Исследование фундаментальных закономерностей электродинамического разрушения нанометровых металлических электродов и разработка нового поколения электрических конденсаторов для задач ресурсосберегающей электроэнергетики

Электрические конденсаторы являются неотъемлемой частью систем генерации, передачи и хранения электроэнергии, широко используются для систем последовательной и статической компенсации реактивной мощности для увеличения пропускной способности линий электропередач, устройств для высоковольтных систем постоянного тока, емкостных делителей напряжения, выступают в качестве важных элементов в системах силовой электроники и т.д. Актуальные задачи увеличения энергоэффективности электроэнергетического оборудования предъявляют повышенные требования к техническим характеристикам входящих в его состав электрических конденсаторов. На данный момент основная масса применяемых в указанных областях конденсаторов представлена отечественными разработками 1980-х годов, которые далеки от современных представлений об энергоэффективности и экологичности. Использование в этих конденсаторах электродных систем на основе алюминиевых фольг наряду с пропиткой синтетическими диэлектрическими жидкостями приводит к тому, что массогабаритные и удельные энергетические характеристики этих конденсаторов значительно уступают параметрам аналогов зарубежного производства. Существенное увеличение удельных характеристик конденсаторов возможно при замене фольговых электродов на металлизированные. Конденсаторы на основе металлизированных электродов – металлопленочные конденсаторы (МПК) – обладают свойством самовосстановления (СВ) электрической прочности. Несмотря на давний интерес к проблеме, в настоящий момент не существует единой точки зрения на развитие процессов СВ, включающих электрический взрыв электродов и развитие микроразрядных процессов при пробое конденсаторного диэлектрика. Конструирование конденсаторов, в основном, базируется на эмпирических подходах. Предлагаемый проект посвящен исследованию фундаментальных физических процессов электродинамического разрушения металлизированных электродов нанометровых толщин при СВ (в том числе в условиях разрядной активности) и прогнозированию работоспособности конденсаторных конструкций. На основании полученных данных планируется создание пилотных конструкции секций высоковольтных электрических конденсаторов со структурированной металлизацией, ранее не производившихся в РФ, обладающих в 5-10 раз более высокой удельной объемной энергоемкостью, чем применяемые в настоящее время конструкции. В рамках цифровизации экономики РФ и развития "цифровой промышленности" планируется создание "цифрового двойника" высоковольтного металлопленочного конденсатора для совершенствования производственных процессов предприятий-промышленных партнеров.Актуальность работы подтверждается тем, что аналогичные исследования в течение последних лет (2013-2018 гг.) проводятся учеными ряда зарубежных стран – Китая, Франции, Финляндии, США. Очевидно, что детальное понимание физических процессов, происходящих при СВ в металлизированных электродах конденсатора, является ключом к созданию новых эффективных конденсаторных конструкций. Поставленная задача отличается научной новизной, так как в России до текущего момента исследования, направленные на разработку высоковольтных конденсаторов на основе сегментированных электродов не проводились. В то же время за рубежом отмеченная задача является приоритетной – в крупных электроэнергетических компаниях и научных организациях ведутся исследования указанной проблемы, имеются данные о пилотном образце высоковольтного конденсатора с сегментированной металлизацией, который обладает лучшими показателями энергоэффективности в своем классе (компания АВВ, Швейцария). В результате реализации Проекта на основе комплекса экспериментальных и теоретических исследований будут получены пилотные конструкции секций электрических конденсаторов нового поколения.Использование результатов проекта позволит повысить конкурентоспособность и экономическую эффективность отечественных предприятий, представленных крупными сегментами промышленности: электроэнергетика, электротехника и электронная техника.