RU2556879C1 - Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator - Google Patents
Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556879C1 RU2556879C1 RU2014108628/07A RU2014108628A RU2556879C1 RU 2556879 C1 RU2556879 C1 RU 2556879C1 RU 2014108628/07 A RU2014108628/07 A RU 2014108628/07A RU 2014108628 A RU2014108628 A RU 2014108628A RU 2556879 C1 RU2556879 C1 RU 2556879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulator
- dielectric
- gradient
- rings
- sections
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим изоляторам, предназначенным для использования в конструкциях генераторов высокого напряжения, в ускорителях заряженных частиц и в других вакуумных высоковольтных установках.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrical insulators intended for use in the construction of high voltage generators, in charged particle accelerators and in other vacuum high-voltage installations.
Известно, что пробивная напряженность поверхности диэлектрика в вакууме возрастает с уменьшением толщины испытуемого на электрическую прочность образца. Указанное положение находит свое отражение в способах изготовления высоковольтных проходных изоляторов, применяемых в высоковольтных трансформаторах, ускорительной технике и т.д.It is known that the breakdown strength of the surface of a dielectric in a vacuum increases with decreasing thickness of the test specimen for electric strength. This position is reflected in the methods of manufacturing high-voltage bushings used in high-voltage transformers, accelerator technology, etc.
Известны способы изготовления высоковольтных проходных изоляторов, в которых для обеспечения равномерного распределения потенциала по поверхности изолятора его выполняют в виде секций, состоящих из изоляционных и электропроводящих слоев, чередующихся между собой по высоте изолятора, скрепление элементов секций между собой выполняют холодной запрессовкой изоляционных слоев в металлические упругие кольца электродов, покрытых тонким слоем пластического металла, или путем склеивания изоляционных и электропроводящих слоев, или посредством пайки металлических прокладок с керамическими или стеклянными элементами секций [1].Known methods for the manufacture of high-voltage bushing insulators, in which to ensure uniform distribution of potential across the surface of the insulator it is made in the form of sections consisting of insulating and electrically conductive layers alternating between each other along the height of the insulator, the bonding of the elements of the sections with each other is performed by cold pressing of the insulation layers into metal elastic rings of electrodes coated with a thin layer of plastic metal, or by gluing insulating and electrically conductive layers, or in the middle soldering metal gaskets with ceramic or glass elements of sections [1].
За счет выполнения изолятора в виде секций уменьшается эффект полного напряжения и осуществляется ограничение пути распространения частичных разрядов.Due to the implementation of the insulator in the form of sections, the effect of the total voltage is reduced and the propagation path of partial discharges is limited.
Конструкции изоляторов подобного исполнения являются неразборными, и поэтому они неремонтопригодны. При потере работоспособности одной или нескольких секций изолятора их невозможно заменить на исправные секции и вышедший из строя изолятор приходится заменять новым изолятором.The designs of insulators of this design are non-separable, and therefore they are not repairable. If one or several sections of the insulator becomes unworkable, they cannot be replaced by serviceable sections, and a failed insulator must be replaced with a new insulator.
Известен способ изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения, заключающийся в том, что изолятор собирают в виде расположенных между крышкой изолятора и фланцем изолятора чередующихся друг с другом одинаковых по форме и размерам диэлектрических колец с одинаковыми по конструкции и форме проводящими прокладками и установленными между ними уплотняющими манжетами из эластичного материала, скрепление упомянутых элементов изолятора в единую герметичную конструкцию осуществляют за счет диэлектрических шпилек, на концах которых выполняют резьбу, с помощью которой один конец каждой шпильки закрепляют к крышке изолятора, а другой конец каждой шпильки прикрепляют к фланцу изолятора [2].A known method of manufacturing bushings of high voltage vacuum insulators, which consists in the fact that the insulator is assembled in the form of dielectric rings of the same shape and size, with the same design and shape of conductive gaskets and sealing cuffs installed between them, alternating with each other in the form and size of the insulator of elastic material, the bonding of the mentioned insulator elements into a single sealed structure is carried out by dielectric studs, at the end x which operate the thread with which one end of each pin is fixed to the cover insulator, and the other end of each pin is attached to the flange of the insulator [2].
К недостаткам указанной конструкции следует отнести неравномерное распределение потенциала по изоляционным слоям, что снижает электрическую прочность изолятора.The disadvantages of this design include the uneven distribution of potential across the insulating layers, which reduces the dielectric strength of the insulator.
Известен способ изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения, по которому изолятор собирают в виде расположенных между крышкой изолятора и фланцем изолятора и одинаковых по конструкции и геометрическим размерам кольцеобразных диэлектрических секций с чередующимися с ними идентичными между собой электропроводящими прокладками и установленными между упомянутыми диэлектрическими секциями и электропроводящими прокладками уплотняющих манжет из эластичного материала, а напряжение между упомянутыми секциями равномерно распределяют при помощи делителя напряжения, который размещают в теле изолятора, путем создания в изоляционных слоях сквозных полостей, параллельных оси изолятора, которые заполняют электропроводящей жидкостью, при этом скрепление упомянутых элементов изолятора в единую герметичную конструкцию осуществляют за счет диэлектрических шпилек, на концах которых выполняют резьбу, с помощью которой один конец каждой шпильки закрепляют к крышке изолятора, а другой конец каждой шпильки закрепляют к фланцу изолятора [3].A known method of manufacturing bushings of high voltage vacuum insulators, according to which the insulator is assembled in the form of ring-shaped dielectric sections located between the insulator cover and the insulator flange and having identical design and geometric dimensions, alternating between them electrically conductive spacers and installed between said dielectric sections and electrically conductive spacers sealing cuffs made of elastic material, and the voltage between said sections is They are evenly distributed by means of a voltage divider, which is placed in the body of the insulator, by creating through the cavities in the insulation layers through cavities parallel to the axis of the insulator, which are filled with an electrically conductive liquid, and the abovementioned elements of the insulator are fastened into a single sealed structure by dielectric studs at the ends of which a thread with which one end of each stud is fixed to the insulator cover, and the other end of each stud is fixed to the insulator flange [3].
Недостатками указанного способа является сложность реализации, связанная с тем, что сквозные полости делителя, наполненные электропроводящей жидкостью, необходимо герметизировать путем введения дополнительных герметизирующих манжет, чтобы предотвратить утечку жидкости на наружную поверхность и внутреннюю полость изолятора, необходимо также поддерживать неизменным сопротивление в каждой полости делителя.The disadvantages of this method is the difficulty of implementation, due to the fact that the through cavity of the divider filled with an electrically conductive liquid must be sealed by introducing additional sealing cuffs to prevent leakage of liquid to the outer surface and the inner cavity of the insulator, it is also necessary to maintain the resistance in each cavity of the divider unchanged.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения, по которому изолятор собирают в виде расположенных между крышкой изолятора и фланцем изолятора одинаковых по конструкции и геометрическим размерам кольцеобразных диэлектрических секций и чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих прокладок, которые выполняют из эластичного материала, а напряжение между упомянутыми секциями равномерно распределяют при помощи делителя напряжения, который выполняют в виде распределительных сопротивлений, которые располагают с наружной стороны диэлектрических секций и электрически присоединяют к электропроводящим прокладкам, при этом скрепление упомянутых элементов изолятора в единую герметичную конструкцию осуществляют за счет диэлектрических шпилек, на концах которых выполняют резьбу, с помощью которой один конец каждой шпильки закрепляют к крышке изолятора, а другой конец каждой шпильки закрепляют к фланцу изолятора, при этом электропроводящие прокладки выполнены из эластичного материала [4].Closest to the technical nature of the present invention is a method of manufacturing bushings of high voltage vacuum insulators, according to which the insulator is assembled in the form of ring-shaped dielectric sections of the same design and geometrical dimensions of the ring-shaped dielectric sections and alternating with them electrically conductive spacers that are identical made of an elastic material, and the voltage between the sections is evenly distributed using del voltage, which is performed in the form of distribution resistances, which are located on the outside of the dielectric sections and electrically connected to the conductive gaskets, wherein the fastening of the said insulator elements into a single sealed structure is carried out by dielectric studs, at the ends of which a thread is made, with which one the end of each stud is fixed to the insulator cover, and the other end of each stud is fixed to the insulator flange, while the electrically conductive gaskets in made of elastic material [4].
Достоинством способа-прототипа является то, что конструкция изолятора разборная, что позволяет заменять вышедшие из строя при эксплуатации секции, а также изменять при необходимости (уменьшать или увеличивать) габариты изолятора, приспосабливая его к тому или иному уровню рабочего напряжения высоковольтной установки, в которой он используется. Еще одним достоинством способа-прототипа является то, что жидкостной делитель напряжения, указанный в предыдущем аналоге, заменен на делитель из обычных безындуктивных омических сопротивлений. Кроме того, электропроводящие прокладки, выполненные в вышеуказанных аналогах в виде металлических колец, в способе-прототипе заменены на электропроводящие прокладки из эластичного материала, что позволяет совместить в этом конструктивном элементе двойную функцию: уплотнительной манжеты и градиентного кольца. Это дает возможность исключить уплотняющие манжеты, имеющие место в вышеприведенном аналоге.The advantage of the prototype method is that the design of the insulator is collapsible, which allows you to replace sections that have failed during operation, as well as change (if necessary, reduce or increase) the dimensions of the insulator, adapting it to one or another level of operating voltage of the high-voltage installation in which it is used. Another advantage of the prototype method is that the liquid voltage divider specified in the previous analogue is replaced by a divider of ordinary non-inductive ohmic resistances. In addition, the electrically conductive gaskets made in the aforementioned analogs in the form of metal rings in the prototype method are replaced by electrically conductive gaskets of elastic material, which allows combining the dual function in this structural element: a sealing sleeve and a gradient ring. This makes it possible to eliminate the sealing cuffs that occur in the above analogue.
Недостатком способа-прототипа является то, что элементы изолятора имеют достаточно большой вес и габариты, что весьма неудобно при сборке и транспортировке указанного изолятора. Кроме того, в собранном изоляторе его вакуумная поверхность не защищена от попадания на нее заряженных частиц, что приводит к снижению пробивного напряжения указанной поверхности. Электрические и геометрические параметры собранного по способу-прототипу изолятора невозможно изменять в процессе его настройки, что ухудшает эксплуатационные характеристики изолятора. Дополнительным недостатком способа-прототипа является то, что делитель напряжения при его реализации выполнен из совокупности омических сопротивлений, которые необходимо после каждой очередной переборки изолятора электрически отсоединять и затем присоединять к электропроводящим прокладкам. Эта дополнительная операция также усложняет способ-прототип.The disadvantage of the prototype method is that the elements of the insulator have a sufficiently large weight and dimensions, which is very inconvenient when assembling and transporting the specified insulator. In addition, in the assembled insulator, its vacuum surface is not protected from the ingress of charged particles on it, which leads to a decrease in the breakdown voltage of this surface. The electrical and geometric parameters of the insulator assembled by the prototype method cannot be changed during its adjustment, which affects the operational characteristics of the insulator. An additional disadvantage of the prototype method is that the voltage divider, when implemented, is made up of a combination of ohmic resistances, which must be electrically disconnected after each subsequent bulkhead of the insulator and then connected to the conductive gaskets. This additional operation also complicates the prototype method.
Техническая задача, стоящая в рамках настоящего изобретения, заключается в снижении веса и габаритов изолятора и в улучшении его эксплуатационных характеристик.The technical challenge facing the present invention is to reduce the weight and dimensions of the insulator and to improve its operational characteristics.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения, заключающемся в том, что изолятор собирают из одинаковых по конструкции и геометрическим размерам диэлектрических секций и чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих градиентных колец, которые располагают межу двумя электродами, одним из которых служит отрицательно заряженная крышка изолятора, а другим электродом служит заземленный фланец, при этом крышку, упомянутые секции, чередующиеся с ними градиентные кольца и фланец стягивают в единую конструкцию при помощи диэлектрических стяжек, а напряжение между упомянутыми секциями равномерно распределяют при помощи делителя напряжения, снабжают градиентные проводящие кольца цилиндрическими электропроводящими экранами, внутренний диаметр которых выполняют равным внутреннему диаметру градиентных колец, при этом экраны располагают так, чтобы торец экрана, не соединенный с градиентным кольцом, был направлен в сторону крышки изолятора, изготавливают из эластичного изоляционного материала диэлектрические секции в виде полых торов, по наружному диаметру которых выполняют фланец в виде плоского кольца, в котором выполняют симметрично по окружности отверстия, количество и диаметр которых соответствует количеству и диаметру диэлектрических стяжек, на поверхность диэлектрических стяжек надевают чехол из проводящей резины, выполняющий роль делителя напряжения, а равномерное распределение рабочего напряжения по поверхности изолятора осуществляют при помощи создания и электрического контакта между упомянутым слоем и градиентными кольцами, для чего в градиентных кольцах выполняют симметрично по окружности отверстия, количество и диаметр которых соответствует количеству и диаметру диэлектрических стяжек, при этом изменение габаритов диэлектрических секций, расстояния между экраном и близлежащим к нему градиентным кольцом, производимые при настройке изолятора для оптимальных режимов работы, осуществляют при помощи изменения давления внутри полостей тора и степени их сжатия с использованием стяжных шпилек.The problem is solved in that in the method of manufacturing bushings of high voltage vacuum insulators, which consists in the fact that the insulator is assembled from the same in design and geometrical dimensions of the dielectric sections and alternating with them identical conductive gradient rings that are located between two electrodes, one of which is a negatively charged insulator cap, and the other electrode is a grounded flange, with the cap, the sections mentioned, alternating with them gradient The rings and the flange are pulled together in a single structure using dielectric couplers, and the voltage between the sections is evenly distributed using a voltage divider, gradient conductive rings are supplied with cylindrical electrically conductive screens, the inner diameter of which is equal to the inner diameter of the gradient rings, and the screens are arranged so that the end face of the screen, not connected to the gradient ring, was directed towards the insulator cover, made of elastic insulating material dielectric sections in the form of hollow tori, on the outer diameter of which a flange is made in the form of a flat ring in which holes are made symmetrically around the circumference, the number and diameter of which correspond to the number and diameter of the dielectric couplers, put on a surface of dielectric couplers a conductive rubber cover acting as a divider voltage, and the uniform distribution of the operating voltage on the surface of the insulator is carried out by creating and electrical contact between the layer and the gradient holes for which, in gradient rings, holes are made symmetrically around the circumference, the number and diameter of which correspond to the number and diameter of the dielectric couplers, while changing the dimensions of the dielectric sections, the distance between the screen and the gradient ring adjacent to it, made when adjusting the insulator for optimal operating conditions , carried out by changing the pressure inside the cavities of the torus and the degree of compression using the tie rods.
На фиг.1 представлена конструкция изолятора, собранного по заявляемому способу. На фиг. 2 изображен график зависимости пробивного напряжения вакуумной поверхности секции изолятора от расстояния d между торцом экрана и соседним градиентным кольцом. Фиг.1 и фиг.2 служат для пояснения сущности изобретения.Figure 1 presents the design of the insulator, assembled by the claimed method. In FIG. Figure 2 shows a plot of the breakdown voltage of the vacuum surface of the insulator section on the distance d between the end of the screen and the adjacent gradient ring. Figure 1 and figure 2 serve to explain the essence of the invention.
На фиг.1 введены следующие обозначения: 1 - диэлектрические секции, выполненные из эластичного изоляционного материала в виде полого тора; 2 - фланец диэлектрической секции; 3 - градиентные кольца, снабженные цилиндрическими электропроводными экранами - 4; 5 - крышка изолятора; 6 - фланец изолятора; 7 - катододержатель; 8 - диэлектрические стяжки; 9 - чехол в виде цилиндра из проводящей резины; 10 - гайки стяжек; 11 - золотник.Figure 1 introduced the following notation: 1 - dielectric sections made of elastic insulating material in the form of a hollow torus; 2 - flange of the dielectric section; 3 - gradient rings equipped with cylindrical conductive screens - 4; 5 - insulator cover; 6 - flange of the insulator; 7 - cathode holder; 8 - dielectric couplers; 9 - a cover in the form of a cylinder of conductive rubber; 10 - nuts of couplers; 11 - spool.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Электрическая прочность диэлектрика в вакууме зависит от ряда факторов. Среди них можно назвать такие, как толщина диэлектрика, конфигурация поля, материал диэлектрика и др. В высоковольтных проходных изоляторах, используемых, в частности, в виде корпусов пушек электронных импульсных ускорителей, на крышку 5 изолятора обычно подают отрицательный потенциал, а фланец 6 изолятора заземляют. При достаточно высоком отрицательном напряжении с поверхности крышки изолятора 5 (фиг.1) и поверхности катододержателя 7 начинают эмитироваться электроны, которые попадают на поверхность диэлектрических секций 1, вызывая вторичную эмиссию, что в конечном счете приводит к пробою по вакуумной поверхности изолятора. Опыты показывают, что уровень пробивного напряжения вакуумной поверхности секции изолятора 1 в значительной степени зависит от того, насколько хорошо экранирована упомянутая вакуумная сторона секции. Для экранировки поверхности изолятора используют цилиндрические экраны, которыми снабжены градиентные кольца 3. Экраны своими торцами должны быть направлены по градиенту электрического поля в сторону соседнего градиентного кольца, имеющего более электроотрицательный потенциал по отношению к экрану. Такое направление экранов обусловлено тем, что пробивное напряжение вакуумного промежутка зависит от того, насколько электрическое поле вакуумного промежутка неоднородно и возле какого электрода сильнее выражена эта неоднородность. Это наглядно демонстрируют, например, графики, приведенные в работе [5]. Из этих графиков следует, что электрическая прочность одного и того же по величине вакуумного промежутка при неоднородности в области катода в 2-2,5 раза ниже, чем электрическая прочность такого же по величине вакуумного промежутка при смене полярности электродов. Именно по этой причине экраны располагают так, чтобы основная неоднородность электрического поля приходилась на положительный электрод, а именно на незакрепленный торец экрана. Пробивное напряжение вакуумной стороны диэлектрической секции зависит от степени ее экранировки. Этот факт наглядно демонстрирует график, приведенный на фиг.2, показывающий зависимость электрической прочности поверхности вакуумной стороны секции изолятора от величины зазора d между торцом экрана и соседним градиентным кольцом, заряженным отрицательно по отношению к экрану. При отсутствии экранов величина напряжения на диэлектрической секции 1 изолятора ограничена электрической прочностью вакуумной поверхности толщиной D диэлектрической секции (см. фиг.2). С присутствием экранов величина напряжения на секции изолятора определяется уже электрической прочностью совокупности параллельно соединенных между собой экранированной вакуумной поверхности диэлектрической секции 1 и вакуумного зазора изолятора d между торцом экрана и соседним градиентным кольцом, заряженным отрицательно по отношению к экрану. Величину электрической совокупности можно изменять в широких пределах, изменяя величину вакуумного зазора d. При электрическом контакте торца экрана со смежным градиентным кольцом (d=0), прочность совокупности вакуумный зазор d - боковая поверхность вакуумной стороны секции изолятора равна 0 (секция закорочена). При увеличении вакуумного зазора d электрическая прочность указанной совокупности возрастает и определяется, до точки d=dопт, электрической прочностью вакуумного зазора. В точке d=dопт электрическая прочность вакуумного зазора равна электрической прочности вакуумной поверхности диэлектрической секции 1 изолятора. Причем электрическая прочность боковой поверхности секции 1 с экранированием от внешних воздействий в точке d=dопт в несколько раз выше электрической прочности той же поверхности, но без экранирования. При дальнейшем увеличении вакуумного зазора (d>dопт) электрическая прочность совокупности изоляционный слой вакуумной поверхности диэлектрической секции изолятора. При этом снижение электрической прочности боковой поверхности секции происходит из-за снижения эффективности экранировки секции. При равенстве величины вакуумного зазора толщине боковой поверхности диэлектрической секции d=D (экранировка отсутствует) электрическая прочность указанной выше совокупности равняется электрической прочности неэкранированной поверхности секции изолятора.The essence of the proposed method is as follows. The dielectric strength in a vacuum depends on a number of factors. Among them are such as dielectric thickness, field configuration, dielectric material, etc. In high-voltage bushing insulators, used, in particular, in the form of cases of guns of electronic pulse accelerators, negative potential is usually applied to the insulator cover 5, and the insulator flange 6 is earthed . With a sufficiently high negative voltage, electrons are emitted from the surface of the cover of the insulator 5 (Fig. 1) and the surface of the cathode holder 7, which fall on the surface of the dielectric sections 1, causing secondary emission, which ultimately leads to breakdown along the vacuum surface of the insulator. Experiments show that the breakdown voltage level of the vacuum surface of the insulator section 1 largely depends on how well the mentioned vacuum side of the section is shielded. For shielding the surface of the insulator, cylindrical screens are used, which are equipped with gradient rings 3. The screens with their ends should be directed along the gradient of the electric field towards the neighboring gradient ring, which has a more electronegative potential with respect to the screen. This direction of the screens is due to the fact that the breakdown voltage of the vacuum gap depends on how much the electric field of the vacuum gap is inhomogeneous and near which electrode this inhomogeneity is more pronounced. This is clearly demonstrated, for example, by the graphs given in [5]. From these graphs it follows that the electric strength of the same vacuum gap with heterogeneity in the cathode region is 2-2.5 times lower than the electric strength of the same vacuum gap when changing the polarity of the electrodes. It is for this reason that the screens are positioned so that the main inhomogeneity of the electric field falls on the positive electrode, namely on the loose end of the screen. The breakdown voltage of the vacuum side of the dielectric section depends on the degree of screening. This fact clearly demonstrates the graph shown in figure 2, showing the dependence of the electric strength of the surface of the vacuum side of the insulator section on the size of the gap d between the end of the screen and the adjacent gradient ring charged negatively with respect to the screen. In the absence of screens, the voltage on the dielectric section 1 of the insulator is limited by the electric strength of the vacuum surface with a thickness D of the dielectric section (see figure 2). With the presence of the shields, the voltage on the insulator sections is already determined by the electric strength of the aggregate of parallel shielded vacuum surfaces of the dielectric section 1 and the vacuum gap of the insulator d between the end of the screen and the neighboring gradient ring charged negatively with respect to the screen. The magnitude of the electric population can be changed over a wide range by changing the value of the vacuum gap d. With electrical contact of the end face of the screen with an adjacent gradient ring (d = 0), the strength of the aggregate is the vacuum gap d - the side surface of the vacuum side of the insulator section is 0 (the section is shorted). With an increase in the vacuum gap d, the electric strength of the indicated aggregate increases and is determined, up to the point d = d opt , by the electric strength of the vacuum gap. At the point d = d opt, the electric strength of the vacuum gap is equal to the electric strength of the vacuum surface of the dielectric section 1 of the insulator. Moreover, the electric strength of the side surface of section 1 with shielding from external influences at the point d = d opt is several times higher than the electric strength of the same surface, but without shielding. With a further increase in the vacuum gap (d> d opt ), the electric strength of the aggregate is the insulating layer of the vacuum surface of the dielectric section of the insulator. In this case, a decrease in the electric strength of the side surface of the section occurs due to a decrease in the efficiency of the screening of the section. If the vacuum gap is equal to the thickness of the side surface of the dielectric section d = D (no shielding), the electric strength of the above aggregate is equal to the electric strength of the unscreened surface of the insulator section.
Таким образом, для достижения наибольшей электрической прочности изолятора необходимо настроить изолятор так, чтобы прочность вакуумных зазоров d между торцами экранов и соседними отрицательно заряженными по отношению к экрану градиентными кольцами равнялась электрической прочности экранированных боковых поверхностей диэлектрических секций изолятора. Настройку изолятора на оптимальное напряжение осуществляют при помощи изменения давления внутри полых торов диэлектрических секций 1 изолятора, выполненных из эластичного материала, и степенью сжатия изолятора при помощи диэлектрических стяжек 8.Thus, to achieve the highest dielectric strength of the insulator, it is necessary to adjust the insulator so that the strength of the vacuum gaps d between the ends of the screens and the neighboring gradient rings negatively charged with respect to the screen is equal to the electric strength of the shielded side surfaces of the dielectric sections of the insulator. The insulator is adjusted to the optimal voltage by changing the pressure inside the hollow tori of the insulator sections 1 of the insulator made of elastic material and the degree of compression of the insulator using
Пример конкретного выполненияConcrete example
По заявляемому способу изготавливали проходной вакуумный изолятор высокого напряжения. Изолятор собирали из одинаковых по конструкции и геометрическим размерам диэлектрических секций 1 и чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих градиентных колец 3, которые располагали межу двумя электродами, одним из которых служила отрицательно заряженная крышка 5 изолятора, а другим электродом служит заземленный фланец 6, изолятора. К крышке изолятора был прикручен катодоржатель 7, выполненный в виде трубы из нержавеющей стали. Крышку 5, упомянутые секции 1, чередующиеся с ними градиентные кольца 3 и фланец 6 стягивали в единую конструкцию при помощи диэлектрических стяжек 8, выполненных из капролактама. Стяжки были размещены в чехол 9, выполненный в виде полого цилиндра из проводящей резины Цилиндр 9 выполнял роль делителя напряжения, при помощи которого рабочее высоковольтное напряжение равномерно распределялась по секциям изолятора за счет электрического контакта градиентных колец 3 с поверхностью цилиндра 9. Для создания электрического контакта в градиентных кольцах выполняют симметрично по окружности отверстия, количество и диаметр которых соответствует количеству и диаметру диэлектрических стяжек. Каждое электропроводящее градиентное кольцо изолятора 3 было выполнено из нержавеющей листовой стали толщиной 4 мм. Градиентные кольца были снабжены цилиндрическими экранами, выполненными из нержавеющей стали. Толщина стенки экранов была равна 1 мм. Торцы экранов были повернуты в сторону крышки 5, на которую в процессе эксплуатации изолятора подают отрицательный высоковольтный импульс. Внутренний диаметр цилиндрических экранов которых выполняли равным внутреннему диаметру градиентных колец, равный в рассматриваемом случае 300 мм. Экраны располагали так, чтобы торец экрана, не соединенный с градиентным кольцом, был направлен в сторону крышки изолятора 5. Диэлектрические секции 1 изолятора выполняли из маслостойкой резины «Эластосил R 502/80» в виде полого тора. Толщина стенок тора равнялась 2 мм. Высота тора равнялась 35 мм.According to the claimed method, a high-voltage vacuum insulator was made. The insulator was assembled from dielectric sections 1 of the same design and geometric dimensions and alternating with each other identical conductive gradient rings 3, which were located between two electrodes, one of which was a negatively charged insulator cover 5, and the other electrode was a grounded flange 6 of the insulator. The cathododer 7, made in the form of a stainless steel pipe, was screwed to the insulator cover. The cover 5, the said sections 1, alternating gradient rings 3 and the flange 6 were pulled together in a single design using
По наружному диаметру тора каждой секции был выполнен фланец в виде плоского кольца, в котором выполняли симметрично по окружности сквозные отверстия, количество и диаметр которых соответствовало количеству и диаметру диэлектрических стяжек, в рассматриваемом случае количество отверстий было равно 6. Фланцы с отверстиями на боковой поверхности торов необходимы для центровки секций изолятора при его сборке. Сборку изолятора в конструкцию осуществляли следующим образом. Капролактамовые стяжки 1 размещали в цилиндры 9, выполненные из полупроводящей резины. Один конец стяжек 8 при помощи гаек закрепляли к фланцу 6. На цилиндры 9 стяжек 8 нанизывали диэлектрические секции 1 и чередующиеся с ними электропроводные градиентные кольца 3 при помощи соответствующих отверстий, выполненных во фланцах торов и в градиентных кольцах. Количество диэлектрических секций в изоляторе было равно 20. Вторые концы капролактамовых стяжек с нарезанной на них резьбой закрепляли гайками 10 к крышке изолятора 5. При помощи золотников 11 нагнетали давление внутри полости торов электрических секций 1. Настройку изолятора на оптимальные режимов работы осуществляли при помощи изменения давления внутри полостей тора и степени их сжатия с использованием стяжных шпилек.On the outer diameter of the torus of each section, a flange was made in the form of a flat ring in which through holes were made symmetrically around the circumference, the number and diameter of which corresponded to the number and diameter of the dielectric couplers, in this case the number of holes was 6. Flanges with holes on the side surface of the tori necessary to center the sections of the insulator when assembling it. The assembly of the insulator in the structure was carried out as follows. Caprolactam screeds 1 were placed in cylinders 9 made of semi-conductive rubber. One end of the
Изменением степени экранировки путем перемещения экранов удается увеличить пробивное напряжение изолятора с 700 кВ при длительности импульсов 0,2 мкс и полном токе 30-35 кА до 1500 кВ при длительности импульсов 0,5 мкс и полном токе 35 кА. Дальнейшее повышение напряжения приводило к пробою изолятора в радиальном направлении. Оптимальный вакуумный зазор, при котором наблюдается максимальная электрическая прочность, составлял d=dопт=4 мм.By changing the degree of shielding by moving the screens, it is possible to increase the breakdown voltage of the insulator from 700 kV with a pulse duration of 0.2 μs and a full current of 30-35 kA to 1500 kV with a pulse duration of 0.5 μs and a full current of 35 kA. A further increase in voltage led to the breakdown of the insulator in the radial direction. The optimum vacuum gap at which the maximum electric strength is observed was d = d opt = 4 mm.
Таким образом, при изменении степени экранировки удается повысить прочность изолятора более чем в 2 раза. Преимуществом предлагаемого способа является возможность изменять электрическую прочность в широких пределах, добиваясь ее оптимального значения. Указанное свойство изолятора дает возможность проектировщикам высоковольтных секционированных изоляторов экспериментально определять ту величину вакуумного зазора между экраном и соседним градиентным кольцом, которая необходима для достижения наилучшего эффекта.Thus, when changing the degree of shielding, it is possible to increase the strength of the insulator by more than 2 times. The advantage of the proposed method is the ability to change the electric strength over a wide range, achieving its optimal value. The indicated property of the insulator enables designers of high-voltage sectioned insulators to experimentally determine the amount of vacuum gap between the screen and the adjacent gradient ring that is necessary to achieve the best effect.
По сравнению со способом-прототипом заявляемый способ имеет следующие преимущества:Compared with the prototype method, the inventive method has the following advantages:
- выполнение диэлектрических секций в виде полых торов позволяет более чем на порядок снизить вес изолятора;- the implementation of the dielectric sections in the form of hollow tori allows more than an order to reduce the weight of the insulator;
- при транспортировке изолятора практически на порядок можно снизить габариты изолятора, например, сжав все диэлектрические секции в единую стопку;- during transportation of the insulator, the dimensions of the insulator can be reduced by almost an order of magnitude, for example, by compressing all the dielectric sections into a single stack;
- по сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет увеличить электрическую прочность конструкции при одинаковых размерах изоляторов, изготовляемых по заявляемому способу и способу-прототипу, более чем в 2 раза.- compared with the prototype of the inventive method allows to increase the dielectric strength of the structure with the same dimensions of insulators manufactured by the present method and the prototype method, more than 2 times.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №2082474, кл. 174-9, опубл. 1937 г.1. US patent No. 2082474, CL. 174-9, publ. 1937
2. Авторское свидетельство СССР №547845, кл. H01B 17/26, 1975.2. USSR author's certificate No. 5447845, cl. H01B 17/26, 1975.
3. Авторское свидетельство СССР №803017, кл. H01B 17/26, 1978.3. USSR copyright certificate No. 803017, cl. H01B 17/26, 1978.
4. Авторское свидетельство СССР №636687. Проходной секционированный изолятор / Г.М. Кассиров, Г.В. Смирнов, Ю.В. Планкин / Кл. H01B 17/32. Опубл. 05.12.78. Бюлл. №45. - Прототип.4. USSR copyright certificate No. 636687. Sectionalized bushing / G.M. Kassirov, G.V. Smirnov, Yu.V. Plankin / Cl. H01B 17/32. Publ. 12/05/78. Bull. No. 45. - The prototype.
5. Г.В. Смирнов. Экспериментальное изучение вакуумного пробоя сантиметровых промежутков на импульсах микросекундной длительности. Томск, канд. диссертация, 1974 г., стр.51 рис.32.5. G.V. Smirnov. An experimental study of the vacuum breakdown of centimeter gaps on pulses of microsecond duration. Tomsk, Cand. dissertation, 1974, p. 51 fig. 32.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108628/07A RU2556879C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108628/07A RU2556879C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2556879C1 true RU2556879C1 (en) | 2015-07-20 |
Family
ID=53611591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014108628/07A RU2556879C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2556879C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU636687A1 (en) * | 1977-04-29 | 1978-12-05 | Научно-Исследовательский Институт Высоких Напряжений При Томском Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехническом Институте Им.С.М.Кирова | Pass-through sectioned insulator |
| WO2007068130A1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-21 | Abb Research Ltd | High-voltage bushing |
| RU2395861C1 (en) * | 2006-12-20 | 2010-07-27 | Абб Рисерч Лтд | Bushing insulator and procedure for its fabrication |
| WO2011124561A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Abb Research Ltd | Electrical bushing |
-
2014
- 2014-03-05 RU RU2014108628/07A patent/RU2556879C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU636687A1 (en) * | 1977-04-29 | 1978-12-05 | Научно-Исследовательский Институт Высоких Напряжений При Томском Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехническом Институте Им.С.М.Кирова | Pass-through sectioned insulator |
| WO2007068130A1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-21 | Abb Research Ltd | High-voltage bushing |
| RU2395861C1 (en) * | 2006-12-20 | 2010-07-27 | Абб Рисерч Лтд | Bushing insulator and procedure for its fabrication |
| WO2011124561A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Abb Research Ltd | Electrical bushing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA024693B1 (en) | High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator | |
| CN101409120B (en) | Insulator capable of improving external insulation electric strength | |
| KR20130139893A (en) | Corona igniter having shaped insulator | |
| RU111359U1 (en) | DISCHARGE, HIGH VOLTAGE INSULATOR WITH DISCHARGE AND HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINE USING THIS INSULATOR | |
| RU2521771C1 (en) | Insulator-arrestor and power transmission line using this insulator | |
| CN109716474B (en) | Insulator arrangement for a high-voltage or medium-voltage switchgear assembly | |
| RU2556879C1 (en) | Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator | |
| KR20200020815A (en) | Vacuum compatible electrical insulators | |
| İlhan et al. | Impacts of corona rings on the insulation performance of composite polymer insulator strings | |
| RU2593827C1 (en) | Method of making through vacuum high-voltage insulator | |
| RU109925U1 (en) | DISCHARGE, HIGH VOLTAGE INSULATOR WITH DISCHARGE AND HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINE USING THIS INSULATOR | |
| RU171093U1 (en) | ROOF MULTI-CAMERA DISCHARGE | |
| RU2592870C1 (en) | Through partitioned insulator | |
| Sima et al. | Corona ring design of±800KV DC composite insulator based on computer analysis | |
| RU2510651C1 (en) | Arrester with guide strips for protection of electric equipment from overvoltage at lightning and insulator of power line equipped with such arrester | |
| US2082474A (en) | Material insulator for use in vacuum | |
| Rao et al. | Corona and electric field distribution analysis in 400 kV line insulators | |
| RU2457592C1 (en) | Discharger, hv insulator with discharger and hv aerial power line using such insulator | |
| CN103137400A (en) | Field emission x-ray generating apparatus | |
| US3764838A (en) | Insulating ring for particle accelerator tubes and acceleration tube including the same | |
| RU136928U1 (en) | DISCHARGER, INSULATOR WITH DISCHARGE AND ELECTRIC TRANSMISSION LINE USING THIS INSULATOR | |
| Fukuda et al. | Relationship between vacuum surface flashover and charging characteristics for alumina ceramics of lowered resistivity | |
| JP6694951B2 (en) | Spark gap device | |
| RU2456732C2 (en) | Method for protection of insulation clearances in liquid dielectric against electric breakdown with help of mesh screens with controllable electric potentials | |
| SU866581A1 (en) | Partition sectionalized insulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20160203 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170306 |