет центральное отверстие с резьбой, вследствие чего он имеет, как обычная гайка, возможность перемещения вдоль центрального токовывода и одновременной фиксации в нужном месте на центральном токовыводе 1.
Периферийный токовывод 2 выполнен в виде дисковой цанги, контактирующей на периферии с внутренней поверхностью корпуса конденсатора, а по центру припаянной к торцу (шоопировке) последней конденсаторной секции.
Конденсаторные секции 3 изготовлены путем намотки на диэлектрическую оправку многослойного бумажно-лавсанового диэлектрика БПБПБПБ (Б - слой конденсаторной бумаги марки KOH-2 толщиной 5 мкм, П-слой лавсановой пленки ПЭТ-КЭ толщиной 10 мкм) и металлических обкладок с последующей пропиткой секций касторовым или нефтяным
маслом. Для обкладок может быть использована алюминиевая фольга марки A5-T толщиной 9 мкм. Торцы секций металлизированы путем напыления на них сжатым воздухом расплавленного припоя ПОС 30. Толщина контактного слоя - шоопировки равна 0,5-1 мм. Емкость каждой секции равна примерно 14 мкФ, рабочее напряжение 5 кВ. Конденсаторные секции 3 установлены на центральном токовыводе 1 и соединены между собой последовательно путем пайки к торцам соседних конденсаторных секций гибких медных перемычек 10 плоской формы. При этом к неподвижному упору 8 подпаян с помощью таких же перемычек торец (шоопировка) первой конденсаторной секции, а к торцу (шоопировке) последней конденсаторной секции припаян периферийный цанговый токовывод 2. Соединенные таким образом несколько конденсаторных секций образуют пакет общей емкостью примерно 2,3 мкФ и рабочим напряжением 30 кВ. Между неподвижным упором 8 и первой конденсаторной секцией, между соседними конденсаторными секциями 3, между последней конденсаторной секцией и периферийным токовыводом 2 установлены эластичные (резиновые) прокладки 11. Основные внутренний трубчатый изолятор 4 и наружный трубчатый изолятор 5 выполнены из лавсановой пленки шириной 900 мм и толщиной 20-50 мкм и намотаны в несколько слоев соответственно на центральный токовывод 1 и поверх наружной (боковой) поверхности конденсаторных секций 3.
Первый дополнительный изолятор 6 выполнен в виде стакана из фторопласта (см. фиг.З, слева) и надет на неподвижный упор 8 и первую конденсаторную секцию. Первый дополнительный изолятор 6 обеспечивает изоляцию между первой конденсаторной секцией и корпусом конденсатора на полное рабочее напряжение 30-35 кВ.
Второй дополнительный изолятор 7 выполнен в виде трубчато-дисковой конструкции из фторопласта (см. фиг.З, справа) и установлен на центральном токовыводе 1 со стороны последней конденсаторной секции и периферийного токовывода 2 так, что трубчатая часть изолятора 7 находится между центральным токовыводом 1 и последней конденсаторной секцией (разделяет их), а дисковая часть изолятора 7 оказывается прижата к периферийному цанговому токовыводу 2 (к его внешней торцевой поверхности). Второй дополнительный изолятор 7 обеспечивает изоляцию между центральным (высоковольтным) токовыводом 1 и периферийным цанговым (заземленным) токовыводом 2 на полное рабочее напряжение 30-35 кВ.
Защита от проворота центрального токовывода 1 и конденсаторных секций 3 относительно корпуса конденсатора обеспечивается при помощи шпонок и соответствующих пазов, выполняемых и устанавливаемых соответственно на центральном электроде 1, одной из диэлектрических крышек (одном выходном изоляторе) и корпусе конденсатора (см. шпонку поз. 12 на фиг.2).
Сборка внутренней выемной части и конденсатора в целом осуществляется в следующей последовательности. Вначале на центральный токовывод 1 устанавливаются внутренний трубчатый изолятор 4 и конденсаторные секции 3. Затем конденсаторные секции 3 соединяются друг с другом, неподвижным упором 8 и периферийным токовыводом 2 при помощи пайки к ним тонких медных перемычек 10. После этого между конденсаторными секциями 3, неподвижным упором 8 и периферийным цанговым токовыводом 2 устанавливаются эластичные прокладки 11, а на центральный токовывод 1 со стороны последней конденсаторной секции и периферийного токовывода 2 устанавливается второй дополнительный изолятор 7 трубчато-дисковой конструкции и накручивается подвижной дисковый упор 9. С помощью подвижного упора 9 через второй дополнительный изолятор 7 и периферийный цанговый токовывод 2 обеспечивается упругое поджатие конденсаторных секций 3 друг к другу и к неподвижному упору 8. В результате, центральный токовывод 1, конденсаторные секции 3 и периферийный токовывод 2 превращаются в достаточно жесткую сборочную единицу (конструкцию), удобную для последующей намотки на конденсаторные секции 3 наружного трубчатого изолятора 5 и установки на первую конденсаторную секцию первого дополнительного изолятора 6 в виде стакана. Кроме того, упрощается установка выемной части конденсатора в его металлический корпус. Выемную часть конденсатора можно взять за центральный токовывод 1 и опустить внутрь трубчатого корпуса конденсатора (при ремонте конденсатора соответственно выемную часть легко извлечь, потянув ее за тот же центральный токовывод). После установки выемной части в металлический корпус на центральный токовывод 1 устанавливаются шпонка 12 и надеваются диэлектрические крышки (выходные изоляторы с резиновыми уплотнениями). Затем с помощью специальной оснастки и оборудования осуществляется под вакуумом медленное наполнение конденсатора касторовым или нефтяным маслом типа ЭИM-8. Предлагаемый высоковольтный конденсатор подключается одним концом
(центральным токовыводом и корпусом) к высоковольтному зарядному устройству, другой
конец конденсатора (его центральный токовывод и корпус) подключается через коммутатор к нагрузке. По достижении на конденсаторе заданного уровня напряжения срабатывает коммутатор и напряжение на нагрузке скачком возрастает до величины в несколько десятков киловольт и спадает с постоянной времени, равной произведению емкости конденсатора на сопротивление нагрузки.
Промышленная применимость.
Высоковольтный импульсный конденсатор с заявленными отличительными признаками был спроектирован, изготовлен и испытан авторами на стендах и в скважинах. Результаты испытаний следующие: рабочее напряжение конденсатора 30 кВ, энергоемкость 1 кДж, индуктивность 120 нГн, разрядный ток до 30 кА. Баростойкость конденсатора 300 атм, предельная температура эксплуатации +100 0C. Конденсатор легко собирается и ремонтируется. Конденсатор выдерживает перегрузки при транспортировке наземным транспортом и при скоростном спуске в скважину. По сравнению с украинским аналогом конденсатор имеет в 10 раз меньшую индуктивность и в 3 раза большую энергоемкость. Таким образом, подтверждена полезность заявленного изобретения и возможность его применения в скважинных электрогидравлических аппаратах.
Claims
1. Высоковольтный импульсный конденсатор, содержащий трубчатый металлический корпус с двумя изоляционными крышками на концах и размещенный в нем пакет из последовательно соединенных и пропитанных конденсаторных секций, центральный токовывод, соединенный с торцом первой конденсаторной секции и проходящий через отверстия в конденсаторных секциях, периферийный токовывод, соединенный с торцом последней конденсаторной секции и металлическим корпусом, два основных трубчатых изолятора, один из которых установлен поверх центрального токовывода, а второй установлен снаружи пакета конденсаторных секций, дополнительный изолятор, выполненный в виде стакана и надетый на первую конденсаторную секцию, отличающийся тем, что введен второй дополнительный изолятор, имеющий трубчато-дисковую конструкцию и расположенный трубчатой частью внутри последней конденсаторной секции, а дисковой частью примыкающий к внешней поверхности периферийного токовывода, на центральном токовыводе закреплен с одного конца неподвижный упор, к которому примыкает торец первой конденсаторной секции, а на другом конце центрального токовывода установлен подвижной упор, с помощью которого второй дополнительный изолятор и периферийный токовывод поджимаются к последней конденсаторной секции, а секции к друг к другу и к неподвижному упору.
2. Высоковольтный импульсный конденсатор по п.l, отличающийся тем, что неподвижный упор выполнен из металла, а подвижной упор - из диэлектрика.
3. Высоковольтный импульсный конденсатор по п.l, отличающийся тем, что центральный токовывод зафиксирован от проворота относительно корпуса.
4. Высоковольтный импульсный конденсатор по п.l, отличающийся тем, что между неподвижным упором и первой конденсаторной секцией, между соседними конденсаторными секциями, между последней конденсаторной секцией и периферийным токовыводом установлены эластичные прокладки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000220 WO2010128881A1 (ru) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Высоковольтный импульсный конденсатор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000220 WO2010128881A1 (ru) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Высоковольтный импульсный конденсатор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010128881A1 true WO2010128881A1 (ru) | 2010-11-11 |
Family
ID=43050243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000220 WO2010128881A1 (ru) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Высоковольтный импульсный конденсатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2010128881A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107799112A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-03-13 | 华中科技大学 | 一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2101793C1 (ru) * | 1996-09-26 | 1998-01-10 | Анатолий Яковлевич Картелев | Высоковольтный импульсный конденсатор |
| CN2322251Y (zh) * | 1997-11-12 | 1999-06-02 | 张思信 | 高压线上的高压电容器 |
-
2009
- 2009-05-07 WO PCT/RU2009/000220 patent/WO2010128881A1/ru active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2101793C1 (ru) * | 1996-09-26 | 1998-01-10 | Анатолий Яковлевич Картелев | Высоковольтный импульсный конденсатор |
| CN2322251Y (zh) * | 1997-11-12 | 1999-06-02 | 张思信 | 高压线上的高压电容器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107799112A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-03-13 | 华中科技大学 | 一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5191517A (en) | Electrostatic particle accelerator having linear axial and radial fields | |
| US8749952B2 (en) | Multiple-coil supercapacitor | |
| US4680671A (en) | High voltage and high energy storage device and a pulse generator including the application thereof | |
| CN108701549B (zh) | 低轮廓扁平湿式电解钽电容器 | |
| CN101515705B (zh) | 用于主高压导线的套管 | |
| US7289311B2 (en) | Power ring pulse capacitor | |
| JP6702309B2 (ja) | コンデンサおよびその製造方法 | |
| WO2010128881A1 (ru) | Высоковольтный импульсный конденсатор | |
| US4450500A (en) | Electric capacitor of variable capacitance | |
| CN105679534B (zh) | 双同轴型高压脉冲电容器及电容、开关一体化装置 | |
| CN102385990B (zh) | 一种脉冲电容器 | |
| CN110808168B (zh) | 一种干式高电压低电感同轴式峰化电容器及制作工艺 | |
| CN102412063A (zh) | 一种用于快放电的高压脉冲电容器 | |
| EA018033B1 (ru) | Высоковольтный импульсный конденсатор | |
| US9728339B2 (en) | Insulation for high voltage capacitors | |
| US6845551B2 (en) | Method of making a power electronics capacitor | |
| CN213815848U (zh) | 一种超高压同轴薄膜电容器及并联式电容装置 | |
| RU2101793C1 (ru) | Высоковольтный импульсный конденсатор | |
| WO2020224446A1 (zh) | 用于气绝缘脉冲功率源的固态柔性电阻 | |
| JP6173105B2 (ja) | 絶縁試験装置 | |
| RU2130662C1 (ru) | Высоковольтный импульсный конденсатор | |
| US3629605A (en) | Apparatus for providing a steep voltage step across a load in electric high-voltage circuit | |
| CN104867672A (zh) | 充气式脉冲电容器 | |
| US5382835A (en) | Integrated Marx generator | |
| EP3179495B1 (en) | Power capacitor unit for high pressure applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09844420 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09844420 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |