FR2673760A1

FR2673760A1 - Capacitor for high-energy generator

Info

Publication number: FR2673760A1
Application number: FR9102748A
Authority: FR
Inventors: Hourtane Jean-Luc; Dubreuil Pierre
Original assignee: Alcatel Cable SA
Current assignee: Nexans France SAS
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1992-09-11
Anticipated expiration: 2011-03-07
Also published as: FR2673760B1

Abstract

The capacitor consists of a metal can containing a dielectric medium and enclosing a central metal core, and has a coaxial output connected to the can and the core, respectively. It is characterised in that the said core (2) consists of a plurality of individual elements (21-26) which are movable on a central axis (4) of the can (1) and is divided into two separate sets of elements, one (2A) connected to the inner conductor (7A) of the coaxial outlet and the other (2B) to the can (1). Application: Variable-capacitance capacitor.

Description

Condensateur pour générateur haute énergie.Capacitor for high energy generator.

La présente invention concerne les générateurs à haute énergie, de tension en général supérieure à 500 kilovolts, et porte plus particulièrement sur de tels générateurs constitués par des condensateurs à eau. The present invention relates to high energy generators, with a voltage generally greater than 500 kilovolts, and relates more particularly to such generators constituted by water capacitors.

Ces générateurs haute énergie sont utilisés essentiellement pour des tests de charges dans lesquelles ils sont déchargés. These high energy generators are mainly used for load tests in which they are discharged.

Un tel générateur haute énergie est constitué par un générateur de MARX conventionnel ou de préférence par un condensateur à eau chargé par un générateur de MARX puis déchargé rapidement dans la charge à tester. Ce type de générateur formé par un condensateur à eau a l'avantage de présenter une inductance interne très faible et alors un temps de montée de l'impulsion de décharge plus rapide que celui d'un générateur de MARX, de l'ordre d'une dizaine de nanosecondes. Such a high energy generator is constituted by a conventional MARX generator or preferably by a water capacitor charged by a MARX generator and then discharged quickly in the load to be tested. This type of generator formed by a water capacitor has the advantage of having a very low internal inductance and then a rise time of the discharge pulse faster than that of a MARX generator, of the order of ten nanoseconds.

Dans le cas où sa capacité doit être variable, la variation de capacité est obtenue par remplacement du condensateur et/ou association en parallèle de plusieurs condensateurs. Ceci nécessite des interventions manuelles peu aisées et longues et conduit à un ensemble très encombrant avec en outre une modification des caractéristiques de l'étage de sortie et donc du temps de montée de l'impulsion de décharge. If its capacity must be variable, the variation in capacity is obtained by replacing the capacitor and / or combining several capacitors in parallel. This requires manual interventions that are not very easy and long and leads to a very bulky assembly with in addition a modification of the characteristics of the output stage and therefore of the rise time of the discharge pulse.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, en minimisant la durée d'intervention et conservant la structure de l'étage de sortie afin de ne pas altérer le temps de montée de l'impulsion de décharge du condensateur variable. The object of the present invention is to remedy these drawbacks, by minimizing the intervention time and retaining the structure of the output stage so as not to alter the rise time of the discharge pulse of the variable capacitor.

Selon la présente invention, le condensateur comportant une cuve métallique étanche contenant un milieu diélectrique et enfermant une âme centrale également métallique, et une sortie coaxiale à conducteur intérieur raccordé à ladite âme à travers une traversée étanche sur la cuve et conducteur extérieur raccordé à ladite cuve, est caractérisé en ce que ladite âme est constituée par une pluralité d'éléments individuels montés mobiles le long d'un axe central de ladite cuve, à l'exception de l'un d'entre eux terminal sur ledit axe et dit élément terminal fixe constituant un étage fixe de sortie relié audit conducteur intérieur de la sortie coaxiale. According to the present invention, the capacitor comprising a sealed metallic tank containing a dielectric medium and enclosing a central core also metallic, and a coaxial outlet with internal conductor connected to said core through a sealed bushing on the tank and external conductor connected to said tank , is characterized in that said core is constituted by a plurality of individual elements mounted movable along a central axis of said tank, with the exception of one of them terminal on said axis and said terminal element fixed constituting a fixed output stage connected to said inner conductor of the coaxial output.

Ce condensateur présente, en outre, l'une et/ou l'autre des particularités suivantes
- ladite âme est divisée en au moins deux ensembles d'éléments, séparés le long dudit axe et dits premier ensemble pour l'un d'eux auquel appartient ledit élément terminal fixe et deuxième ensemble pour celui opposé audit élément terminal fixe et en contact avec ladite cuve, ledit deuxième ensemble pouvoir ne comporter aucun desdits éléments et alors constituer un ensemble vide de séparation avec la cuve,
- il comporte des moyens de mise en contact mécanique et électrique des éléments entre eux dans chacun lesdits ensembles,
- il est à commandes individuelles des éléments, extérieures à la cuve et de préférence pneumatiques, qui sont couplées aux éléments mobiles par des tiges individuelles de commande,
- les éléments mobiles sont montés coulissants sur au moins un arbre support par des paliers à faible coefficient de frottement.This capacitor also has one and / or the other of the following features
- Said core is divided into at least two sets of elements, separated along said axis and said first set for one of them to which said fixed terminal element belongs and second set for that opposite to said fixed terminal element and in contact with said tank, said second assembly being able to comprise none of said elements and then constituting an empty separation assembly with the tank,
it comprises means for bringing the elements into mechanical and electrical contact with each other in each of said assemblies,
- it is individually controlled elements, external to the tank and preferably pneumatic, which are coupled to the movable elements by individual control rods,
- The mobile elements are slidably mounted on at least one support shaft by bearings with a low coefficient of friction.

Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation illustré dans la figure unique du dessin ci-annexé. The characteristics and advantages of the present invention will emerge clearly from the description given below of an exemplary embodiment illustrated in the single figure of the attached drawing.

Cette figure représente schématiquement en coupe horizontale avec arrachement partiel un condensateur à eau, selon la présente invention. This figure shows schematically in horizontal section with partial cutaway a water condenser according to the present invention.

Ce condensateur à eau est constitué par une cuve métallique 1 enfermant une âme 2 également métallique. L'âme 2 est creuse. Elle est elle-même constituée par plusieurs sous-ensembles ou éléments individuels, ici au nombre de six et notés 21 à 26. This water condenser is constituted by a metallic tank 1 enclosing a core 2 also metallic. The core 2 is hollow. It is itself made up of several subsets or individual elements, here six in number and marked 21 to 26.

La cuve 1 est fermée de manière étanche. Elle est remplie d'eau pure constituant le milieu diélectrique intérieur 3 et remplissant librement les éléments 21 à 26 non étanches. En variante le milieu diélectrique peut être de l'air. The tank 1 is closed in a sealed manner. It is filled with pure water constituting the interior dielectric medium 3 and freely filling the elements 21 to 26 which are not leaktight. As a variant, the dielectric medium can be air.

Les éléments 21 à 26 sont mobiles le long d'un axe central horizontal 4 de la cuve 1, à l'exception de l'un des deux éléments terminaux, 21. Ils sont montrés portés par deux arbres support isolants 4A, 4B, symétriques par rapport à l'axe 4 qu'ils définissent entre eux. Des paliers isolants 5 à faible coefficient de frottement permettent le coulissement des éléments mobiles 22 à 26 sur les arbres. Ces paliers sont fixés sur des entretoises 6, intérieures aux éléments 22 à 26 et transversales à l'axe 4. The elements 21 to 26 are movable along a horizontal central axis 4 of the tank 1, with the exception of one of the two end elements, 21. They are shown carried by two insulating support shafts 4A, 4B, symmetrical with respect to axis 4 which they define between themselves. Insulating bearings 5 with a low coefficient of friction allow the sliding of the mobile elements 22 to 26 on the shafts. These bearings are fixed on spacers 6, internal to elements 22 to 26 and transverse to axis 4.

Les éléments 21 à 26 sont ainsi divisés en deux ensembles séparés d'éléments, le long de l'axe 4, l'un noté 2A auquel appartient l'élément terminal fixe 21 et l'autre noté 2B à l'opposé de l'élément terminal fixe 21. On note que l'ensemble 2B peut ne comporter aucun élément et est alors un ensemble vide. The elements 21 to 26 are thus divided into two separate sets of elements, along the axis 4, one denoted 2A to which the fixed terminal element 21 belongs and the other denoted 2B opposite the fixed terminal element 21. It is noted that the set 2B may contain no element and is therefore an empty set.

Ce condensateur est à sortie coaxiale 7, du côté de l'élément terminal fixe 21, à conducteur intérieur 7A et conducteur extérieur 7B. Le conducteur intérieur 7A est raccordé à l'élément terminal 21 définissant l'étage de sortie du condensateur, à travers une traversée isolante et étanche 8 sur la cuve, en bout de l'axe 4. Le conducteur extérieur 7B est raccordé à la cuve 1 et mis à la masse avec la cuve. This capacitor has a coaxial output 7, on the side of the fixed terminal element 21, with an inner conductor 7A and an outer conductor 7B. The internal conductor 7A is connected to the terminal element 21 defining the output stage of the capacitor, through an insulating and sealed passage 8 on the tank, at the end of the axis 4. The external conductor 7B is connected to the tank 1 and grounded with the tank.

Dans chacun des deux ensembles 2A et 2B, les éléments sont en contact franc les uns avec les autres, mécaniquement et électriquement. Il en est ainsi pour les quatre éléments 21 à 24 de l'ensemble 2A, comme pour les deux éléments de l'ensemble 2B, pour l'exemple illustré. L'élément mobile terminal 26 en bout de l'axe 4 est lui-même en contact avec la cuve et il est alors à la masse, ainsi que l'élément 25. En l'absence de tout élément dans l'ensemble 2B alors vide, un espace vide sépare la cuve de l'ensemble 2A, à l'opposé de l'élément terminal fixe 21. In each of the two sets 2A and 2B, the elements are in frank contact with each other, mechanically and electrically. This is the case for the four elements 21 to 24 of the assembly 2A, as for the two elements of the assembly 2B, for the example illustrated. The terminal mobile element 26 at the end of the axis 4 is itself in contact with the tank and it is then grounded, as is the element 25. In the absence of any element in the assembly 2B then empty, an empty space separates the tank from the assembly 2A, opposite the fixed terminal element 21.

Chacun des éléments mobiles 22 à 26, coulissant selon la flèche 12A, peut ainsi être raccordé, avec les éléments qui le précèdent, au vu des références adoptées, et avec l'élément terminal fixe 21, au conducteur intérieur de la sortie coaxiale 7, pour augmenter la capacité du condensateur. Chacun d'eux, coulissant selon la flèche 12B opposée, peut avec les éléments suivants être raccordé à la cuve, pour diminuer la capacité du condensateur. Each of the mobile elements 22 to 26, sliding along arrow 12A, can thus be connected, with the elements which precede it, in view of the references adopted, and with the fixed terminal element 21, to the internal conductor of the coaxial output 7, to increase the capacitance of the capacitor. Each of them, sliding along the opposite arrow 12B, can with the following elements be connected to the tank, to reduce the capacity of the capacitor.

Cette capacité du condensateur est définie essentiellement par les capacités en parallèle que présentent les éléments 21 à 24 par rapport à la cuve 1, avec le diélectrique 3 dans l'espace entre ces éléments et la cuve, indiqué par la flèche double 13. I1 s'y ajoute la capacité parasite en parallèle définie entre les deux ensembles 2A et 2B, ou l'ensemble 2A et la cuve 1, pour l'ensemble 2B alors vide, séparés par le diélectrique dans l'espace entre eux indiqué par la flèche double 14. This capacitance of the capacitor is essentially defined by the capacitances in parallel presented by the elements 21 to 24 with respect to the tank 1, with the dielectric 3 in the space between these elements and the tank, indicated by the double arrow 13. I1 s 'adds the parasitic capacity in parallel defined between the two sets 2A and 2B, or the set 2A and the tank 1, for the set 2B then empty, separated by the dielectric in the space between them indicated by the double arrow 14.

Chacun de ces éléments et la cuve, conçus pour tenir à la haute tension existant entre eux, de 500 kilovolts et plus, sont de forme globale parallélépipédique et à bords arrondis non référencés, pour éviter l'effet Corona qui résulterait d'un renforcement de champ à leur surface. Pour les mêmes raisons, les passages sur les éléments 21 à 26 pour les arbres support et les commandes sont également à bords arrondis, fuyant vers l'intérieur comme illustré en 26C sur le seul élément 26. Each of these elements and the tank, designed to hold the high voltage existing between them, of 500 kilovolts and more, are of overall rectangular shape and with rounded edges not referenced, to avoid the Corona effect which would result from a reinforcement of field on their surface. For the same reasons, the passages on the elements 21 to 26 for the support shafts and the controls are also with rounded edges, leaking inwards as illustrated in 26C on the single element 26.

Dans cette figure on a également illustré à titre d'exemple un mode de commande des éléments mobiles 22 à 26 assurant le contact mécanique et électrique des éléments de chaque ensemble. Ce mode de commande est de type pneumatique. I1 est assuré par cinq vérins identiques 32 à 36, affectés individuellement aux éléments mobiles 22 à 26. Ces vérins sont à l'extérieur de la cuve 1, à l'opposé de la sortie coaxiale 7. Ils sont répartis en ligne pour des facilités de représentation, mais sont en pratique regroupés autour de l'axe central 4. Ils sont couplés à chacun des différents éléments 22 à 26 par des tiges isolantes d'actionnement 42 à 46, fixées sur leur entretoise intérieure 6. La cuve 1 est équipée en correspondance d'une fenêtre étanche ou de fenêtres individuelles étanches, de traversée de ces tiges de commande, telles que la fenêtre 9. In this figure, a mode of control of the mobile elements 22 to 26 is also illustrated by way of example ensuring mechanical and electrical contact of the elements of each assembly. This control mode is pneumatic. I1 is provided by five identical cylinders 32 to 36, individually assigned to the movable elements 22 to 26. These cylinders are outside the tank 1, opposite the coaxial outlet 7. They are distributed in line for facilities of representation, but are in practice grouped around the central axis 4. They are coupled to each of the different elements 22 to 26 by insulating actuating rods 42 to 46, fixed on their inner spacer 6. The tank 1 is equipped in correspondence with a sealed window or individual sealed windows, through which these control rods pass, such as window 9.

En variante ce mode de commande peut être manuel ou d'un autre type. Des contacts montés dans chaque élément peuvent être rétractés dans l'élément concerné ou rendus saillants pour insérer dans celui adjacent, en même temps que la commande des tiges d'actionnement, pour assurer un bon contact électrique simultanément avec le contact mécanique entre les éléments de chaque ensemble, et éviter la présence d'une quelconque partie saillante entre les éléments terminaux en regard des deux ensembles séparés. As a variant, this control mode can be manual or of another type. Contacts mounted in each element can be retracted in the element concerned or made salient to insert in the adjacent one, at the same time as the control of the actuating rods, to ensure good electrical contact simultaneously with the mechanical contact between the elements of each assembly, and avoid the presence of any protruding part between the terminal elements facing the two separate assemblies.

Bien que de réalisation légèrement plus complexe mais surtout d'encombrement plus important, dans le condensateur à eau de capacité variable, ladite âme peut être divisée en plus de deux ensembles séparés d'éléments, sans pour autant sortir du cadre de cette invention. Although of slightly more complex embodiment but above all of greater bulk, in the water capacitor of variable capacity, said core can be divided into more than two separate sets of elements, without departing from the scope of this invention.

Claims

1 - Capacitor for high energy generator comprising a sealed metallic tank containing a dielectric medium and enclosing a central core also metallic, and a coaxial outlet with internal conductor connected to said core through a sealed bushing on the tank and external conductor connected to said tank , characterized in that said core (1) is constituted by a plurality of individual elements (21-26) mounted movable along a central axis (4) of said tank (1), with the exception of the one of them terminal on said axis and said fixed terminal element (21) constituting a fixed output stage connected to said inner conductor (7A) of the coaxial output (7).

2 - Capacitor according to claim 1, characterized in that said core (2) is divided into at least two separate sets of elements along said axis (4), called first set (2A) for one of them to which belongs said fixed terminal element (21) and second assembly (2B) for the one opposite to said fixed terminal element and in contact with said tank (I), said second assembly possibly comprising none of said movable elements and then constituting an empty separation assembly with tank.

3 - Capacitor according to claim 2, characterized in that it comprises means (32-36, 42-46) for bringing the elements (21-26) into mechanical and electrical contact with each other in said assemblies (2A, 2B ).

4 - Capacitor according to claim 3, characterized in that said mechanical and electrical contacting means comprise controls (32-36) external to said tank (1) and assigned individually to said movable elements (22-26), and insulating actuating rods (42-46) coupling said controls to each of the different mobile elements.

5 - Capacitor according to claim 4, characterized in that said controls (32-36) are pneumatic.

6 - Capacitor according to one of claims 4 and 5, characterized in that said actuating rods (42-46) are coupled to the movable elements through a sealing window (9) mounted on said tank (1), opposite to said coaxial outlet (7).

7 - Capacitor according to one of claims 3 to 6, characterized in that said elements (21-26) are carried by at least one insulating support shaft (4A- 4B) mounted in the tank and defining said central axis (4) , by insulating bearings (5) with a low coefficient of friction for sliding said movable elements (22-26).

8 - Capacitor according to claim 7, characterized in that said insulating bearings (5) are mounted on a spacer transverse to said axis (4) in each movable element (22-26).

9 - Capacitor according to one of claims 7 and 8, characterized in that said elements (21-26) are of overall rectangular shape and with rounded edges and have passages with rounded edges (26C) leaking inwardly from each from them, for the support shafts and the mechanical and electrical contacting means, and in that said tank is also with rounded edges.