СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМИРОВАНИЯ И МАСЛОЗАПОЛНЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО КОНДЕНСАТОРНОГО БЛОКА
METHOD AND DEVICE FOR VACUUM TREATMENT AND OIL FILLING OF HIGH-VOLTAGE CAPACITOR UNIT

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологическому оборудованию для производства высоковольтных импульсных конденсаторов.
Известно устройство для откачки тонкостенных корпусов конденсаторов (см. авт. св. СССР 505050, МПК H01G 13/00, опубл. 28.02.76, бюл. №8, авторы Б.В.Драганов и Л.А.Черников), содержащее откачную систему с вакуумным насосом, промежуточную вакуумную камеру, снабженную штуцерами для подключения корпусов конденсаторов, приспособление для установки и закрепления корпусов. Промежуточная вакуумная камера соединена с пароструйным и механическим вакуумными насосами. Периодически на каждый процесс откачки промежуточная камера соединяется с заливочными отверстиями корпусов конденсаторов с помощью штуцеров.
Недостатком данного устройства является незавершенность технологического процесса изготовления конденсаторов, вследствие отсутствия в нем этапа маслозаполнения корпусов конденсаторов.
Известен также способ пропитки конденсаторов жидким диэлектриком (см. а.с. СССР №1598747, МПК H01G 13/04, опубл. 20.05.1996), включающий термовакуумную сушку конденсаторов, термовакуумную дегазацию пропитывающего состава, размещенного в емкости, и заливку конденсаторов пропитывающим составом, при этом перед операцией термовакуумной сушки конденсаторы закрепляют на верхнем основании емкости с пропитывающим составом, а термовакуумную сушку конденсаторов и термовакуумную дегазацию пропитывающего состава осуществляют совместно, после чего переворачивают емкость на 180° и осуществляют заливку конденсаторов.
Недостатками данного способа являются технологические ограничения, связанные с габаритами конденсатора и объемом пропитывающего состава. Данный способ применим только для малогабаритных конденсаторов (диаметром 30-50 мм). Высокоэнергоемкие импульсные конденсаторы с большим весом и объемом пропитывающего состава переворачивать на 180° очень затруднительно и, соответственно, пропитывать по данному способу фактически невозможно.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом к заявляемому изобретению является способ для вакуумирования и маслозаполнения высоковольтного конденсаторного блока (см. пат. РФ №2024979, МПК Н01G 13/04, опубл. 15.12.1994), включающий вакуумирование блока, дегазацию фторорганической жидкости и заполнение ею блока, при этом блок вакуумируют до давления, превышающего давление насыщенного пара фторорганической жидкости при температуре заливки, величину давления поддерживают с превышением 133,3-1333 Па в течение процесса заливки, а скорость подъема жидкости при заполнении блока выбирают и поддерживают равной 1 мм/мин.
Установка для осуществления способа-прототипа состоит из заполняемого высоковольтного конденсаторного блока, снабженного двухканальным элементом в виде двухканального штуцера, через один канал которого осуществляется термовакуумная откачка (сушка) блока, а через второй - маслозаполнение блока, резервуара с пропитывающей жидкостью, двух вакуумных насосов, уровнемера и вакуумметра, а также вакуумных шлангов и маслопроводов с вентилями.
Недостатками способа-прототипа и устройства для его осуществления являются:
- невозможность одновременной откачки заполняемого блока и его маслозаполнения из-за неправильного включения уровнемера в откачную магистраль;
- сложность и дороговизна гидравлической схемы установки из-за наличия двух вакуумных насосов;
- удаленность уровнемера от заполняемого высоковольтного конденсаторного блока, что приводит к переливу масла в блок;
- невозможность контроля качества дегазации пропитывающей жидкости.
Все вместе приводит к замедлению и удорожанию технологического процесса вакуумирования (термовакуумной сушки) и маслозаполнения высоковольтных конденсаторных блоков.
Задачей изобретения является создание способа и устройства для вакуумирования и маслонаполнения высоковольтных погружных конденсаторов, позволяющих ускорить и удешевить технологический процесс.
Техническим результатом изобретения является снижение затрат, сокращение длительности и удешевление технологического процесса за счет совмещения технологических операций термовакуумирования и маслонаполнения высоковольтных погружных конденсаторов, а также повышение качества этих операций.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе вакуумирования и маслозаполнения высоковольтного конденсаторного блока, включающем термовакуумирование блока, дегазацию пропитывающей жидкости и заполнение ею блока, в котором скорость подъема жидкости при заполнении блока регулируют, уровень жидкости в блоке контролируют, новым является то, что термовакуумную откачку блока совмещают с маслозаполнением блока, уровень жидкости в блоке и качество ее дегазации контролируют визуально с помощью смотрового окна на съемной крышке блока.
Кроме того, операции термовакуумирования и маслозаполнения осуществляют одновременно в нескольких конденсаторах. По мере заполнения блока пропитывающей жидкостью внутри блока периодически устанавливают давление, равное атмосферному. Операцию заливки конденсаторов осуществляют струйным или капельным способом.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством для вакуумирования и маслозаполнения высоковольтного конденсаторного блока, содержащим высоковольтный конденсаторный блок, двухканальный элемент для термовакуумной сушки и маслозаполнения конденсаторного блока, резервуар с пропитывающей жидкостью, вакуумный насос, вакуумные шланги и маслопроводы с вентилями, а также вакуумметр, новым является то, что в устройство дополнительно введены подставка для закрепления на ней нескольких корпусов конденсаторных блоков в вертикальном положении, а также распределительные вакуумная камера и камера с пропитывающей жидкостью, снабженные, соответственно, вакуумными шлангами и маслопроводами для подключения к вакуумному насосу и к резервуару с пропитывающей жидкостью, каждый конденсаторный блок снабжен съемной крышкой со смотровым окном и двухканальным элементом для термовакуумной откачки и маслозаполнения конденсаторного блока, выполненным в виде двух отдельных штуцеров, при этом съемная крышка установлена на верхнем торце корпуса конденсаторного блока, один из штуцеров на съемной крышке соединен с помощью вакуумного шланга с распределительной вакуумной камерой, а другой штуцер - с помощью маслопровода с распределительной камерой с пропитывающей жидкостью.
В качестве маслопровода использована медицинская система для переливания крови, кровезаменителей или инфузионных растворов.
Совмещение операций термовакуумной откачки (сушки) конденсаторного блока с маслозаполнением блока обеспечивает сокращение вдвое времени и электроэнергии на конечной стадии изготовления конденсаторов. Кроме того, при таком совмещении каждая порция (капля) пропитывающей жидкости дополнительно обезгаживается на входе в конденсаторный блок (при выходе ее из масляного штуцера).
Периодическое выключение вакуумного насоса (несколько раз по мере заполнения блока пропитывающей жидкостью) и установление внутри блока давления, равного атмосферному, обеспечивает гравитационное поджатие сверху пропитывающей жидкости и течение ее от верхней части конденсатора к нижней. Это повышает качество и однородность маслозаполнения погружных конденсаторов, имеющих высокую плотность укладки конденсаторных секций и большое (10-кратное) соотношение между длиной и диаметром погружного конденсатора.
Маслозаполнение конденсаторов струйным или капельным путем обеспечивает протекание пропитывающей жидкости по узким каналам и зазорам между конденсаторными секциями, изоляторами и корпусом конденсатора и исключает блокаду путей для выхода воздуха и паров воды (внутри конденсатора не образуются масляные пробки, затрудняющие выход воздуха и паров воды).
Введение в устройство подставки позволяет закрепить на ней несколько корпусов конденсаторных блоков, а также распределительные вакуумную и масляную камеры.
Введение в устройство распределительных вакуумной и масляной камер, снабженных соответственно вакуумными шлангами и маслопроводами с вентилями для подключения к вакуумному насосу и к резервуару для пропитывающей жидкости нескольких корпусов погружных конденсаторов, позволяет уменьшить в несколько раз затраты времени, электроэнергии, труда обслуживающего персонала и т.д. на термовакуумную откачку (сушку) и маслозаполнение конденсаторов.
Оснащение каждого высоковольтного конденсаторного блока съемной крышкой со смотровым окном и двумя раздельными (откачным и масляным) штуцерами и установка ее на верхнем торце корпуса конденсаторного блока, обеспечивает:
- совмещение операций термовакуумной откачки (сушки) внутреннего объема корпуса конденсатора и маслозаполнения конденсатора;
- наблюдение за процессами маслозаполнения корпуса конденсатора и дегазации пропитывающей жидкости, включая окончательный контроль уровня масла в конденсаторе.
Использование в качестве маслопроводов медицинских систем для переливания крови, кровезаменителей или инфузионных растворов способствует:
- ускорению процесса обнаружения и ликвидации течи в вакуумной системе маслонаполнения конденсаторного блока (через прозрачные стенки медицинских трубок хорошо видны воздушные пузыри);
- упрощению процесса маслонаполнения конденсаторного блока (роликовый зажим на медицинской трубке позволяет плавно регулировать скорость вливания масла от струйного до капельного);
- дополнительной очистке конденсаторного масла от мехпримесей (в системе для переливания крови имеется фильтр).
Технологический процесс вакуумирования и маслозаполнения высоковольтного конденсаторного блока - высоковольтного погружного конденсатора включает в себя следующие операции:
- подогрев конденсаторного масла заводской поставки до температуры 60-70°С и его вакуумную сушку при давлении 30-60 Па в течение 2-3 суток;
- установку на торцы погружного конденсатора двух съемных крышек: нижней глухой с уплотнениями и верхней крышки со смотровым окном, двухканальным элементом в виде двух отдельных штуцеров и уплотнениями;
- закрепление конденсаторов на подставке в вертикальном положении;
- соединение одного из штуцеров на съемной крышке с системой вакуумирования при помощи вакуумного шланга, а второго штуцера - при помощи маслопровода с системой маслозаполнения;
- вакуумную откачку (или сушку) внутренней полости конденсатора от паров воды при давлении не более 60 Па в течение 1-2 суток;
- медленное (слабоструйным способом) в течение, например, 8-12 часов или капельным способом в течение 2-3 дней наполнение корпуса конденсатора предварительно обезгаженным маслом, при этом вакуумная откачка внутренней полости конденсатора не прекращается;
- периодическое наблюдение через смотровое окно на верхней съемной крышке за выходом воздушных пузырей из масла и уровнем масла;
- периодическую разгерметизацию (2-3 раза за цикл) маслозаполнения корпуса конденсатора и восстановление внутри него атмосферного давления;
- повторную откачку воздуха из внутренней полости конденсатора после его разгерметизации вакуумным насосом до давления не более 0,1 мм рт. ст.;
- после подъема масла на определенную высоту (на уровень верхнего выходного изолятора конденсатора) и затухания процесса выхода газовых пузырей из масла прекращение вакуумной откачки и маслозаполнения конденсатора;
- отсоединение от верхней съемной крышки вакуумного шланга и маслопровода и снятие съемной крышки с верхнего торца конденсатора;
- установку в верхний выходной изолятор конденсатора специальной пробки, отсекающей конденсаторное масло от внешней атмосферы, при этом установка пробки осуществляется под слоем масла.
На фиг.1 показана гидравлическая схема предлагаемого устройства для вакуумирования и маслозаполнения одного высоковольтного конденсаторного блока.
На фиг.2 приведена фотография высоковольтного конденсаторного блока - высоковольтного погружного конденсатора после его вакуумирования и маслозаполнения.
На фиг.3 приведена фотография съемной крышки со смотровым окном и двухканальным элементом в виде двух отдельных штуцеров (крышка навинчивается на верхний торец корпуса конденсатора, один (большой) штуцер соединяется с вакуумной распределительной камерой, а другой (малый) штуцер - с масляной распределительной камерой).
На фиг.4 приведена фотография устройства для вакуумирования и маслозаполнения одновременно пяти высоковольтных погружных конденсаторов.
1
1
2
3
4
Предлагаемое устройство для вакуумирования и маслозаполнения высоковольтного конденсаторного блока содержит (см. фиг.1) высоковольтный конденсаторный блок 1 с конденсаторными секциями 2 внутри и съемной крышкой 3 на верхнем торце корпуса. В съемной крышке 3 выполнено смотровое окно и установлены два отдельных штуцера: один (правый) штуцер 4 присоединен с помощью вакуумного шланга к вакуумному насосу 5, а второй (левый) штуцер 6 - присоединен с помощью маслопровода, выполненного из медицинской системы для переливания крови, к резервуару для пропитывающей жидкости 7. На маслопроводе, идущем от конденсаторного блока 1 к резервуару 7 с конденсаторным маслом, установлен дроссель Др. Резервуар 7 выполнен с возможностью разгерметизации (соединения его через вентиль B с атмосферой) и заправки его конденсаторным маслом, а также подогрева масла и его вакуумной сушки. На вакуумном шлангах, идущих от конденсаторного блока 1 и резервуара 7 с конденсаторным маслом к вакуумному насосу 5, установлены вентили В, В, В и вакуумметры 8 и 9. Нижний торец высоковольтного конденсаторного блока 1 закрыт глухой съемной крышкой 10.
Высоковольтный конденсаторный блок 1 представляет собой (см. фиг.2) высоковольтный импульсный конденсатор погружного типа, выполненный по патенту РФ №2101793, опубл. 10.01.98, бюл. №1 или патенту РФ №2130662, опубл. 20.05.1999, бюл. №14. Диаметр корпуса конденсатора 102 мм, длина 1100 мм.
Съемная крышка 3 (см. фиг.3) выполнена из алюминия. Смотровое окно на крышке выполнено из кварцевого или органического стекла. Штуцеры 4 и 6 установлены на крышке диаметрально противоположно для удобства соединения их с распределительными вакуумной и масляной камерами. За присоединительной резьбой на крышке выполнены канавки под резиновые уплотнения.
2
4
2
1
1
3
4
1
Работы по вакуумированию и маслозаполнению одного погружного конденсатора выполняются в следующей последовательности. Перед началом работы в резервуар 7 заливают конденсаторное или нефтяное масло, затем вентиль b) закрывают, а вентили В-В открывают и включают вакуумный насос 5. Конденсаторное масло в резервуаре 7 при температуре 60-70° подвергают термовакуумной сушке и обезгаживанию в течение 2-3 суток. Одновременно осуществляется вакуумная откачка (сушка) внутренней полости погружного конденсатора 1. После завершения сушки конденсаторного масла в резервуаре 7 (достижения остаточного вакуума в резервуаре 40 Па или 0,3 мм рт.ст. по показаниям вакуумметра 8) вентиль В закрывают, вентиль B и дроссель Др открывают и масло под атмосферным давлением начинает поступать во внутреннюю полость погружного конденсатора 1. При этом откачка воздуха и паров воды из конденсатора 1 не прекращается (вентили В-В открыты), а подача масла в конденсатор регулируется положением дросселя Др: вначале масло в конденсатор подают струйным способом, а на финише маслозаполнения - капельным способом.
1
1
После появления масла над верхней конденсаторной секцией 2 дроссель Др перекрывают и через смотровое окно на верхней съемной крышке 3 следят за выходом растворенных газов из полости конденсатора (из масла в конденсаторе) и показаниями вакуумметра 9. По мере выхода растворенных газов из масла и заполнения маслом узких щелей или зазоров между конденсаторными секциями, а также между конденсаторными секциями, трубчатым изолятором и корпусом конденсатора уровень масла в конденсаторе 1 понижается. Это можно обнаружить при периодическом наблюдении состояния масла через смотровое окно в верхней съемной крышке 3. При понижении уровня масла в конденсаторе 1 повторно открывают дроссель Др и подливают некоторое количество масла.
После затухания процесса выхода газовых пузырей из масла и стабилизации уровня масла в конденсаторе 1 (это происходит обычно через 2-3 дня) все вентили 81-84 перекрывают, а вакуумный насос 5 выключают. Затем от штуцеров на верхней съемной крышке 3 отсоединяют вакуумный шланг и маслопровод, и снимают (откручивают) съемную крышку 3 с верхнего торца конденсатора 1. В верхний выходной изолятор конденсатора 1 устанавливают специальную пробку, отсекающую масло внутри конденсатора от внешней атмосферы, при этом установку пробки осуществляют под слоем масла. Излишки масла над пробкой удаляются, выходной изолятор конденсатора протирается. Конденсатор передается на высоковольтный испытательный стенд или прямо отправляется потребителю.
Устройство для вакуумирования (откачки) и маслозаполнения одновременно нескольких высоковольтных погружных конденсаторов (см. фиг.4) дополнительно содержит подставку 11 в виде этажерки, в которой закреплены в вертикальном положении пять погружных конденсаторов 1, а в горизонтальном положении - две трубчатые распределительные камеры: одна - распределительная вакуумная камера 12 (на фотографии находится на переднем плане), другая - распределительная камера 13 с пропитывающей жидкостью (на фотографии находится на заднем плане). Распределительная вакуумная камера 12 соединена со съемными крышками 3 вакуумными шлангами 14, а распределительная масляная камера 13 соединена со съемными крышками 3 с помощью медицинских систем 15 для переливания крови или инфузионных растворов. На распределительной вакуумной камере 12 установлен вакуумметр 9. За подставкой 11 находится четырехбаковый резервуар 7 с пропитывающей жидкостью.
Предлагаемое устройство для откачки и маслозаполнения одновременно пяти высоковольтных погружных конденсаторов было изготовлено в ВНИИ экспериментальной физики (г.Саров) и испытано в ЗАО «Элкод» (г.Санкт-Петербург) при отработке технологии термовакуумной сушки и маслозаполнения погружных высоковольтных конденсаторов скважинного электрогидравлического аппарата «ЭРА-5» согласно заявляемому способу.
Результаты испытаний показали, что предлагаемый способ термовакуумной сушки и маслозаполнения высоковольтного конденсаторного блока (высоковольтных погружных конденсаторов) обеспечивает их высокие рабочее напряжение 30 кВ и сопротивление изоляции не менее 900 МОм, а также удельную энергоемкость 140-200 Дж/литр и ресурс до 50 тысяч включений. Это отвечает требованиям, предъявляемым к высоковольтным конденсаторам погружного типа.