Погружное устройство компенсации реактивной мощности
SUBMERSIBLE POWER FACTOR COMPENSATION DEVICE

Изобретение относится к устройствам компенсации реактивной мощности погружных электродвигателей внутрискважинного оборудования и может быть использовано в электроэнергетике и отраслях промышленности, связанных с нефтегазодобывающей отраслью.
Известны способы компенсации реактивной мощности и способы повышения коэффициента мощности погружных электродвигателей электроприводных насосов за счет размещения в скважине устройств компенсации реактивной мощности.
В способе снижения реактивной мощности, описанном в патенте на изобретение RU 2 485 660 C2 используется компенсирующее устройство в виде низковольтного косинусного конденсатора, размещаемого в модуле, представляющем собой цилиндрический корпус, жестко соединенный внутренней резьбой с корпусом погружного электродвигателя.  Электрически косинусный конденсатор подключается к обмоткам статора электродвигателя. Внутрискважинный компенсатор, описанный в патенте на полезную модель RU 145 053 U1, представляет собой корпус, соединяемый с электродвигателем, содержащий внутри косинусные конденсаторы и блок системы управления с шинопроводами. В способе по патенту на изобретение RU 2 595 256 C1 погружное фильтрокомпенсирующее устройство содержит герметичный корпус с расположенными в нем конденсаторами и систему автоматического управления, с возможностью соединения указанного корпуса с электродвигателем. Погружной компенсатор, из патента на полезную модель RU 159 860 U1, содержит герметичный корпус, с расположенными внутри катушками индуктивности, конденсатором, трансформаторами тока и блоком системы автоматического управления, при этом корпус выполнен с возможностью соединения с корпусом погружного электродвигателя. В патенте на изобретение RU 159 811 U1 к погружному электродвигателю жестко присоединяется внутрискважинный компенсатор реактивной мощности с установленными на нем последовательно блоками телеметрии и хвостовиком.
Недостатками перечисленных способов и устройств снижения реактивной мощностиявляются следующие.
1. Техническая сложность конструкции, заключающаяся в присоединении к электродвигателю отдельного герметичного корпуса с размещенным внутри него дополнительным электрооборудованием с системой автоматического управления.
2. Увеличение высоты конструкции, смонтированной на насосно-компрессорной трубе, из-за присоединения дополнительного корпуса компенсирующего устройства. При этом в тех случаях, когда корпус компенсатора крепится ниже электродвигателя, возможно уменьшение глубины погружения всей конструкции погружного электроприводного насоса.
3. Высокая стоимость и сложность исполнения компонентов устройства.
Решением этих проблем является предлагаемое изобретение погружного устройства компенсации реактивной мощности с конденсаторами особой формы, позволяющее размещать их на насосно-компрессорной трубе в непосредственной близости от электродвигателя без увеличения габаритов насосно-компрессорной трубы и без увеличения габаритов всей конструкции погружного электроприводного насоса.
,
Технической задачей является снижение реактивной составляющей тока в силовом электрическом кабеле от питающей электроустановки до погружного электродвигателя насосачто способствует повышению энергоэффективности погружного электродвигателя и снижению затрат при производстве погружного электродвигателя.
;
Технический результат достигается за счет того, что погружное устройство компенсации реактивной мощности в цепи питания погружных электродвигателей электроприводных скважинных насосов, включает герметичный корпус с расположенными в нем конденсаторными батареями, согласно изобретения, корпус смонтирован на насосно-компрессорной трубе перед электроприводным насосом, неподвижно закреплен сверху и снизу фиксирующими стяжками; корпус выполнен в виде двух соосно расположенных цилиндрических отрезков труб из полипропилена, причем внутренний диаметр корпуса соответствует диаметру насосно-компрессорной трубы, а внешний диаметр соответствует диаметру скважины на наружной поверхности внутренней трубы корпуса неподвижно закреплены три конденсаторные батареи; каждая батарея выполнена из металлизированной полипропиленовой ленты прямоугольной формы, с расположенными на поверхности ленты последовательно друг над другом металлизированными слоями, служащими обкладками в виде анода и катода, которые разделены диэлектриком, при этом указанная лента обернута вокруг наружной поверхности внутренней трубы корпуса в виде рулона; корпус вокруг конденсаторных батарей заполнен герметизирующим наполнителем;  батареи соединены друг с другом электрически внутренним кабелем по схеме «треугольник» и далее соединены электрически с выводом и вводом погружного устройства, которое подключено силовым вводом к электропитанию от сети, а вывод погружного устройства соединен последовательно с электродвигателем.
Сущность устройства и схема его размещения на насосной трубе поясняется следующими чертежами:
- фиг.1, где изображен общий вид устройства компенсации реактивной мощности в скважине;
- фиг.2, где изображен разрез А-А вдоль вертикальной оси устройства и разрез В-В по горизонтальной оси;
-  фиг.3, где изображена схема сворачивания в рулон ленты прямоугольной формы для одной конденсаторной батареи - вид С и вид Г  – схема обкладок конденсаторной батареи.
,
,
Погружное устройство компенсации реактивной мощности, установлено вкорпусе 3, оносмонтировано на насосно-компрессорной трубе 8 перед электроприводным насосом 6. Погружное устройство компенсации реактивной мощности закрепляетсяна трубе 8 сверху и снизу фиксирующими стяжками 7. Силовой кабель 1подводящий электропитание от сети подключается к силовому вводу 2 погружного устройства компенсации реактивной мощности. Силовой кабель 12, последовательно связывающий погружное устройство компенсации реактивной мощности с электродвигателем14, подключается к силовому выводу 5 погружного устройства компенсации реактивной мощности, после чего подключается к электродвигателю 14.
Погружное устройство компенсации реактивной мощности включает герметичный корпус 3, который представляет собой два соосно расположенных цилиндрических отрезка трубы 16 (внутренний и внешний) с разными диаметрами, выполненных из полипропилена, причем внутренний диаметр корпуса определяется конструктивно в зависимости от диаметра насосно-компрессорной трубы, на которую корпус устанавливают, а внешний диаметр корпуса - в зависимости от диаметра пробуренной скважины. Два соосно расположенных цилиндрических отрезка трубы дополнительно защищают устройство от механических повреждений. Герметичность указанного корпуса 3 осуществляется герметизирующим наполнителем 13 (эпоксидной смолой),  заполняющим пространство между внешним и внутренним диаметрами корпуса и конденсаторными батареями 4 и имеющим твердое строение. Корпус 3 фиксируется сверху и снизу  фиксирующими стяжками 7. Внутри корпуса 3, на наружной поверхности его внутренней трубы  неподвижно закреплены, при помощи герметизирующего наполнителя 13, три конденсаторные батареи 4, соединенные друг с другом электрически по схеме «треугольник» внутренним кабелем 15, который далее подсоединен к силовому выводу 5 и силовому вводу 2. Корпус 3 вокруг конденсаторных батарей заполнен герметизирующим наполнителем 13, который выполняет функцию диэлектрика и дополнительно фиксирует конденсаторные батареи.
Каждаяконденсаторная батарея выполнена в виде листа прямоугольной формы (фиг.1, 2, 3), состоит из двух обкладок (обкладка катода 9 и обкладка анода 11). Одна сторона каждой обкладки токопроводящая 9, 11, а обратная диэлектрик 10. Обкладки батареи (вид Г) расположены слоями 9, 11 последовательно друг над другом  и разделены между собой диэлектриком 10, а затем обернуты вокруг наружной поверхности внутренней трубы корпуса 3 (фиг.2, разрез В-В), причем к наружной поверхности внутренней трубы прилегает слой с диэлектриком, и образует  рулон в полости корпуса. Внутренний диаметр рулона соответствует внешнему диаметру внутренней трубы корпуса, а между обкладками нет электрической связи.  Затемконденсаторная батарея 4, в виде рулона, дополнительно закреплена с помощью герметичного наполнителя 13 внутри  корпуса 3.
При технической реализации устройства обкладки 9,11 конденсаторной батареи могут изготавливаться, например, из металлизированной полипропиленовой пленки, где токопроводящая сторона покрыта напылением алюминия, сторона с диэлектриком 10 - полипропиленом, а герметизирующим наполнителем 13 служит эпоксидная смола.
Монтаж погружного устройства компенсации реактивной мощности на насосно-компрессорную трубу осуществляется через отверстие в цилиндрическом корпусе 3  непосредственно перед погружением насосно-компрессорной трубы в скважину. При этом устройство компенсации фиксируется на трубе фиксирующими стяжками 7; затем осуществляют подвод электропитания через силовой кабель 1,который подключается к силовому вводу 2 погружного устройства компенсации реактивной мощности, а силовой кабель 12, связывающий погружное устройство компенсации реактивной мощности с электродвигателем 14, подключается к силовому выводу 5 погружного устройства компенсации реактивной мощности и к силовому вводу электродвигателя. После чего насосно-компрессорная труба 8 с погружным устройством компенсации реактивной мощности, электроприводным насосом 6 иэлектродвигателем 14 опускается в скважину.
Устройство работает следующим образом – после погружения насосно-компрессорной трубы 8 с погружным устройством компенсации реактивной мощности и всей конструкции погружного электроприводного насоса, подается напряжение питания на электродвигатель. Погружное устройство компенсации реактивной мощности  начинает генерировать реактивную мощность в сеть, тем самым снижая реактивную составляющую тока, потребляемого электродвигателем, что приводит к снижению электрических потерь в питающем силовом кабеле.
Пример. Для компенсации реактивной мощности погружного электроприводного насоса мощностью 90 кВт (cosφ = 0,75) с диаметром насосной трубы  8,9 см можно использовать погружное компенсирующее устройство мощностью 67,5 квар. Для получения данной мощности габариты устройства должны быть: длина 160 см, диаметр внешний 15 см, диаметр внутренний 9,2 см. При этом габариты одной конденсаторной батареи: высота 50 см, внешний диаметр 13,4 см, внутренний диаметр 9,6 см, емкость одной батареи 496,2 мкФ.
Технический результат, получаемый в результате применения изобретения, заключается в снижении потерь электроэнергии при питании погружного электродвигателя электроприводного насоса без увеличения габаритов погружной конструкции и без применения сложных дорогостоящих устройств, что, в свою очередь, снижает требования к характеристикам электродвигателя, упрощает и удешевляет конструкцию электродвигателя. Как следствие, позволяет устанавливать электродвигатели на более низкое номинальное напряжение, что уменьшает старение изоляции питающего силового кабеля и погружного электродвигателя электроприводного центробежного насоса.