RU2063107C1

RU2063107C1 - Partitioned insulating column of high-voltage accelerator

Info

Publication number: RU2063107C1
Authority: RU
Inventors: К.А. Резвых; В.А. Романов; В.И. Шишков
Original assignee: Физико-энергетический институт
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: accelerators. SUBSTANCE: device has electrode sections of inner structure with distributed potential and outer electrodes, which shields sections of inner structure against transversal magnetic field. Their cross-section is shaped as ellipse or as composite figure of at least two curve figures. One vertex of cross section of outer electrode with greater curvature is directed to end of column with greater potential and outside. While opposite vertex is directed inside structure of insulating column. At least two sections of inner structure, which have different potentials, are located opposite to common shielding outer electrode. EFFECT: increased electric strength, increased reliability, lesser deviation of outer electrodes with respect to required size, decreased number of electrodes with complex shape, decreased weight and cost for manufacturing of electrodes. 5 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной и ускорительной технике, точнее к высоковольтным ускорителям. The invention relates to high-voltage and accelerator technology, more specifically to high-voltage accelerators.

Известны высоковольтные ускорители, у которых наружная поверхность секционированной изоляционной колонны выполнена из электродов (градиентных колец) круглого сечения [1] Однако простота технологии изготовления электродов сочетается с появлением повышенной напряженности электростатического поля у поверхности колонны. Подобное исполнение колонны нередко ограничивает наибольшее рабочее напряжение, выдерживаемое изоляционной средой между колонной и баком или стенкой помещения. High-voltage accelerators are known in which the outer surface of a sectioned insulating column is made of round-section electrodes (gradient rings) [1] However, the simplicity of the electrode manufacturing technology is combined with the appearance of increased electrostatic field strength at the column surface. Such a design of the column often limits the greatest working voltage withstood by the insulating medium between the column and the tank or wall of the room.

Наиболее близкое конструктивное решение секционированной изоляционной колонны с распределенным между секциями потенциалом ускорителя содержит наружные электроды секций с поперечным сечением в форме овала или в форме составной фигуры, образованной сопряжением по меньшей мере двух криволинейных фигур так, что одна из вершин с большей кривизной направлена к концу колонны с более высоким потенциалом и наружу, а противоположная вершина направлена внутрь структуры изоляционной колонны [2] По сравнению с аналогами с круглым поперечным сечением электродов указанное техническое решение обладает высокой поперечной и продольной электрической прочностью. The closest constructive solution to a partitioned insulating column with accelerator potential distributed between sections contains the outer electrodes of the sections with an oval or cross-sectional shape in the form of a composite figure formed by pairing at least two curvilinear shapes so that one of the vertices with a greater curvature is directed toward the end of the column with higher potential and outward, and the opposite vertex is directed inside the structure of the insulation column [2] Compared with analogues with a round cross-section With the use of electrodes, the indicated technical solution has high transverse and longitudinal electric strength.

Однако при обычном продольном размере секций 25-50 мм и диаметрах колонны 1000-1300 мм точное выполнение расчетной формы поперечного сечения затруднено. Искажение формы сопровождается повышением напряженности поля и соответственно снижением пробивного напряжения высоковольтной структуры. However, with the usual longitudinal section size of 25-50 mm and column diameters of 1000-1300 mm, it is difficult to accurately compute the calculated cross-sectional shape. The distortion of the form is accompanied by an increase in the field strength and, accordingly, a decrease in the breakdown voltage of the high-voltage structure.

Технической задачей, решаемой с помощью предлагаемого решения, являются повышение поперечной и продольной электрической прочности и надежности работы высоковольтной структуры ускорителя, а также уменьшение количества, стоимости и массы наружных электродов колонны со сложной формой поперечного сечения. The technical problem solved by the proposed solution is to increase the transverse and longitudinal electric strength and reliability of the high-voltage structure of the accelerator, as well as to reduce the number, cost and mass of the outer electrodes of the column with a complex cross-sectional shape.

Указанная задача решается тем, что секционированная изоляционная колонна высоковольтного ускорителя с распределенным между секциями рабочим потенциалом содержит электродные секции внутренней структуры и наружные электроды, экранирующие секции внутренней структуры от поперечного электрического поля, с поперечным сечением в форме овала или в форме составной фигуры, образованной сопряжением по меньшей мере двух криволинейных фигур, при этом одна из вершин поперечного сечения наружных электродов с большей кривизной направлена к концу колонны с более высоким потенциалом и наружу, а противоположная вершина направлена внутрь структуры изоляционной колонны; по крайней мере две секции внутренней структуры, находящиеся под разными потенциалами, расположены напротив общего экранирующего наружного электрода. This problem is solved in that the partitioned insulating column of the high-voltage accelerator with the working potential distributed between the sections contains electrode sections of the internal structure and external electrodes, screening sections of the internal structure from the transverse electric field, with a cross section in the form of an oval or in the form of a composite figure formed by pairing along at least two curvilinear figures, while one of the vertices of the cross section of the outer electrodes with greater curvature is directed to the end columns with higher potential and outward, and the opposite vertex is directed inside the structure of the insulation column; at least two sections of the internal structure under different potentials are located opposite the common shielding external electrode.

Техническим результатом заявляемой колонны является то, что она имеет высокую поперечную и продольную электрическую прочность и надежность как в высокопотенциальной, примыкающей к кондуктору, так и в низкопотенциальной, примыкающей к основанию, частях колонны. Экранирование ряда секций одним электродом существенно облегчает изготовление наружного электрода с малыми отклонениями от расчетных размеров, особенно в отношении формы его сечения и плоскостности. The technical result of the claimed column is that it has high transverse and longitudinal electric strength and reliability both in high potential, adjacent to the conductor, and in low potential, adjacent to the base, parts of the column. Shielding a number of sections with one electrode greatly facilitates the manufacture of an external electrode with small deviations from the design dimensions, especially with respect to the shape of its cross section and flatness.

Надежность устройства возрастает в связи с тем, что в результате использования предполагаемого изобретения опорная колонна не является слабым звеном изоляции и пробой с колонны, наиболее опасный для внутренней структуры ускорителя, становится маловероятным. The reliability of the device increases due to the fact that, as a result of the use of the proposed invention, the support column is not a weak isolation link and breakdown from the column, the most dangerous for the internal structure of the accelerator, becomes unlikely.

Техническим результатом заявляемой колонны является также уменьшение необходимого количества электродов сложного поперечного сечения по сравнению с комбинированной колонной [3] в два и большее число раз. При этом достигнутый уровень максимального рабочего напряжения структуры ускорителя не снижается. The technical result of the claimed columns is also to reduce the required number of electrodes of complex cross-section in comparison with the combined column [3] two or more times. At the same time, the achieved level of the maximum operating voltage of the structure of the accelerator does not decrease.

Техническим результатом заявляемой колонны является также снижение стоимости за счет изготовления меньшего количества электродов, а также снижение суммарной массы наружных электродов при неизменном материале. Обслуживание высоковольтного ускорителя предполагает ручное снятие и перемещение наружных электродов вдоль поверхности колонны. С помощью предполагаемого изобретения облегчается изготовление наружного электрода сложного сечения из листового материала, тем самым снижается масса наружного электрода. The technical result of the claimed columns is also a reduction in cost due to the manufacture of fewer electrodes, as well as a decrease in the total mass of the outer electrodes with a constant material. Maintenance of a high-voltage accelerator involves the manual removal and movement of external electrodes along the surface of the column. Using the alleged invention facilitates the manufacture of an outer electrode of complex section from sheet material, thereby reducing the mass of the outer electrode.

Секция внутренней структуры колонны (фиг. 1) содержит элементы секционированного опорного изолятора 1, а также может включать в себя элементы делителя 2, эквипотенциальные рамки вокруг изолятора 3, один экранирующий электрод обмотки трансформаторного ускорителя, элементы выпрямителя, разрядника и др. Колонна поддерживает в пространстве высоковольтный электрод-кондуктор 4 над заземленным основанием 5. Общий электрод-экран в электростатическом ускорителе [2] находится снаружи колонны, в трансформаторном ускорителе [4] электроды-экраны окружают внутреннюю структуру колонны снаружи и изнутри, со стороны сильного бокового поля. The section of the internal structure of the column (Fig. 1) contains elements of a partitioned support insulator 1, and may also include elements of a divider 2, equipotential frames around the insulator 3, one shielding electrode of the winding of the transformer accelerator, elements of a rectifier, arrester, etc. The column supports in space a high-voltage conductor electrode 4 above the grounded base 5. The common electrode screen in the electrostatic accelerator [2] is located outside the column, in the transformer accelerator [4] the screen electrodes surround The internal structure of the column is externally and internally, from the side of a strong side field.

Пример. На фиг. 2-5 изображены две высоковольтные структуры ускорителя ЭГП-8 и соответствующее им распределение напряженности поля на поверхности электродов, обращенной к баку. В данном примере диаметр бака равен 2,4 м, потенциал кондуктора 5 МВ. Структура включает кондуктор 4, наружные электроды 6 овального поперечного сечения, внутренние электроды-рамки 3 и наружные электроды 7 круглого поперечного сечения. Данная конструкция осесимметрична и симметрична относительно плоскости, нормальной к оси и проходящей через середину кондуктора 4. Example. In FIG. 2-5 depict two high-voltage structures of the EGP-8 accelerator and the corresponding distribution of the field strength on the surface of the electrodes facing the tank. In this example, the diameter of the tank is 2.4 m, the conductor potential is 5 MV. The structure includes a conductor 4, outer electrodes 6 of an oval cross-section, inner electrodes-frames 3 and outer electrodes 7 of circular cross-section. This design is axisymmetric and symmetrical about a plane normal to the axis and passing through the middle of the jig 4.

Фиг. 3, 5 иллюстрируют технический эффект, получаемый с помощью заявляемой колонны. Замена наружных электродов круглого сечения на общий электрод для трех секций снижает максимальную напряженность на колонне с 18,8 МВ/м до 14,8 МВ/м. По сравнению с вариантом круглого поперечного сечения электродов повышение пробивного напряжения структуры в целом составило 21% а пробивное напряжение собственно колонны повышено на 30% Поэтому колонна оказывается более прочным элементом структуры и наряду с повышением рабочего напряжения ускорителя уменьшена вероятность пробоя с колонны на бак, работа ускорителя становится более надежной. FIG. 3, 5 illustrate the technical effect obtained using the inventive columns. Replacing the outer circular electrodes with a common electrode for three sections reduces the maximum tension on the column from 18.8 MV / m to 14.8 MV / m. Compared to the circular electrode cross section, the increase in the breakdown voltage of the structure as a whole was 21% and the breakdown voltage of the column itself was increased by 30%. Therefore, the column turns out to be a stronger structural element and, along with an increase in the operating voltage of the accelerator, the probability of breakdown from the column to the tank, the accelerator becomes more reliable.

На этом ускорителе в соответствии с предполагаемым изобретением вместо 42 наружных электродов со сложной формой сечения требуется изготовить 14 электродов. На ускорителе ЭГП-15 сокращение затрат на изготовление еще более существенно, так как вместо 72 требуется изготовить 24 электрода. In this accelerator, in accordance with the proposed invention, instead of 42 external electrodes with a complex cross-sectional shape, it is required to manufacture 14 electrodes. At the EGP-15 accelerator, the reduction in manufacturing costs is even more significant, since instead of 72 it is required to produce 24 electrodes.

Для заявляемой колонны продольный размер электрода по сравнению с вариантом круглого сечения увеличивается втрое. Однако при наибольшем диаметре 1130 мм он имеет массу около 6 кг, допустимую для обслуживания без грузоподъемных механизмов. For the inventive columns, the longitudinal size of the electrode is tripled compared to the circular section. However, with a largest diameter of 1130 mm, it has a mass of about 6 kg, which is acceptable for servicing without lifting mechanisms.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает электрическую прочность изоляционной колонны, повышает надежность работы высоковольтной структуры ускорителя, облегчает выполнение формы поперечного сечения и плоскостности электродов с малыми отклонениями от расчетных размеров, существенно сокращает необходимое количество электродов сложной формы, способствует уменьшению массы электродов и уменьшению стоимости изготовления их при обеспечении высокой электрической прочности структуры колонны. Thus, the proposed device increases the electric strength of the insulating column, increases the reliability of the high-voltage structure of the accelerator, facilitates the cross-sectional shape and flatness of the electrodes with small deviations from the design dimensions, significantly reduces the required number of electrodes of complex shape, helps to reduce the weight of the electrodes and reduce the cost of manufacturing them while ensuring high electrical strength of the column structure.

Источники информации:
1. Патент США N 3424929, кл. 310-5, опубл. 1969.Information sources:
1. US patent N 3424929, CL. 310-5, publ. 1969.

2. Патент США N 4326141, кл. 310/308, 310/309, опубл. 1982. 2. US patent N 4326141, CL. 310/308, 310/309, publ. 1982.

3. Авт. свид. СССР N 949853, кл. Н 05 Н 5/00, 1982. 3. Auth. testimonial. USSR N 949853, class H 05 H 5/00, 1982.

4. Авт. свид. СССР N 1022642, кл. Н 05 Н 5/02, 1983. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 4. Auth. testimonial. USSR N 1022642, class H 05 H 5/02, 1983. YYY2 YYY4

Claims

A sectioned insulating column of a high-voltage accelerator containing electrode sections of the internal structure with a distributed working potential and external electrodes screening sections of the internal structure from a transverse electric field, with a cross section in the form of an oval or in the form of a composite figure formed by interfacing at least two curvilinear shapes, with this one of the vertices of the cross section of the outer electrodes with greater curvature is directed to the end of the column with a higher potential and out, and the opposite vertex is directed inside the structure of the insulating column, characterized in that at least two sections of the internal structure, under different potentials, are located opposite the common shielding outer electrode.