RU2557064C1

RU2557064C1 - Method for manufacturing high-voltage vacuum bushing insulator

Info

Publication number: RU2557064C1
Application number: RU2014108623/07A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Смирнов
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-07-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: insulator is assembled as circular dielectric sections placed between the insulator cover and flange; the above sections have identical in construction and geometric dimensions and alternate with identical electroconductive graded rings and elastic sealing cups and distribute voltage in even way between the above sections by means of voltage divider; thickness of dielectric section is defined preliminary.

EFFECT: method allows reducing insulator dimensions and simplifies assembly process and insulator construction significantly.

3 dwg

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 градиентных 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 gradient layers alternating with each other along the height of the insulator, the fastening of the elements of the sections with each other is performed by cold pressing the insulating layers into metal elastic rings of electrodes coated with a thin layer of plastic metal, or by gluing an insulating and electrically conductive layer c, or by 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 градиентными 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 gradient gaskets and sealing seals installed between them, alternating with each other in the form and dimensions of the insulator cuffs made of elastic material, the bonding of the mentioned elements of the insulator in a single sealed design is carried out due to dielectric w Ilek at the ends of 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 градиентными 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 with them electrically conductive gradient spacers and installed between said dielectric sections and electrically conductive gaskets of sealing cuffs made of elastic material, and the voltage between the they are evenly distributed with the help 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, while the bonding of the said insulator elements into a single sealed structure is carried out by dielectric studs, at the ends of which perform 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 полости 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 onto 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 градиентными колец, 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 градиентным кольцам, 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 for 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 each other identical conductive gradient rings, which are made of elastic material, and the voltage between the sections is evenly distributed when the power of the voltage divider, which is performed in the form of distribution resistances, which are located on the outside of the dielectric sections and are electrically connected to the electrically conductive gradient rings, wherein the fastening of the said insulator elements into a single sealed structure is carried out by means of dielectric studs, the ends of which are threaded, using 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, while Gaskets 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 перед предыдущим аналогом у способа-прототипа является то, что жидкостной делитель напряжения, указанный в предыдущем аналоге, заменен на делитель из обычных безындуктивных омических сопротивлений.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 over the previous analogue of the prototype method is that the liquid voltage divider specified in the previous analogue is replaced by a divider from ordinary non-inductive ohmic resistances.

Однако, с другой стороны, выполнение делителя напряжения в виде совокупности омических сопротивлений, приводит к тому, что после каждой очередной переборки изолятора необходимо отсоединять, а затем вновь присоединять все сопротивления к градиентным кольцам. Эта дополнительная операция также усложняет способ-прототип.However, on the other hand, the implementation of a voltage divider in the form of a combination of ohmic resistances leads to the fact that after each regular bulkhead of the insulator it is necessary to disconnect and then reconnect all the resistances to the gradient rings. This additional operation also complicates the prototype method.

Основным недостатками способа-прототипа является то, что толщину диэлектрических секций выбирают не оптимально, базируясь только на некоторых прагматических соображениях, что не позволяет оптимизировать габариты изолятора в целом при проектировании его на любое заданное напряжение. Дополнительным недостатком способа-прототипа является то, что все электропроводящие прокладки изолятора имеют конечную толщину, иногда соразмерную с толщиной диэлектрических секций, и они установлены между торцами упомянутых секций, что приводит к неоправданному увеличению габаритов (высоты) изолятора.The main disadvantages of the prototype method is that the thickness of the dielectric sections is not optimally selected, based only on some pragmatic considerations, which does not allow to optimize the dimensions of the insulator as a whole when designing it for any given voltage. An additional disadvantage of the prototype method is that all the electrically conductive insulator gaskets have a finite thickness, sometimes commensurate with the thickness of the dielectric sections, and they are installed between the ends of the said sections, which leads to an unjustified increase in the dimensions (height) of the insulator.

Техническая задача, стоящая в рамках настоящего изобретения, состоит в обосновании выбора оптимального размера (толщины) диэлектрической секции и в упрощении способа изготовления и конструкции проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения.The technical problem within the framework of the present invention is to justify the selection of the optimal size (thickness) of the dielectric section and to simplify the method of manufacturing and design of high-voltage vacuum bushings.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения заключается в том, что изолятор собирают в виде расположенных между крышкой изолятора и фланцем изолятора из одинаковых по конструкции и геометрическим размерам кольцеобразных диэлектрических секций, чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих градиентных колец и уплотнительных эластичных манжет и равномерно распределяют напряжение между упомянутыми секциями при помощи делителя напряжения, предварительно определяют оптимальную толщину диэлектрической секции, для чего изготавливают опытный образец из материала диэлектрика проектируемого изолятора, имитирующий рабочие условия секции в реальном изоляторе, для чего выполняют его в виде цилиндрического кольца, в одном торце которого выполняют проточку под уплотнительную манжету, а на его боковой стороне нарезают резьбу, при помощи которой присоединяют с одной торцевой части металлическую крышку, снабженную металлическим трубообразным катододержателем, присоединенным к центру крышки, а с другой торцевой части образца на резьбу навинчивают металлический кольцеобразный фланец, на внутренней образующей поверхности которого нарезана соответствующая резьба, а на его торцевой части по окружности симметрично друг другу просверлены сквозные отверстия под крепежные детали, которыми через соответствующую уплотнительную манжету, вставленную в проточку на фланце вакуумной камеры, прикрепляют образец к фланцу вакуумной камеры, фланец изолятора заземляют, помещают образец в соответствующую рабочую среду, например в трансформаторное масло, создают в вакуумной камере соответствующее разрежение, подключают к внешней стороны крышки отрицательный выход источника высокого напряжения и снимают зависимость пробивного напряжения поверхности вакуумной стороны образца от толщины образца, для чего от пробоя к пробою перемещают вдоль вакуумный поверхности образца электропроводный эластичный электрод, строят график снятой зависимости и затем по построенному графику зависимости определяют точку изменения наклона кривой и по этой точке выбирают оптимальную толщину изготавливаемой диэлектрической секции изолятора такой, чтобы она не превышала толщины образца, при котором снятая зависимость меняет свой наклон, затем изготавливают секции изолятора, толщина которых равна оптимальной, а конструкция полностью аналогична конструкции опытного образца, изготавливают градиентные кольца, для чего наносят на торцы каждой секции электропроводящий слой, и выполняют сборку изолятора, в процессе которой все кольца размещают в цилиндрический чехол, который выполнен из эластичного полупроводящего материала, и стягивают всю конструкцию диэлектрическими шпильками, расположенными между крышкой и фланцем изолятора.The problem is solved in that the method of manufacturing bushings of high voltage vacuum insulators consists in the fact that the insulator is assembled in the form of ring-shaped dielectric sections located between the insulator cover and the insulator flange, of the same design and geometrical dimensions, alternating with them identical conductive gradient rings and sealing elastic cuffs and evenly distribute the voltage between the sections using a voltage divider, preliminary determine the optimal thickness of the dielectric section, for which a prototype is made from the material of the dielectric of the designed insulator, simulating the operating conditions of the section in a real insulator, for which it is made in the form of a cylindrical ring, in one end of which a groove is made under the sealing collar, and cut on its side a thread by means of which a metal cover is attached from one end part provided with a metal tube-shaped cathode holder attached to the center of the cover, and from the other end of the specimen, a metal ring-shaped flange is screwed onto the thread, the corresponding thread is cut on the inner forming surface of the thread, and through holes are symmetrically drilled through each other on its end part through the holes for fasteners, which are inserted through the corresponding sealing sleeve into the groove on the vacuum flange chambers, attach the sample to the flange of the vacuum chamber, the insulator flange is grounded, place the sample in an appropriate working medium, for example, in a transform torus oil, create a corresponding vacuum in the vacuum chamber, connect the negative output of the high voltage source to the outside of the cover and remove the dependence of the breakdown voltage of the surface of the vacuum side of the sample on the thickness of the sample, for which an electrically conductive elastic electrode is moved along the sample surface from the breakdown to the breakdown, build a graph the removed dependence and then, according to the constructed dependency graph, the point of change of the slope of the curve is determined and the optimal thickness is selected from this point and the prepared dielectric section of the insulator so that it does not exceed the thickness of the sample, at which the taken dependence changes its slope, then make sections of the insulator, the thickness of which is optimal, and the design is completely similar to the design of the prototype, gradient rings are made, for which they are applied to the ends of each section an electrically conductive layer, and the insulator is assembled, during which all the rings are placed in a cylindrical case, which is made of an elastic semi-conductive material, and with pull the entire structure with dielectric studs located between the cover and the insulator flange.

На фиг.1 изображено устройство для снятия зависимости пробивного напряжения U по поверхности диэлектрического образца в вакууме от расстояния между электродами d. На фиг.2 представлена зависимость пробивного напряжения по вакуумной поверхности образца, выполненного из полиэтилена. На фиг.3 приведена конструкция высоковольтного изолятора, выполненного по заявляемому способу.Figure 1 shows a device for removing the dependence of the breakdown voltage U on the surface of a dielectric sample in vacuum on the distance between the electrodes d. Figure 2 presents the dependence of the breakdown voltage on the vacuum surface of the sample made of polyethylene. Figure 3 shows the design of a high-voltage insulator made according to the claimed method.

На фиг.1 введены следующие обозначения: 1 - опытный образец; 2 - проточка; 3 - крышка; 4 - катододержатель; 5 - кольцеобразный фланец; 6 - сквозные отверстия; 7 - крепежные детали; 8 - уплотнительная манжета; 9 и 10 - фланцы вакуумной камеры; 11 - вакуумная камера; 12 - устройство перемещения электрода; 13 - фланец с резьбой; 14 - шпильки; 15 - домкратный болт; 16 - шарикоподшипник; 17 - шток; 18 - держатель; 19 - электропроводный эластичный электрод; Вильсоновское уплотнение; 22 - крепежные детали.Figure 1 introduced the following notation: 1 - prototype; 2 - groove; 3 - cover; 4 - cathode holder; 5 - an annular flange; 6 - through holes; 7 - fasteners; 8 - sealing cuff; 9 and 10 - flanges of the vacuum chamber; 11 - a vacuum chamber; 12 - device for moving the electrode; 13 - threaded flange; 14 - hairpins; 15 - a jack bolt; 16 - ball bearing; 17 - a stock; 18 - holder; 19 - conductive elastic electrode; Wilson seal; 22 - fasteners.

Устройство, приведенное на фиг.1, имитирует узел реальной высоковольтной установки, в частности пушку импульсного ускорителя заряженных электронов, и служит для снятия зависимости пробивного напряжения по поверхности диэлектрического образца, помещенного в вакуум, от толщины упомянутого образца. В упомянутом импульсном ускорителе проходной изолятор является корпусом электронной пушки и служит для передачи на катод пушки импульса высокого напряжения из трансформаторного масла или иной жидкой среды, обладающей высокой электрической прочностью. Поверхность любого изолятора в трансформаторном масле выдерживает значительно большее напряжение, чем поверхность аналогичного образца диэлектрика, помещенного в вакуум, и намного больше пробивного напряжения поверхности аналогичного образца в воздухе. Поэтому размещение внешней стороны проходного изолятора в трансформаторное масло или любую иную диэлектрическую жидкость приводит к значительному сокращению габаритов ускорителя в целом, по сравнению с габаритами некоторого гипотетического ускорителя, рассчитанного на ту же величину ускоряющего напряжения, но изолятор которого размещен в атмосферном воздухе. Поскольку электрическая прочность поверхности диэлектриков, помещенных в трансформаторное масло, выше, чем электрическая прочность поверхности тех же диэлектриков, помещенных в вакуум, то габариты проходного изолятора в импульсных ускорителях лимитируются вакуумной стороной проходного изолятора.The device shown in Fig. 1 imitates a node of a real high-voltage installation, in particular, a gun of a pulsed accelerator of charged electrons, and serves to remove the dependence of the breakdown voltage on the surface of a dielectric sample placed in vacuum on the thickness of the said sample. In the aforementioned pulse accelerator, the bushing is the casing of the electron gun and serves to transmit a high voltage pulse from transformer oil or other liquid medium having high electric strength to the cathode of the gun. The surface of any insulator in transformer oil can withstand much higher voltage than the surface of a similar dielectric sample placed in vacuum, and much more than the breakdown voltage of the surface of a similar dielectric in air. Therefore, the placement of the external side of the bushing insulator in transformer oil or any other dielectric fluid leads to a significant reduction in the dimensions of the accelerator as a whole, compared with the dimensions of some hypothetical accelerator designed for the same value of the accelerating voltage, but whose insulator is placed in atmospheric air. Since the dielectric strength of the surface of dielectrics placed in transformer oil is higher than the dielectric strength of the surface of the same dielectrics placed in vacuum, the dimensions of the bushing in pulse accelerators are limited by the vacuum side of the bushing.

Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом. Опытный образец из материала диэлектрика 1 соединяют с крышкой 3 и фланцем 5 при помощи резьбового соединения. В реальных высоковольтных установках, в частности в импульсных ускорителях, на крышку 2 изолятора обычно подают импульсный отрицательный потенциал, а катод крепят на катододержателе 4. Корпус вакуумной камеры 11, который является анодом, заземляют. В торце опытного образца 1 сделана проточка под уплотняющую манжету 2. Кольцеобразный фланец 5 навинчивают на резьбу, выполненную на внешней боковой стороне опытного образца 1. На кольцеобразном фланце 5 по окружности симметрично друг другу просверлены сквозные отверстия 6, в которых размещают крепежные детали 7. При помощи крепежных деталей 7 кольцеобразный фланец 5 прикрепляют к фланцу 9 вакуумной камеры. Внешнюю сторону опытного образца 1 помещают в трансформаторное масло, а внутри вакуумной камеры создают разрежение, обычно не хуже порядка 10^-6 Торр. Изменение толщины образца имитируют изменением расстояния между поверхностью крышки 3 и электропроводным эластичным электродом 19, выполненным из электропроводной резины. Изменение расстояние между упомянутыми электродами осуществляют при помощи устройства перемещения 12, включающее в себя фланец с резьбой 13, который закреплен шпильками 14 к корпусу вакуумной камеры, домкратный болт 15, шарикоподшипник 16, шток 17, держатель 17, в котором закреплен электропроводный эластичный электрод 19. Герметичность при работе устройства перемещения обеспечивается Вильсоновским уплотнением 20 с фланцем 21. Закручивая или выкручивая домкратный болт 15 в резьбу фланца 13, можно перемещать электропроводный эластичный электрод 19 вдоль вакуумной поверхности опытного образца 1. Зависимость пробивного напряжения от толщины образца снималась следующим образом. С помощью устройства перемещения 12 устанавливают некоторое расстояние между крышкой 3 и эластичным электропроводящим электродом 19 и измеряют указанное расстояние. К крышке 3 подключают источник импульсного высокого напряжения, например генератор Аркадьева-Маркса, на выходе которого выделяется импульс стандартной формы 1,5/40 мкс. На опытный образец 1 подают импульсы напряжения, последовательно увеличивая их амплитуду. При возникновении пробоя регистрируют уровень пробивного напряжения. Затем эластичный электропроводящий электрод 19 перемещают на другое расстояние от крышки 3, измеряют это расстояние и вновь аналогичной указанной выше процедурой устраивают пробой по поверхности опытного образца. Повторяя несколько раз указанную процедуру, строят зависимость пробивного напряжения поверхности диэлектрика в вакууме от его толщины.The device depicted in figure 1, operates as follows. A prototype of dielectric material 1 is connected to the cover 3 and the flange 5 using a threaded connection. In real high-voltage installations, in particular in pulse accelerators, a negative potential pulse is usually applied to the insulator cover 2, and the cathode is mounted on the cathode holder 4. The housing of the vacuum chamber 11, which is the anode, is grounded. A groove under the sealing sleeve 2 is made in the end face of the prototype 1. An annular flange 5 is screwed onto a thread made on the outer side of the prototype 1. Through holes 6 are drilled symmetrically to each other through the annular flange 5, into which fasteners 7 are placed. using fasteners 7, an annular flange 5 is attached to the flange 9 of the vacuum chamber. The outside of the prototype 1 is placed in transformer oil, and a vacuum is created inside the vacuum chamber, usually no worse than about 10 ^-6 Torr. The change in thickness of the sample is simulated by changing the distance between the surface of the cover 3 and the conductive elastic electrode 19 made of conductive rubber. Changing the distance between the said electrodes is carried out using a moving device 12, which includes a flange with a thread 13, which is fixed with pins 14 to the housing of the vacuum chamber, a jack bolt 15, a ball bearing 16, a rod 17, a holder 17, in which a conductive elastic electrode 19 is fixed. The tightness during operation of the moving device is provided by the Wilson seal 20 with the flange 21. Twisting or unscrewing the jack bolt 15 into the thread of the flange 13, it is possible to move the conductive elastic electrode 19 in fraction of the vacuum surface of the experimental sample 1. The dependence of the breakdown voltage on the thickness of the sample was removed as follows. Using the moving device 12 establish some distance between the cover 3 and the elastic conductive electrode 19 and measure the specified distance. A high-voltage pulse source, for example, an Arkadyev-Marx generator, at the output of which a standard pulse of 1.5 / 40 μs is released, is connected to the cover 3. A voltage pulse is applied to the prototype 1, successively increasing their amplitude. When a breakdown occurs, the breakdown voltage level is recorded. Then, the elastic conductive electrode 19 is moved to another distance from the cover 3, this distance is measured, and again, by the similar procedure described above, a breakdown is arranged on the surface of the prototype. Repeating this procedure several times, the dependence of the breakdown voltage of the surface of the dielectric in vacuum on its thickness is built.

Пример конкретного выполненияConcrete example

На фиг.2 приведена зависимость пробивного напряжения поверхности диэлектрика в вакууме от его толщины, снятая для опытного образца, выполненного из полиэтилена.Figure 2 shows the dependence of the breakdown voltage of the surface of the dielectric in vacuum on its thickness, taken for a prototype made of polyethylene.

Из снятой зависимости следует, что угол наклона кривой изменяется после увеличения толщины диэлектрика за значение 21 мм. Исходя из полученной зависимости именно эту толщину диэлектрика следует принять за оптимальную и при изготовлении высоковольтного проходного изолятора толщину каждой его секции выбирать равной 21 мм. Конструкция проходного изолятора, выполненного по заявляемому способу, приведена на фиг.3. Изолятор фиг.1 был рассчитан на импульсное напряжение 1 MB и собирался из полиэтиленовых колец с выбранной по заявляемому способу оптимальной толщиной секции 23. Секции 23 были выполнены из полиэтилена в виде полого цилиндрического тела с внешним диаметром 300 мм. Внутренний диаметр колец был равен 250 мм. В одном из торцов каждого кольца секции была выполнена проточка под уплотнительную манжету 27. Уплотнительные манжеты были выполнены из вакуумной резины. Проводящие градиентные кольца 26 были выполнены в виде проводящего слоя. Электропроводящие слои 26 изготавливали путем нанесения на торцевые поверхности слоя электропроводной краски, которая после высыхания создавала пленочное покрытие с высокой механической прочностью и низким значением удельного объемного сопротивления от 10^-3 до 10^-4 Ом·см.From the taken dependence it follows that the angle of inclination of the curve changes after increasing the thickness of the dielectric by a value of 21 mm. Based on the obtained dependence, it is precisely this thickness of the dielectric that should be taken as optimal, and in the manufacture of the high-voltage bushing insulator, the thickness of each section should be equal to 21 mm. The design of the bushing made according to the claimed method is shown in figure 3. The insulator of Fig. 1 was designed for an impulse voltage of 1 MB and was assembled from polyethylene rings with the optimal thickness of section 23. chosen by the present method. Sections 23 were made of polyethylene in the form of a hollow cylindrical body with an external diameter of 300 mm. The inner diameter of the rings was 250 mm. A groove under the sealing collar 27 was made in one of the ends of each ring of the section. The sealing collars were made of vacuum rubber. Conductive gradient rings 26 were made in the form of a conductive layer. The electrically conductive layers 26 were made by applying a layer of electrically conductive paint to the end surfaces, which after drying created a film coating with high mechanical strength and low specific volume resistance from 10 ^-3 to 10 ^-4 Ohm · cm.

Электропроводящая краска, включала в себя эпоксидное связующее, углесодержащий наполнитель, отвердитель и органический растворитель, содержала в качестве углеродсодержащего наполнителя смесь графита с сажей при массовом соотношении графита к саже 0,1-1,0. Краска готовилась при следующем соотношении компонентов, мас.%:The electrically conductive paint, which included an epoxy binder, a carbon-containing filler, a hardener, and an organic solvent, contained a mixture of graphite and carbon black as a carbon-containing filler at a mass ratio of graphite to soot of 0.1-1.0. The paint was prepared in the following ratio of components, wt.%:

Эпоксидное связующее - 8-20Epoxy Binder - 8-20

Углеродсодержащий наполнитель - 11-39Carbon-containing filler - 11-39

Отвердитель - 0,5-1,5Hardener - 0.5-1.5

Органический растворитель - остальноеOrganic Solvent - Else

Технология получения электропроводного лакокрасочного состава (краски) осуществлялась следующим образом.The technology of obtaining an electrically conductive paint composition (paint) was carried out as follows.

Все компоненты (т.е. пленкообразующее связующее, мелкодисперсный электропроводный наполнитель и органический растворитель) в соответствующем рецептурном соотношении загружали в диспергирующее устройство и проводили диспергирование в соответствии с технологически заданным регламентом. Затем содержимое разгружали и непосредственно перед нанесением на диэлектрическую секцию изолятора в полученную композицию вводили раствор отвердителя в количестве от 0,5% до 1,5% от массы пленкообразующего связующего композиции (краски).All components (i.e., a film-forming binder, a finely dispersed electrically conductive filler, and an organic solvent) were loaded into the dispersing device in the appropriate recipe ratio and dispersed in accordance with the technologically defined schedule. Then the contents were unloaded and immediately before applying to the dielectric section of the insulator, a hardener solution was introduced into the resulting composition in an amount of from 0.5% to 1.5% by weight of the film-forming binder composition (paint).

В качестве диспергирующего устройства использовали шаровую мельницу. На диэлектрическую секцию изолятора состав наносили аэрозольным способом.A ball mill was used as a dispersing device. The composition was applied to the dielectric section of the insulator by an aerosol method.

Для получения электропроводного лакокрасочного состава (краски) в качестве связующего наиболее предпочтительны двухкомпонентные системы, в которых используются в качестве связующего эпоксидные олигомеры диановой группы, с молекулярной массой 400-1000, в частности марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-93). В качестве растворителя использовали ацетон (ГОСТ 2768-84). В качестве отвердителя использовали полиэтиленполиамид марки ПЭПА (ТУ 6-17-12742-74).In order to obtain an electrically conductive paint and varnish composition (paint) as a binder, the most preferred are two-component systems in which epoxy oligomers of the Dian group are used as a binder, with a molecular weight of 400-1000, in particular ED-20 (GOST 10587-93). Acetone (GOST 2768-84) was used as a solvent. PEPA grade polyethylene polyamide (TU 6-17-12742-74) was used as a hardener.

В качестве электропроводящего углеродсодержащего наполнителя использовали углерод (сажа) марки П 268-Э (ТУ 38.41579-83) и графит. Наиболее предпочтительно использовать, например, углерод марки П 268-Э (ТУ 38.41579-83), или углерод марки П 803 (ГОСТ 7885-86), или графит малозольный (ГОСТ 18191-78Е), или графит порошковый особой чистоты (ГОСТ 23463-79).Carbon (soot) grade P 268-E (TU 38.41579-83) and graphite were used as an electrically conductive carbon-containing filler. It is most preferable to use, for example, carbon grade P 268-E (TU 38.41579-83), or carbon grade P 803 (GOST 7885-86), or low-ash graphite (GOST 18191-78E), or powder graphite of high purity (GOST 23463- 79).

Углерод получают термоокислительной деструкцией жидкого углеводородного сырья, такого как, например, бензин, толуол, нафталин, при температуре, равной или более 1000°С. Допускается замена жидкого сырья газообразными углеводородами, такими как, например, этилен, пропилен, пропан, метан или окись углерода СО. Желательно, чтобы содержание чистого углерода в электропроводном углеродсодержащем наполнителе было бы не менее 97 мас.%, а удельная адсорбционная поверхность более 230 м³/г.Carbon is obtained by thermal oxidative degradation of liquid hydrocarbon feedstocks, such as, for example, gasoline, toluene, naphthalene, at a temperature equal to or more than 1000 ° C. It is allowed to replace liquid raw materials with gaseous hydrocarbons, such as, for example, ethylene, propylene, propane, methane or carbon monoxide. It is desirable that the content of pure carbon in the electrically conductive carbon-containing filler be at least 97 wt.%, And the specific adsorption surface is more than 230 m ³ / g.

Частицы графита имеют разветвленную форму (структуру), их преимущественные размеры 0,3-30 нм, что повышает эластичность пленочного покрытия на основе приведенной композиции (краски).The graphite particles have a branched shape (structure), their preferred sizes are 0.3-30 nm, which increases the elasticity of the film coating based on the above composition (paint).

Слой наносился аэрозольным методом. Крышка изолятора 24 была выполнена из листовой нержавеющей стали толщиной 30 мм. С одной стороны крышки была сделана цилиндрическая проточка диаметром 60 мм. На внутренней стенке трубы на глубину 10 мм была с обоих торцов нарезана резьба. Сборка изолятора осуществлялась следующим образом. В проточки, выполненные на одном из торцов каждой секции, вставляли уплотнительные манжеты 27, выполненные из вакуумной резины. После этого секции поочередно размещали в цилиндрический чехол 28, выполненный их полупроводящей резины. Толщина стенки чехла равнялась 2 мм. Внутри чехла 28 секции располагали так, чтобы торец с уплотнительной манжетой одной секции стыковался с торцом без уплотняющей манжеты другой секции. Такая процедура осуществлялась до тех пор, пока все секции изолятора не были размещены в упомянутый чехол 28. Затем к крышке изолятора 24 прикрепляли при помощи резьбы катододержатель 25. Все секции, вставленные в чехол 28, размещали между крышкой изолятора 24 и фланцем 30 и стягивали их в единую конструкцию диэлектрическими шпильками 29. Чехол 28 выполнял роль делителя, что позволяло распределить равномерно напряжение по длине изолятора Кроме того, поскольку чехол 28 плотно облегал кольца секций, он дополнительного герметизировал изолятор. Так как электрическая прочность поверхности полиэтилена в трансформаторном масле в 1,5-2 раза выше, чем электрическая прочность поверхности полиэтилена в вакууме, то расстояния между градиентными кольцами с наружной стороны изолятора вполне достаточно для его работы в пушке ускорителя, размещенной наружной стороной в трансформаторное масло или в иную диэлектрическую жидкость с высокой электрической прочностью. В заявляемом способе было выполнено 40 полиэтиленовых колец и общая высота изолятора составляла 840 мм. Если бы изолятор изготавливали по способу-прототипу и выбрали бы толщину каждой секции равной 35 мм, то потребовалось бы 34 секции и общая высота секций изолятора без учета толщины градиентных проводящих прокладок, которые вставляли бы между торцами секций, была бы равна 1190 мм, а с учетом толщины градиентных прокладок, примерно равной 5 мм, общая высота такого изолятора была бы равна 1360 мм. Кроме того, заявляемый способ позволяет существенно упростить процесс сборки и конструкцию изолятора, так как заявляемый способ исключает необходимость применения омических сопротивлений.The layer was sprayed. The cover of the insulator 24 was made of stainless steel sheet with a thickness of 30 mm. A cylindrical groove with a diameter of 60 mm was made on one side of the lid. A thread was cut from both ends on the inner wall of the pipe to a depth of 10 mm. The assembly of the insulator was carried out as follows. In grooves made at one of the ends of each section, sealing cuffs 27 made of vacuum rubber were inserted. After this, the sections were alternately placed in a cylindrical case 28 made of semiconducting rubber. The wall thickness of the cover was 2 mm. Inside the cover 28 sections were positioned so that the end with the sealing collar of one section docked with the end without the sealing collar of the other section. This procedure was carried out until all sections of the insulator were placed in the aforementioned cover 28. Then, a cathode holder 25 was attached to the cover of the insulator 24 using a thread. All sections inserted into the cover 28 were placed between the cover of the insulator 24 and the flange 30 and pulled together into a single design with dielectric studs 29. The cover 28 served as a divider, which made it possible to distribute the voltage evenly along the length of the insulator. In addition, since the cover 28 tightly fit the section rings, it additionally sealed the insulator. Since the electric strength of the surface of polyethylene in transformer oil is 1.5-2 times higher than the electric strength of the surface of polyethylene in vacuum, the distance between the gradient rings on the outside of the insulator is quite enough for it to work in the accelerator gun placed on the outside of the transformer oil or into another dielectric fluid with high dielectric strength. In the inventive method, 40 polyethylene rings were made and the total height of the insulator was 840 mm. If the insulator were made according to the prototype method and the thickness of each section was chosen to be 35 mm, then 34 sections would be required and the total height of the insulator sections without taking into account the thickness of the gradient conductive gaskets that would be inserted between the ends of the sections would be 1190 mm, and with taking into account the thickness of the gradient pads, approximately equal to 5 mm, the total height of such an insulator would be equal to 1360 mm. In addition, the inventive method can significantly simplify the assembly process and the design of the insulator, since the inventive method eliminates the need for ohmic resistances.

Таким образом, по сравнению со способом-прототипом заявляемый способ позволяет снизить габариты изолятора и существенно упрощает процесс сборки и конструкцию изолятора.Thus, in comparison with the prototype method, the inventive method allows to reduce the dimensions of the insulator and greatly simplifies the assembly process and the design of the insulator.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №2082474, кл.174-9, 1937.1. US patent No. 2082474, CL 179-9, 1937.

2. Авторское свидетельство СССР №547845, кл. Н01В 17/26, 1975.2. USSR author's certificate No. 5447845, cl. HB01 17/26, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР №803017, кл. Н01В 17/26, 1978.3. USSR copyright certificate No. 803017, cl. HB01 17/26, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР №636687. Проходной секционированный изолятор / Г.М. Кассиров, Г.В. Смирнов, Ю.В. Планкин / Кл. Н01В 17/32. Опубл. 05.12.78. Бюл. №45. - Прототип.4. USSR copyright certificate No. 636687. Sectionalized bushing / G.M. Kassirov, G.V. Smirnov, Yu.V. Plankin / Cl. HB01 17/32. Publ. 12/05/78. Bull. No. 45. - The prototype.

Claims

A method of manufacturing bushings of high voltage vacuum insulators, which consists in the fact that the insulator is assembled in the form of ring-shaped dielectric sections located between the insulator cover and the insulator flange, of the same design and geometrical dimensions, alternating with them identical conductive gradient rings and elastic sealing cuffs and evenly distribute the voltage between the sections using a voltage divider, characterized in that it is previously determined about the optimal thickness of the dielectric section, for which a prototype is made from the material of the dielectric of the designed insulator, simulating the operating conditions of the section in a real insulator, for which it is made in the form of a cylindrical ring, in one end of which a groove is made for the sealing collar, and threads are cut on its side by means of which a metal cover is attached from one end part, provided with a metal tube-shaped cathode holder attached to the center of the cover, and from the other end A metal ring-shaped flange is screwed onto the thread of the specimen on the thread, on the inner forming surface of which the corresponding thread is cut, and through its end part, through holes are symmetrically drilled through each other through holes for fasteners, through which a corresponding sealing collar is inserted into the groove on the vacuum chamber flange, attach the sample to the flange of the vacuum chamber, the insulator flange is grounded, place the sample in the appropriate working medium, for example in transformer oil, create a corresponding vacuum in the vacuum chamber, connect the negative output of the high voltage source to the outside of the lid and remove the dependence of the breakdown voltage of the surface of the vacuum side of the sample on the thickness of the sample, for which an electrically conductive elastic electrode is moved along the sample surface to breakdown, build a graph of the removed dependence then, according to the constructed graph of the dependence, the point of change of the slope of the curve is determined and at this point the optimal thickness is dielectric section of the insulator so that it does not exceed the thickness of the sample, at which the taken dependence changes its slope, then make sections of the insulator, the thickness of which is optimal, and the design is completely similar to the design of the prototype, gradient rings are made, for which they are applied to the ends of each section an electrically conductive layer, and the insulator is assembled, during which all the rings are placed in a cylindrical case, which is made of an elastic semi-conductive material, and is pulled together Design dielectric studs interposed between the lid and the flange of the insulator.