SU741686A2

SU741686A2 - Высоковольное криогенное устройство

Info

Publication number: SU741686A2
Application number: SU772548896A
Authority: SU
Inventors: В.Г. Анищенко; В.Я. Волков; Ю.А. Шишов
Original assignee: Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1982-01-15

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к высоковольтным испытательным установкам с жидким гелием, а также может быть использовано при конструировании сверхпровод щих кабелей и высоковольтных токовводов в крупные сверхпровод щие магнитные системы.

По основному авт. св. № 521610 известно высоковольтное криогенное устройство, содержащее ванну с жидким гелием и высоковольтный электрический ввод в указанную ванну с токоведущим стержнем, изол ционным остовом и заземленным фланцем . Часть ввода, расположенна внутри ванны с жидким гелием, снабжена цилиндрической провод щей оболочкой, электрически св занной с заземленным фланцем, длина оболочки превышает длину части изол ционного остова, расположенной внутри ванны с жидким гелием, ,а конец этой части остова расположен ниже уровн жидкого гели , причем провод ща оболочка перфорирована у нижнего кра остова - дл прохода газообразного гели , скапливающегос у торца изол ционного остова в результате кипени жидкого гели от притока тепла по токоведущему стержню.

Основным недостатком известного устройства в случае его использовани в качестве высоковольтных многоамперных токовводов , имеющих значительный теплоприток по токоведущему стержню в жидкий гелий, вл етс скопление большого количества пузырьков гели и даже образование газовой пленки с торца изол ционного остова, несмотр на наличие перфорации заземленной оболочки в этом месте. Это вызывает значительное снижение электри10 ческой прочности холодного конца токоввода . Так, если напр жение пробо промел утка 1 мм с жидким гелием в однородном электрическом поле 50 Гц при нормальном давлении составл ет 30-32 кВ максималь15 но, то в тех же услови х прочность газообразного гели при 5 К снижаетс до 18 кВ максимально.

Другим недостатком конструкции ввода в случае выполнени его остова из сплош20 ного твердого диэлектрика вл етс трудность обеспечени плотного прилегани материала изол ционного остова к токоведущему стержню по всей длине. Эта трудность св зана с разностью термических

25 усадок металла стержн (в многоамперных токовводах обычно меди) и диэлектрика остова, вследствие чего между остовом и токоведущим стержнем при работе в жидком гелии может образоватьс щель, куда

30 будет проникать газообразный гелий. В образевавшейс газовой прослойке возникнут частичные разр ды вследствие -более низких диэлектрической проницаемости и электрической прочности гели по сравнению с диэлектриком остова.

Со временем действие частичных разр дов приводит к порче твердого диэлектрика остова.

Еще одним недостатком известного устройства вл етс возможность задержки (и, со временем, скоплени ) пузырьков гели на торце или их слишком медленное движение.

Целью изобретени вл етс повышение надежности работы устройства путем уменьшени возможности образовани и скоплени газообразного гели у холодного торца изол ционного остова.

Поставленна цель достигаетс тем, что предлагаемое высоковольтное криогенное устройство снабжено трубкой, выполненной из металла с низкими электро- и теплопроводностью , внутренний диаметр которой больше наружного диаметра стержн , а наружный равен внутреннему диаметру изол ционного остова, и плоской деталью из диэлектрика с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки, трубка установлена между остовом и стержнем и отделена от последнего вакуумным промежутком, длина участка трубки, располол енного ниже уровн жидкого гели , больше дликы соответствующего участка оболочки и меньше длины участка стержн , а плоска деталь установлена на указанном участке трубки между ее концом, герметично соединенным со стержнем, и торцом остова.

При этом изол ционный остов может быть выполнен в виде единой детали, в этом случае трубка имеет длину, превышающую длину остова.

Изол ционный остов может быть также выполнен по длине из двух отдельных частей, разделенных вакуумным промежутком , сообщающимс с внутренней полостью трубки, герметично соединенной с частью изол ционного остова, расположенной ниже уровн жидкого гели .

В высоковольтном криогенном устройстве , в соответствии, с изобретением токоведущий стержень может быть выполнен полым, при этом его конец соединен ди лeктpичecкoй трубкой с объемом криостата непосредственно над уровнем жидкого гели .

На фиг. изображен, высоковольтный многоамперный токоввод в ванну с жидким гелием с изол ционным остовом из сплошного твердого диэлектрика; на фиг. 2 - высоковольтный многоамперный токоввод с изол ционным остовом, разделенным по длине вакуумным промежутком.

Высоковольтный ввод (фиг. 1) состоит из токоведущего стержн 1, трубки 2, герметично соединенной с ним вблизи его концов, выполненной из металла с низкими электро- и теплопроводностью, например из нержавеющей стали, и КТР близКИМ к КТР твердого диэлектрика изол ци онного остова 3 в диапазоне Т 4-300 К. Внутренний диаметр трубки больше наружного диаметра стержн , а наружный равен внутреннему диаметру изол ционного остова . Трубка установлена между остовом и стержнем и образует вокруг последнего вакуумную полость 4, в верхней части которой имеетс вакуумный вентиль 5; изол ционный остов заключен в металлическую

цилиндрическую оболочку 6, электрически соединенную с заземленным фланцем 7 ввода, укрепленного на крышке 8 криостата . Оболочка снизу оканчиваетс экранирующим кольцом 9 и имеет на уровне нижнего торца остова отверсти .10 по всей длине окружности оболочки; нижний конец токоведущего стержн соединен диэлектрической трубкой 11с объемом криостата непосредственно над уровнем жидкого гели

12. На экранирующей трубке между ее концом и нижним крлем оболочки плотно уккреплена плоска деталь 13 из диэлектрика с наружным диаметром, превышающим диаметр оболочки, а сам нижний конец экранирующей трубки снабжен сильфонным термокомпенсатором 14.

Ввод (фиг. 1) функционирует следующим о.бразом.

Основна дол тока течет по токоведущему стержню 1, а экранирующа трубка 2 имеет одинаковый со стержнем электрический потенциал и проводит незначительную долю электрического тока вследствие своей низкой электропроводности. Теплоприток по вводу в жидкий гелий снимаетс с поверхности нижнего конца стержн , расположенной под плоской деталью 13 из диэлектрика, так что образующиес пузырьки газообразного гели , обтекающие

последний, не попадают в область нижнего торца изол ционного остова. Изнутри токоведущий стержень охлаждаетс потоком газообразного холодного гели , поступающего в нижний конец стержн по диэлектрической трубке М из объема криостата непосредственно над уровнем жидкого гели .12. Отдельные пузырьки газа, все же попадающие к нижнему торцу остова, выход т через отверсти 10, которыми снабжена цилиндрическа оболочка б иа уровне нижнего торца изол ционного остова. Ввод такой конструкции может работать и без диэлектрической трубки 11, если нижний торец полого токоведующего стержн

открыт. При этом уровень жидкого гели внутри стержн будет одинаковым с уровнем 12 в криостате. Однако при колебали х давлени в криостате будет мен тьс и положение уровн жидкого гели внутри

Claims

стержн - это вызовет дополнительное испарение гели . Увеличение же давлени В линии обратного нотока гели может вызвать полное вытеснение жидкого гели из полости внутри стержн с выходом через нижний торец большого пузыр теплого газа , причем не исключен заброс части этого газа в область у нижнего торца остова. Это вызвать перекрытие наход щегос под напр жением ввода. Вакуумный высоковольтный ввод (фиг. 2) состоит из токоведущего стержн 1, трубки 2, герметично соединенной со стержнем (вблизи его нижнего конца) и нижней частью За составного изол ционного остова , отделенного от своей верхней части 36 вакуумным промежутком 4, причем экранирующа трубка образует вокруг стержн вакуумную полость, общую с, этим вакуумным промежутком; в верхней части образованной таким образом вокруг стержн вакуумной рубащки имеетс вакуумный вентиль 5, подсоединенный к общему вакуумному объему ввода трубкой, проход щей через металлическую цилиндрическую оболочку 6 и заземленный фланец ввода 7. Термокомпенсатор 14 вакуумного токоввода (фиг. 2) расположен на цилиндрической оболочке в ее средней части. Вакуумный ввод (фиг. 2) работает аналогично вводу по фиг. 1 с той разницей, что по токоведущему стержню протекает весь электрический ток ввода, а через вакуумный вентиль 5 откачиваютс одновременно и вакуумный промежуток изол ционного остова и вакуумна полость между Стержнем и экранирующей трубкой; разницу в термических усадках (при охлаждении ввода) между стержнем и остальной частью ввода воспринимает термокомпенсатор , расположенный в средней части оболочки . Дл .более быстрого удалени пузырьков гели , попавщего или образовавщегос на нижнем торце остова, а иногда и по конструктивным соображени м, электрический ввод вблизи уровн жидкого гели может быть плавно изогнут так, что торец остова располагаетс под углом к поверхности гели , а предельно холодный торец остова может быть повернут на 180°. Формула изобретени I. Высоковольтное криогенное устройство по авт. св. № 52161.0, отличающеес тем, что, с целью повыщени надежности путем уменьщени возможности образовани и скоплени газообразного гели у холодного торца изол ционного остова, оно снабжено трубкой, выполненной из металла с низкими электро- и теплопроводностью , внутренний диаметр которой больше наружного диаметра стержн , а наружный равен внутреннему диаметру изол ционного остова, и плоской деталью из диэлектрика с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки, трубка установлена между остовом и стержнем и отделена от последнего вакуумным промежутком, длина участка трубки , расположенного ниже уровн жидкого гели , больше длины соответствующего участка оболочки и меньше длины участка стержн , а плоска деталь установлена на указанном участке трубки между ее концом, герметично соединенным со стержнем , и торцом остова.
2. Устройство по п. 1, отличающеес тем, что изол ционный остов выполнен в виде единой детали, а трубка имеет длину, превышаюшую длину остова.
3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с тем, что изол ционный остов выполнен по длине из двух отдельных частей, разделенных вакуумным промежутком, сообщающимс с внутренней полостью трубки , герметично соединенной с частью изол ционного остова, расположенной ниже уровн жидкого гели .
4. Устройство по пп. 1-3, отличающеес тем, что токоведущий стержень выполнен полым, а его конец соединен диэлектрической трубкой с объемом криостаа непосредственно над уровнем жидкого ели .