[发明专利]兆伏级纸膜复合电容器臂、模块化高压脉冲电容器及其设计制作方法

说明书

本发明提出了一种兆伏级纸膜复合电容器臂、模块化高压脉冲电容器及其设计制作方法，应用于采用变压器油绝缘的电磁脉冲模拟装置中。其中，兆伏级纸膜复合电容器臂包括壳体、端盖、电容元件、膨胀器、金属腔体；壳体采用真空浇注工艺的玻璃钢材料制作而成，呈方管状；端盖有两个，分别与壳体两端的法兰紧固连接并密封；一个端盖上开设有螺孔，另一个端盖上开设有注油孔；电容元件和金属腔体设置在壳体内，且金属腔体靠近开设有螺孔的端盖；膨胀器设置在金属腔体内，其气嘴依次伸出壳体和端盖；电容元件采用聚丙烯薄膜、电容器纸和金属铝箔依次层叠后卷绕而成；金属腔体为一端开口的筒状结构，其封闭端紧压电容元件；在金属腔体内充有绝缘介质。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种用于电磁脉冲模拟装置的兆伏级纸膜复合电容器臂、模块化高压脉冲电容器及其设计制作方法。

背景技术

高压脉冲电容器是脉冲功率领域中常用的储能部件。在电磁脉冲环境模拟生成技术中，大型的电磁脉冲模拟装置常采用两级脉冲压缩技术方案，产生符合IEC(International Electrotechnical Commission，国际电工委员会)标准的双指数纳秒脉冲波形，脉冲压缩系统通过高压脉冲电容器和高压开关的配合，实现前级脉冲电压的压缩和调整。第一级脉冲压缩系统中高压脉冲电容器的容值主要由电磁脉冲模拟装置所产生的纳秒脉冲波形半宽决定，在工程实践中，受到杂散参数的影响，常需要在电磁脉冲源的调试中对高压脉冲电容器的容值进行微调，要求第一级脉冲压缩系统中高压脉冲电容器具有一定调节范围，因此高压脉冲电容器常采用模块化的设计方案，如图1所示：高压脉冲电容器包括高压环1、接地环2、屏蔽环3和多条电容器臂4，高压环1和接地环2平行设置，多条电容器4壁均布设置在高压环1和接地环2之间，一端与高压环1连接，另一端与接地环2连接，整体形成锥台状结构；屏蔽环3的截面为圆形，位于高压环1外侧，与高压环1直接相连；每条电容器臂4由多个电容元件组成，单个电容元件由金属箔和薄膜层叠后卷绕而成，通过调节电容元件的容值和电容器臂的条数，可实现电容器总容值的调节。将高压脉冲电容器与高压开关构成一同轴结构，可以减小第一级脉冲压缩系统的等效电感。此类高压脉冲电容器常与初级脉冲源(通常为Marx发生器)位于一个腔体，采用高气压SF₆进行绝缘，以满足高电压的运行要求。

变压器油和SF₆均为脉冲功率技术中常用绝缘介质，由于变压器油的介电常数大于SF₆气体，采用变压器油作为绝缘介质有利于增大初级脉冲源(Marx发生器)的对地杂散参数，使Marx发生器的建立更加稳定可靠。

对于采用变压器油绝缘的电磁脉冲模拟装置，第一级脉冲压缩系统采用前述高压脉冲电容器，会存在如下缺点：

1.受电荷吸引力影响，变压器油中杂质(如碳粒、灰尘等)可能会附着在电容器元件上。

2.浸润过程中可能会在电容器元件上残存气泡。

上述两者均会对高压脉冲电容器的绝缘性能造成负面影响，导致耐受电压下降，因此，对于采用变压器油进行绝缘的电磁脉冲模拟装置，需要重新设计第一级脉冲压缩系统中的高压脉冲电容器。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提出了一种兆伏级纸膜复合电容器臂、模块化高压脉冲电容器及其设计制作方法，应用于采用变压器油绝缘的电磁脉冲模拟装置中。

本发明的技术方案是：

兆伏级纸膜复合电容器臂，其特殊之处在于：包括壳体、端盖、电容元件、膨胀器、金属腔体；壳体采用真空浇注工艺的玻璃钢材料制作而成，整体呈方管状，两端设置有用于与端盖紧固连接的法兰；

端盖有两个，分别与壳体两端的法兰采用真空拉挤工艺的玻璃钢螺栓和加厚螺母进行紧固连接，并采用O型密封圈实现密封；其中一个端盖上开设有与膨胀器的气嘴配合的螺孔，另一个端盖上开设有注油孔；