Высоковольтный импульсный конденсатор

 

Использование: создание емкостных накопителей электрической энергии для погружных электрогидравлических установок и низкоомных формирующих линий для питания лазеров и ускорителей. Сущность изобретения: предлагаемый импульсный конденсатор содержит трубчатый металлический корпус с крышками на концах. Внутри корпуса размещен пакет из последовательно соединенных конденсаторны секций, токовывод положительной полярности и токовывод отрицательной полярности. Пакет конденсаторных секций изолирован от корпуса с помощью наружного цилиндрического изолятора и дополнительного изолятора, от положительного токовывода - с помощью внутреннего цилиндрического изолятора. Дополнительный изолятор выполнен в виде стакана и надет на первую секцию. Токовывод положительной полярности соединен с торцом первой секции и проходит через все секции. Токовывод отрицательной полярности соединен с торцом последней секции и корпусом конденсатора. Изобретение позволяет увеличить емкость и рабочее напряжение конденсатору. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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 электрогидравлических погружных устройствах [1] Известен силовой импульсный конденсатор, содержащий размещенные в цилиндрическом металлическом корпусе пружины, пакет из последовательно соединенных полых пропитанных секций, металлическую крышку с изолятором, дно, два основных токовывода, два дополнительных токовывода и один дополнительный изолятор, при этом дополнительный изолятор закреплен на дне, один из дополнительных токовыводов размещен внутри дополнительного изолятора и соединен с торцом пакета секций положительной полярности, а другой дополнительный токовывод закреплен на дне и соединен с торцом пакета секций отрицательной полярности и металлическим корпусом.

Недостатками указанного силового импульсного конденсатора являются: малая погонная емкость, примерно 0,5 мкФ/м (два корпуса, четыре токовывода, пружины, компенсаторы и изоляционные вставки занимают довольно большой объем); пониженное напряжение из-за отсутствия сплошной изоляции положительного токовывода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является силовой высоковольтный импульсный конденсатор,содержащий металлический корпус с расположенным в нем пакетом из последовательно соединенных и изолированных от корпуса конденсаторных секций, крышки, токовывод положительной полярности, соединенный с торцом первой секции и проходящий через центральные отверстия в секциях, и токовывод отрицательной полярности, соединенный с торцом последней секции и корпусом конденсаторах [2] Недостатки высоковольтного импульсного конденсатора-прототипа следующие: ограниченное рабочее напряжение, не более 30 кВ, из-за наличия металлических крышек и слабой изоляции положительного токовывода; малая погонная емкость конденсатора, не более 0,7 мкФ/м, из-за большой длины выводных изоляторов.

Одной из решаемых задач изобретения является улучшение условий электрического пробоя скважинной жидкости и увеличение силы электрогидравлического воздействий на призабойную зону нефтяной или газовой скважины и соответственно повышение проницаемости продуктивного пласта и увеличение производительности (дебита) нефтяной или газовой скважины.

Технический результат изобретения увеличение емкости и рабочего напряжения конденсатора.

Технический результат достигается тем что в отличие от известного высоковольтного импульсного конденсатора, содержащего металлический корпус с расположенным в нем пакетом из последовательно соединенных и изолированных от корпуса конденсаторных секций, крышки, токовывод положительной полярности, соединенный с торцом первой секции и проходящий через центральные отверстия в секциях, и токовывод отрицательной полярности, соединенный с торцом последней секции и корпусом конденсатора, новым является то, что конденсатор снабжен двумя дополнительными изоляторами, первый из которых выполнен в виде стакана и установлен на первой секции, второй установлен на положительном токовыводе, а крышки выполнены из диэлектрического материала. Кроме того, токовывод положительной полярности выполнен со сквозными продольными отверстием или пазом по наружной поверхности с концевыми разъемными взаимоответными контактными элементами, например цилиндром и цангой, а токовывод отрицательной полярности выполнен в виде плоской шайбы или цанги.

Выполнение первого дополнительного изолятора в виде стакана и установка его на первую конденсаторную секцию приводит к увеличению электрической прочности между первой конденсаторной секцией, находящейся под полным рабочим напряжением, и корпусом конденсатора, находящимся под нулевым потенциалом.

Изоляция токовывода положительной полярности по всей его длине вторым дополнительным изолятором, например путем обмотки лавсановой пленкой, способствует увеличению электрической прочности между токовыводом положительной полярности и обкладками конденсаторных секций отрицательной полярности.

Совместное положительное действие обоих изоляторов способствует увеличению рабочего напряжения конденсатора с 30 до 35 кВ и лучшему использованию внутреннего объема конденсатора увеличению его емкости от 0,7 до 1,6 мкФ.

Выполнение торцевых крышек из диэлектрика также способствует увеличению рабочего напряжения конденсатора и стойкости его к поверхностным разрядам (увеличивается толщина изоляционного промежутка между центральным токовыводом положительной полярности и заземленным корпусом).

Токовывод положительной полярности, выполненный со сквозными продольными отверстием или пазом по наружной поверхности с концевыми разъемными взаимоответными контактными элементами, например цилиндром и цангой, позволяет легко включать конденсаторы в состав приборов без уменьшения их энергоемкости, а также позволяет уменьшить собственную индуктивность конденсатора и получать в динамическом режиме более высокое рабочее напряжение.

Выполнение токовывода отрицательной полярности в виде плоской шайбы или цанги позволяет дополнительно уменьшить собственную индуктивность конденсатора и использовать более электропрочную изоляцию с минимальными затратами объема внутренней полости конденсатора, что в свою очередь позволяет повысить емкость.

На чертеже показан предлагаемый импульсный конденсатор, продольный разрез.

Предлагаемый импульсный конденсатор содержит металлический корпус 1 с расположенным в нем пакетом из семи последовательно соединенных полых конденсаторных секций 2, изолированных от корпуса изолятором 3, диэлектрические крышки 4, 5, расположенные с торцов пакета, токовывод положительной полярности 6, проходящий через центральные отверстия в секциях и соединенный с торцом первой секции, токовывод отрицательной полярности 7, расположенный на торце последней секции и соединенный с корпусом, первый дополнительный изолятор 8, выполненный в виде стакана, установленный на первой секции,и второй дополнительный изолятор 9, расположенный на положительном токовыводе.

Кроме того, токовывод положительной полярности выполнен со сквозными продольными отверстием или пазом по наружной поверхности и снабжен концевыми разъемными взаимоответными контактными элементами, цилиндром 10 и цангой 11.

Токовывод отрицательной полярности выполнен в виде цанги 7.

Корпус конденсатора изготовлен из стальной трубы наружным диаметром 114 мм и толщиной стенки 7 мм, центральный положительный токовывод из медной или алюминиевой трубки диаметром 10 мм и толщиной стенки 2 мм. Длина корпуса конденсатора 1200 мм.

Цилиндрические секции конденсатора изготовлены путем намотки на диэлектрическую оправку многослойного бумажнолавсанового диэлектрика БПБПБПБ (Б слой конденсаторной бумаги марки КОН-2 толщиной 5 мкм, П слой лавсановой пленки ПЭТ-КЭ толщиной 10 мкм) и последующей пропитки его касторовым маслом. Для обкладок использована алюминиевая фольга марки А5-Т толщиной 9 мкм. Торцы секций металлизированы путем напыления на них сжатым воздухом расплавленного припоя ПОС 30. Толщина контактного слоя равна 0,5-1 мм.

Секции имеют диаметр 96 мм и длину 126 мм. Емкость каждой секции 11 мкФ, рабочее напряжение 5 кВ, амплитуда разрядного тока 10 кА и ресурс 500 тысяч разрядов. Между собой секции соединены последовательно путем пайки к торцам секций гибких медных проводников плоской формы.

Суммарная емкость конденсатора 1,6 мкФ, рабочее напряжение 35 кВ.

Заряд и разряд одного предлагаемого конденсатора осуществляется традиционным способом. Несколько последовательно свинченных конденсаторов имеют свойства длинной заряженной линии с низким волновым сопротивлением.

Поэтому, устанавливая конденсаторы рядом друг с другом и соединяя с помощью боковых плат, коллекторов можно получить малоиндуктивную и мощную конденсаторную батарею для питания лазеров и ускорителей, а состыковывая несколько конденсаторов последовательно друг за другом надежное скважинное устройство для электрогидравлического воздействия на призабойную зону нефтяной или газовой скважины.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый высоковольтный импульсный конденсатор позволяет использовать его при большем на 5 кВ рабочем напряжении, и имеется возможность для дальнейшего увеличения данного параметра. Увеличение емкости по сравнению с прототипом составляет более 100%

Формула изобретения

1. Высоковольтный импульсный конденсатор, содержащий металлический корпус с расположенным в нем пакетом из последовательно соединенных и изолированных от корпуса конденсаторных секций, крышки, токовывод положительной полярности, соединенный с торцом первой секции и проходящий через центральные отверстия в секциях, и токовывод отрицательной полярности, соединенный с торцом последней секции и корпусом конденсатора, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными изоляторами, первый из которых выполнен в виде стакана и установлен на первой секции, второй расположен на положительном токовыводе, а крышки выполнены из диэлектрического материала.

2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что токовывод положительной полярности выполнен со сквозными продольными отверстием или пазом по наружной поверхности с концевыми разъемными взаимоответными контактными элементами, например цилиндром и цангой.

3. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что токовывод отрицательной полярности выполнен в виде плоской шайбы или цанги.

РИСУНКИ

Рисунок 1