NO342301B1

NO342301B1 - Kondensator for bruk i høytrykksmiljø

Info

Publication number: NO342301B1
Application number: NO20101104A
Authority: NO
Inventors: Ove Bø; Gunnar Snilsberg
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2018-04-30
Also published as: DE112008003150T5; NO20101104L; US8427807B2; US20110164344A1; GB2468608B; GB201008344D0; WO2009086844A1; GB2468608A

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en kondensator (1) for bruk i høytrykksmiljøer, innbefattende minst to elektroder (2.1, 2.2) og minst én elektrisk isolerende film (5) som danner et dielektrikum mellom elektrodene (2.1, 2.2). Hver elektrode (2.1, 2.2) innbefatter minst én metallisk folie (3.1, 3.2) eller minst ett metallisk lag på den elektrisk isolerende filmen (5). Kondensatoren (1) er ukapslet og er utformet til å muliggjøre at en omgivende væske kan fylle hulrommene i kondensatoren (1). Videre vedrører oppfinnelsen en elektrisk innretning som innbefatter minst én slik kondensator (1) i et innretningshus, hvilket innretningshus er fylt med en elektrisk isolerende væske.

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektrisk innretning innbefattende en kondensator i et innretningshus, hvor innretningshuset er fylt med en elektrisk isolerende væske, hvor kondensatoren er for bruk i høytrykksmiljøer der trykket samsvarer med det som forekommer i undersjøiske miljøer, hvor kondensatoren innbefatter

minst to elektroder og minst én elektrisk isolerende film som danner et dielektrikum mellom elektrodene, idet hver elektrode innbefatter minst én metallisk folie eller minst ett metallisk lag på den elektrisk isolerende filmen.

Oljeproduksjon og kommunikasjon i undersjøiske miljøer krever elektriske innretninger som kan tåle høye trykk. Imidlertid kan elektroniske komponenter, så som kondensatorer, særlig konvensjonelle elektrolyttkondensatorer eller MP-kondensatorer ikke brukes under høye trykk. Slike kondensatorer har elektroder som er stablet og rullet opp i et hus som delvis er fylt med en elektrolyttisk fluid, og huset vil falle sammen under høyt trykk.

Elektriske innretninger som inneholder slike elektroniske komponenter, utformes ofte med et trykksikkert hus for derved å kunne holde det indre av huset under atmosfæretrykk (1 atm). Som følge av de høye trykkene på større havdyp (eksempelvis 300 bar på 3000 m dyp), må et slikt hus nødvendigvis være meget massivt, hvilket medfører høye kostnader.

Ytterligere ulemper er de store tiltakene som kreves for avtetting av huset, og gjennomføringene for elektriske forbindelser til utsiden.

I andre kjente løsninger er huset til slike elektriske innretninger fylt med et elektrisk isolerende fluid. Selv om dette muliggjør en lettvektsutforming av huset, foreligger det en fare for skader på kondensatorene fordi de utsettes for det omgivelsestrykk som overføres med fluidet i innretningshuset. Innstøping av kondensatorer i harpiks medfører faren for dannelse av gass- eller luftfylte bobler i harpiksen eller i selve kondensatoren, hvilket vil kunne medføre problemer når kondensatorene utsettes for et høyt trykk.

EP-0 546 890 A1 vedrører en kondensator av laminert eller viklet type, fremstilt ved sammenstilling av minst ett par av metalliserte dielektriske filmer, hver med en ikke-metallisert sideveis marg, for derved å danne lag. Kondensatoren innbefatter lag som er kapasitivt aktive når margene for de to filmene i paret er på motstående sider, og lag som er kapasitivt inaktive når margene for de to filmene i paret er på den samme side. Kondensatoren anvendes særlig for upakkede, udekkede kondensatorer.

GB 267 568 A vedrører forbedringer innen klemmer for elektriske kondensatorer. Kondensatorenes konduktive elementer har ender som fremspringer fra tilstøtende sider av en stabel. En klemme som består av et par bjelker, som kan være av stål, sikres ved hjelp av trådsløyfer, eller med bolter og muttere, eller liknende. Bjelkene kan være bredere på midten, for derved å bringes i kontakt med et større område av stabelen. Denne klemme-anordningen hindrer at klemmen danner en lukket sløyfe rundt kretsen mellom de konduktive elementenes ender, og hindrer derved oppvarming av klemmen som følge av tap.

Det er derfor en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en elektrisk innretning som inneholder en kondensator for bruk i høytrykksmiljø.

Denne hensikten oppnås med en elektrisk innretning som angitt i krav 1.

Fordelaktige utførelser er angitt i de uselvstendige kravene.

En kondensator for bruk i høytrykksmiljøer som inngår i oppfinnelsen innbefatter minst to elektroder og minst én elektrisk isolerende film som danner et dielektrikum mellom elektrodene. Hver elektrode innbefatter minst én metallisk folie, eller minst ett metallisk lag på den elektrisk isolerende filmen. Kondensatoren er ukapslet, dvs. at den ikke har et eget hus. Kondensatoren er utformet til å muliggjøre at en omgivende væske kan fylle hulrom i kondensatoren. En fylling av hulrommene uten dannelse av restluft eller –gass, vil hindre at kondensatoren faller sammen uten høyt trykk, dette fordi væsken er så godt som ikke-komprimerbar, i motsetning til hva tilfellet er for luft eller gass.

Kondensatoren som inngår i oppfinnelsen kan særlig anordnes i en elektrisk innretning som har et innretningshus som er fylt med en elektrisk isolerende væske. Omgivelsestrykket utenfor innretningshuset føres til væsken.

Den elektriske innretningen ifølge oppfinnelsen kan innbefatte mer enn én kondensator og/eller andre elektroniske komponenter. Innretningshuset kan være utformet som en lettvektsbeholder fordi den ikke behøver å tåle mekaniske påkjenninger som skyldes høye trykk. Lett vekt betyr tynnere vegger i innretningshuset, hvilket vil redusere kostnadene og gi bedre kjøling for delene inne i innretningshuset.

Væsken kan tjene som et kjølemiddel for halvledere og andre deler inne i den elektriske innretningen.

Da trykket på innsiden og utsiden av innretningens hus i hovedsaken vil være det samme under alle forhold, vil faren for lekkasjer av sjøvann inn i innretningen på dyp vann reduseres vesentlig.

Den elektrisk isolerende filmen kan være en plastfilm, særlig en polypropylenfilm.

I en alternativ utførelse kan den elektrisk isolerende filmen eksempelvis være en papirfilm.

Elektrodene og dielektrikumet kan danne en blokkformet stabel, hvor metalliske folier eller lag av en elektrode er stablet vekselvis med de for den andre elektroden, adskilt med et dielektrikum.

I én utførelse kan elektrodene og dielektrikumet være viklet opp for dannelse av en vikling som vil holde dem sammen.

Alternativt eller i tillegg kan elektrodene og dielektrikumet være limt sammen.

For å holde elektrodene og dielektrikumet sammen mekanisk, kan en klemme eventuelt være anordnet eller i tillegg.

En respektiv terminal for elektrisk tilkobling til kondensatoren, kan sveises til hver elektrode.

Kondensatoren kan fikseres med terminalene eller med en klemme, idet den samme klemmen kan tjene for fiksering og holding av kondensatoren sammen.

Den elektrisk isolerende væsken kan være en olje.

I en foretrukket utførelse har innretningens hus en dobbelt vegg. Et dobbelt hus vil gi en bedre beskyttelse av den elektriske innretningen mot vannlekkasje.

I en særlig foretrukket utførelse av oppfinnelsen er den elektriske innretningen, eksempelvis en kraftomformer, anvendt i et dypvannsmiljø, eksempelvis i forbindelse med oljeproduksjons- eller kommunikasjonsinstallasjoner.

Sammenlignet med konvensjonelle innretninger, som har et relativt tungt innretningshus, for derved å holde husets indre under atmosfæretrykk og hindre at kondensatorene knuses, vil den elektriske innretningen ifølge oppfinnelsen ha et lettvektinnretningshus.

Tiltakene for avtetting av det indre for derved å holde sjøvann ute, kan begrenses sterkt fordi det foreligger så godt som ingen trykkforskjell mellom omgivelsene og det indre av huset. Samtidig vil faren for skader på de elektroniske komponentene, særlig på kondensatorene som følge av høyt trykk inne i innretningen, være så godt som null.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser et sideriss av en kondensator for bruk under høye trykk, og

Fig. 2 er et grunnriss av kondensatoren i fig.1.

Fig. 1 er et sideriss av en kondensator 1 for bruk under høye trykk. Fig. 2 viser kondensatoren 1 i et grunnriss. Kondensatoren 1 har to elektroder 2.1, 2.2. Hver av disse består av metalliske folier 3.1, 3.2 som er forbundet med en respektiv terminal 4.1, 4.2. Hosliggende metalliske folier 3.1, 3.2 i de to elektrodene 2.1, 2.2, er adskilt med en respektiv elektrisk isolerende film 5 som tjener som dielektrikum. Kondensatoren 1 er ukapslet, dvs. at den ikke har et eget hus.

Den blokkformede stabelen av metalliske folier 3.1, 3.2 og de elektrisk isolerende filmene 5, holdes mekanisk sammen ved hjelp av en klemme 6. Klemmen innbefatter plater 6.1, bolter 6.2 og muttere 6.3.

Kondensatoren 1 kan være anordnet i en elektrisk innretning (ikke vist) som har et hus som er fylt med en elektrisk isolerende væske. Omgivelsestrykket utenfor innretningens hus vil påvirke væsken. Fordi kondensatoren 1 ikke er innkapslet, kan væsken fritt gå inn i hulrom mellom de metalliske foliene 3.1, 3.2 og de elektrisk isolerende filmene 5, slik at kondensatoren 1 ikke vil knuses under påvirkning av et høyt omgivelsestrykk, eksempelvis når den brukes på større havdyp.

Den elektriske innretningen kan innbefatte mer enn én kondensator 1 og/eller andre elektroniske komponenter. Innretningens hus kan være utformet som en lettvektsbeholder. Væsken kan brukes som et kjølemiddel for halvledere og andre deler inne i den elektriske innretningen.

Istedenfor de metalliske foliene 3.1, 3.2 kan elektrodene innbefatte respektive metalliske lag på de elektrisk isolerende filmene 5.

Den elektrisk isolerende filmen 5 kan være en plastfilm, særlig en polypropylenfilm. Andre materialer, så som polykarbonat, polystyren, polyester eller polysulfon kan også brukes.

Alternativt kan den elektrisk isolerende film 5 være en papirfilm.

Elektrodene 2.1, 2.2, dvs. i det minste deres metalliske folier 3.1, 3.2 eller lag og den elektrisk isolerende filmen 5, kan danne en blokkformet stabel som vist i fig. 1 og 2, hvor de metalliske foliene 3.1 eller lagene i én elektrode 2.1 er stablet vekselvis med de metalliske foliene 3.2 eller lagene i den andre elektroden 2.2, separert med en respektiv elektrisk isolerende film 5.

Alternativt kan de metalliske foliene 3.1, 3.2 eller lagene og den elektrisk isolerende filmen 5 være fiklet opp slik at det dannes en vikling som vil holde dem sammen, slik at det derved ikke er nødvendig med en klemme 6.

Alternativt eller i tillegg kan de metalliske foliene 3.1, 3.2 eller lagene og den elektrisk isolerende filmen 5 limes sammen, slik at klemmen 6 blir overflødig.

Klemmen 6 kan utformes på andre måter, eksempelvis som en trådbrakett.

Terminalene 4.1, 4.2 for den elektriske tilkoblingen av kondensatoren 1, kan være sveiset til den enkelte elektroden 2.1, 2.2.

Kondensatoren 1 kan være fiksert inne i innretningens hus med terminalene 4.1, 4.2, eksempelvis ved at det er boret hull 7 i dem. Alternativt eller i tillegg kan kondensatoren 1 være fiksert med hjelp av klemmen 6.

Den elektrisk isolerende væsken kan være en olje.

Innretningens hus kan ha en dobbelt vegg.

Claims

PATENTKRAV

1. Elektrisk innretning innbefattende en kondensator (1) i et innretningshus, hvor innretningshuset er fylt med en elektrisk isolerende væske, hvor kondensatoren (1) er for bruk i høytrykksmiljøer der trykket samsvarer med det som forekommer i undersjøiske miljøer, hvor kondensatoren (1) innbefatter

minst to elektroder (2.1, 2.2) og minst én elektrisk isolerende film (5) som danner et dielektrikum mellom elektrodene (2.1, 2.2), idet hver elektrode (2.1, 2.2) innbefatter minst én metallisk folie (3.1, 3.2) eller minst ett metallisk lag på den elektrisk isolerende filmen (5),

hvor kondensatoren (1) er ukapslet, idet den ikke har et eget hus, og hvor den elektrisk isolerende væsken som omgir kondensatoren (1) fylle hulrom i kondensatoren (1) slik at hulrommene ikke inneholder gjenværende restluft eller -gass.

2. Elektrisk innretning ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den elektrisk isolerende filmen (5) er en plastfilm.

3. Elektrisk innretning ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at plastfilmen er en polypropylenfilm.

4. Elektrisk innretning ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den elektrisk isolerende filmen (5) er en papirfilm.

5. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-4,

k a r a k t e r i s e r t v e d at elektrodene (2.1, 2.2) og dielektrikumet (5) danner en blokkformet stabel.

6. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-5,

k a r a k t e r i s e r t v e d at elektrodene (2.1, 2.2) og dielektrikumet (5) er viklet opp for dannelse av en vikling.

7. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-6,

k a r a k t e r i s e r t v e d at elektrodene (2.1, 2.2) og dielektrikumet (5) er limt sammen.

8. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-7,

k a r a k t e r i s e r t v e d at elektrodene (2.1, 2.2) og dielektrikumet (5) holdes mekanisk sammen ved hjelp av en klemme (6).

9. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-8,

k a r a k t e r i s e r t v e d at en respektiv terminal (4.1, 4.2) er sveiset til hver elektrode (2.1, 2.2).

10. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-9,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kondensatoren (1) er fiksert med terminalene (4.1, 4.2).

11. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-10,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kondensatoren (1) er fiksert med en klemme (6).

12. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-11,

k a r a k t e r i s e r t v e d at væsken er en olje.

13. Elektrisk innretning ifølge et av kravene 1-12,

k a r a k t e r i s e r t v e d at innretningshuset har en dobbelt vegg.