ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОНДЕНСАТОР

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным конденсаторам.
6
Известен высоковольтный конденсатор (а.с. №1355017, кл. МПК H01G 4/228, «Силовой высоковольтный импульсный конденсатор», опубл. 20.02.95, Бюл. №5), содержащий размещенные в цилиндрическом металлическом корпусе пружины, полый цилиндрический пакет из последовательно соединенных пропитанных цилиндрических секций положительной и отрицательной полярности, металлическую крышку с изолятором, дно и токовыводы, компенсаторы температурного расширения пропитывающего диэлектрика внутри жесткого корпуса конденсатора, установленные на внутренней поверхности дна и под крышкой. Один из токовыводов размещен внутри изолятора и соединен с торцом пакета секций положительной полярности, а другой токовывод закреплен на дне и соединен с торцом пакета секций отрицательной полярности и металлическим корпусом.
В ходе эксплуатации конденсатор может находиться в среде с различной температурой. Изменение температуры вызывает значительное изменение объема внутренних компонентов конденсатора (секций, жидкого диэлектрика и др.). Суммарное изменение объема указанных элементов конденсатора, работающего в широком диапазоне температур, может быть значительным и требует наличия температурного компенсатора соответствующего объема. При недостаточном рабочем объеме компенсатора может происходить его срабатывание до отказа, после чего при дальнейшем нагреве конденсатора внутри него быстро создается большое избыточное давление, способное привести к разрушению конструкции. В свою очередь при охлаждении, если расширительная способность компенсаторного объема недостаточна, в объеме конденсатора возникает разрежение, способствующее появлению в жидком диэлектрике пузырьков газов, освобождающихся из растворенного состояния при падении давления. Это может привести к росту интенсивности частичных разрядов, ведущих к старению диэлектрика и к пробою изоляции конденсатора.
Недостатками указанного высоковольтного конденсатора являются:
- малый рабочий объем компенсатора теплового расширения, ограничивающий диапазон рабочих температур;
- размещение компенсатора температурного изменения объема в полезном объеме конденсатора, приводящее к уменьшению его энергоемкости и повышению индуктивности;
- ограничение ресурса конденсатора временем старения жидкого диэлектрика из-за частичных разрядов при атмосферном давлении, поддерживаемом внутри конденсатора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является высоковольтный конденсатор, корпус которого снабжен крышкой со встроенными в нее фарфоровыми выводами и заправочной горловиной с резьбовым фланцем для закручивания заглушки (болт) [Берковский A.M., Лысков Ю.И. Мощные конденсаторные батареи (шунтовые). М., «Энергия», 1967, стр. 12], выбранный в качестве прототипа. Пропитывающая диэлектрическая жидкость к единичным конденсаторам (несколько свитков из фольги и диэлектрического материала), находящимся в герметично закрытом корпусе, подается через заправочную горловину. Герметичность готового изделия, после термовакуумной обработки, достигается завариванием заглушки вне вакуумной камеры. Попадание влаги и воздуха внутрь конденсаторов из окружающей среды, как известно, приводит к возрастанию проводимости диэлектрика, увеличению тангенса угла диэлектрических потерь, снижению электрической прочности и, следовательно, к преждевременному выходу конденсаторов из строя. В изоляции конденсаторов наиболее интенсивно разрушается жидкий диэлектрик, что проявляется в изменении физико-химических характеристик, сопровождаемых выделением газа, увеличением tgδ и проводимости. Возникновение и развитие частичных разрядов в конденсаторном диэлектрике во многом определяются напряженностью поля в жидком диэлектрике и свойствами пропитывающей жидкости. В последующем возникают разрушения твердой фазы, которые при интенсивном протекании завершаются пробоем изоляции.
Недостатком конструкции высоковольтного конденсатора, описанного ранее, является низкая надежность из-за разгерметизации корпуса и насыщение воздухом в процессе заваривания заглушки. Для заваривания заправочной горловины конденсаторы вынимают из вакуумной камеры и транспортируют на производственный участок сварки. В этот промежуток времени возможно проникновение влаги и воздуха из окружающей среды внутрь конденсатора (до заваривания), что резко ухудшает его электрические характеристики и приводит к быстрому выходу из строя. Также вследствие плотного заполнения внутреннего объема корпуса высоковольтного конденсатора единичными конденсаторными секциями возникающие в пропитывающей жидкости газы не имеют возможности перемещения внутри объема корпуса и по внутренней поверхности гладких боковых стенок корпуса, что ведет к ухудшению электрических характеристик конденсатора. Кроме того, конструкция не позволяет осуществить контроль давления рабочей среды внутри его корпуса через заправочную горловину и опасные значения давления могут привести к разгерметизации корпуса высоковольтного конденсатора.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение надежности работы высоковольтного конденсатора за счет непрерывного контроля давления рабочей среды его корпуса через заправочную горловину с целью контроля избыточного давления (опасных значений давления рабочей среды) в высоковольтном конденсаторе, способного привести к разгерметизации корпуса.
Данный технический результат достигается тем, что предложена конструкция высоковольтного конденсатора, внутри металлического корпуса с крышками которого размещены пропитанные конденсаторные секции, помещенные в жидкий диэлектрик, и токовыводы. Одна из крышек установлена герметично через резиновые уплотнители, с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса конденсатора. Компенсатор размещен снаружи и выполнен в виде упругого деформируемого элемента с устройством, регулирующим усилие, создающее заданное избыточное давление внутри корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
- фиг. 1 - общий вид высоковольтного конденсатора с электромагнитным предохранительным клапаном;
- фиг. 2 - схема процесса термовакуумной обработки высоковольтного конденсатора с последующей эксплуатацией.
Высоковольтный конденсатор содержит металлический корпус 1, включающий боковые стенки 2, днище 3, монтажные петли 4, крышку корпуса 5, установленную герметично с корпусом, расположенные внутри корпуса пропитанные конденсаторные секции 6, помещенные в жидкий диэлектрик, заправочную горловину 7 и токовыводы 8, расположенные на крышке 5 корпуса 1, согласно полезной модели заправочная горловина содержит датчик давления 14, электромагнитный предохранительный клапан 9 и сильфон (сбросная свеча) 15. Боковые стенки 2 корпуса имеют внутреннюю гофрированную поверхность (выполненную из гофрированного листа) с вертикальными пазами, для улучшения перемещения пузырьков воздуха и газа из единичных конденсаторных секций 6 в направлении заправочной горловины 7.
Электромагнитный предохранительный клапан 9 устанавливается на резьбовые отверстия фланца заправочной горловины 7 крышки корпуса 5 конденсаторной батареи и содержит корпус 10, электромагнит 11, разъем со встроенным выпрямителем 12, клапанный узел 13, датчик давления 14 с встроенным разъемом, сильфон 15. Сильфон 15 монтируется на резьбовое отверстие электромагнитного предохранительный клапана 9. Крышка корпуса 5 может быть выполнена из стали или алюминия. Датчик давления 14 соединен каналом связи 19 с блоком управления 16, который предназначен для контроля давления рабочей среды (воздуха) внутри высоковольтного конденсатора и соединен по каналу связи 20 с электромагнитным предохранительным клапаном 9, предназначенным для выравнивая давления высоковольтного конденсатора.
Каналы связи 19 и 20 могут быть выполнены как проводными, так и беспроводными.
В ходе термовакуумной обработки высоковольтный конденсатор в сборе помещается в термовакуумную камеру 17. Подача диэлектрической жидкости в корпус 1 высоковольтного конденсатора осуществляется через заправочный трубопровод 18.
По достижении заданного уровня подача диэлектрической жидкости в корпус высоковольтного конденсатора прекращается. При отключении подачи диэлектрической жидкости по трубопроводу 18 в камере 17 по заданному циклу создается вакуум и повышается температура. Излишки рабочей среды (воздуха) в виде пузырьков постепенно выходят из секций конденсаторов и фольги, продвигаясь в сторону разрежения к заправочной горловине, датчика давления 14, электромагнитного предохранительного клапана 9. Выход пены (излишков смеси воздуха и диэлектрика) производится через сильфон (сбросную свечу) 15. О наличии остатков воздуха и его давлении сигнализирует датчик давления 14 по каналу связи 19. Операция удаления воздуха завершается подачей сигнала блока управления 16 на электромагнитный предохранительный клапан 9 по каналу связи 20. После этого давление в термовакуумной камере выравнивается с атмосферным давлением, готовые высоковольтные конденсаторы вынимаются и отправляются на контрольные высоковольтные испытания.
На этапе эксплуатации высоковольтный конденсатор находится под напряжением. В нормальном режиме работы датчик давления 14 по каналу 19 подает сигнал на блок управления 16, что корпус герметичен (изменений давления нет). При изменении давления (по причине пробоя корпуса или разложения диэлектрика с выделением газа) датчик давления 14 по проводной или беспроводной линии 19 подает сигнал «авария» на блок управления 16. Если рост давления продолжается и существует опасность разгерметизации корпуса, то блок управления 16 подает сигнал на открытие электромагнитного предохранительного клапана 9 по каналу связи 20. Избыточное давление «стравливается» через сильфон 15. После этого может выполняться определение причин аварийного отключения и их устранение.
Предлагаемая конструкция высоковольтного конденсатора исключает проникновение влаги и воздуха из окружающей среды внутрь высоковольтного конденсатора как во время сборки, так и в ходе эксплуатации. Повышает надежность эксплуатации за счет возможности удаленного контроля давления газа и жидкости внутри корпуса высоковольтного конденсатора, а также аварийного сброса избыточного давления, тем самым предотвращая большое избыточное давление внутри корпуса, способное привести к разрушению конструкции высоковольтного конденсатора.
Заявляемое устройство выполнено с возможностью контроля избыточного давления внутри металлического корпуса конденсатора, что позволяет повысить энергоемкость, надежность и ресурс конденсатора при работе в широком диапазоне температур и не допустить избыточного давления (опасных значений давления рабочей среды) в высоковольтном конденсаторе, способного привести к разгерметизации корпуса.