СЕКЦИОНИРОВАННАЯ ИЗОЛЯЦИОННАЯ КОЛОННА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО УСКОРИТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК H05H5/02 

Изобретение относится к высоковольтной и ускорительной технике, точнее к высоковольтным ускорителям.

Известны высоковольтные ускорители, у которых наружная поверхность секционированной изоляционной колонны выполнена из электродов (градиентных колец) круглого сечения [1] Однако простота технологии изготовления электродов сочетается с появлением повышенной напряженности электростатического поля у поверхности колонны. Подобное исполнение колонны нередко ограничивает наибольшее рабочее напряжение, выдерживаемое изоляционной средой между колонной и баком или стенкой помещения.

Наиболее близкое конструктивное решение секционированной изоляционной колонны с распределенным между секциями потенциалом ускорителя содержит наружные электроды секций с поперечным сечением в форме овала или в форме составной фигуры, образованной сопряжением по меньшей мере двух криволинейных фигур так, что одна из вершин с большей кривизной направлена к концу колонны с более высоким потенциалом и наружу, а противоположная вершина направлена внутрь структуры изоляционной колонны [2] По сравнению с аналогами с круглым поперечным сечением электродов указанное техническое решение обладает высокой поперечной и продольной электрической прочностью.

Однако при обычном продольном размере секций 25-50 мм и диаметрах колонны 1000-1300 мм точное выполнение расчетной формы поперечного сечения затруднено. Искажение формы сопровождается повышением напряженности поля и соответственно снижением пробивного напряжения высоковольтной структуры.

Технической задачей, решаемой с помощью предлагаемого решения, являются повышение поперечной и продольной электрической прочности и надежности работы высоковольтной структуры ускорителя, а также уменьшение количества, стоимости и массы наружных электродов колонны со сложной формой поперечного сечения.

Указанная задача решается тем, что секционированная изоляционная колонна высоковольтного ускорителя с распределенным между секциями рабочим потенциалом содержит электродные секции внутренней структуры и наружные электроды, экранирующие секции внутренней структуры от поперечного электрического поля, с поперечным сечением в форме овала или в форме составной фигуры, образованной сопряжением по меньшей мере двух криволинейных фигур, при этом одна из вершин поперечного сечения наружных электродов с большей кривизной направлена к концу колонны с более высоким потенциалом и наружу, а противоположная вершина направлена внутрь структуры изоляционной колонны; по крайней мере две секции внутренней структуры, находящиеся под разными потенциалами, расположены напротив общего экранирующего наружного электрода.

Техническим результатом заявляемой колонны является то, что она имеет высокую поперечную и продольную электрическую прочность и надежность как в высокопотенциальной, примыкающей к кондуктору, так и в низкопотенциальной, примыкающей к основанию, частях колонны. Экранирование ряда секций одним электродом существенно облегчает изготовление наружного электрода с малыми отклонениями от расчетных размеров, особенно в отношении формы его сечения и плоскостности.

Надежность устройства возрастает в связи с тем, что в результате использования предполагаемого изобретения опорная колонна не является слабым звеном изоляции и пробой с колонны, наиболее опасный для внутренней структуры ускорителя, становится маловероятным.

Техническим результатом заявляемой колонны является также уменьшение необходимого количества электродов сложного поперечного сечения по сравнению с комбинированной колонной [3] в два и большее число раз. При этом достигнутый уровень максимального рабочего напряжения структуры ускорителя не снижается.

Техническим результатом заявляемой колонны является также снижение стоимости за счет изготовления меньшего количества электродов, а также снижение суммарной массы наружных электродов при неизменном материале. Обслуживание высоковольтного ускорителя предполагает ручное снятие и перемещение наружных электродов вдоль поверхности колонны. С помощью предполагаемого изобретения облегчается изготовление наружного электрода сложного сечения из листового материала, тем самым снижается масса наружного электрода.

Секция внутренней структуры колонны (фиг. 1) содержит элементы секционированного опорного изолятора 1, а также может включать в себя элементы делителя 2, эквипотенциальные рамки вокруг изолятора 3, один экранирующий электрод обмотки трансформаторного ускорителя, элементы выпрямителя, разрядника и др. Колонна поддерживает в пространстве высоковольтный электрод-кондуктор 4 над заземленным основанием 5. Общий электрод-экран в электростатическом ускорителе [2] находится снаружи колонны, в трансформаторном ускорителе [4] электроды-экраны окружают внутреннюю структуру колонны снаружи и изнутри, со стороны сильного бокового поля.

Пример. На фиг. 2-5 изображены две высоковольтные структуры ускорителя ЭГП-8 и соответствующее им распределение напряженности поля на поверхности электродов, обращенной к баку. В данном примере диаметр бака равен 2,4 м, потенциал кондуктора 5 МВ. Структура включает кондуктор 4, наружные электроды 6 овального поперечного сечения, внутренние электроды-рамки 3 и наружные электроды 7 круглого поперечного сечения. Данная конструкция осесимметрична и симметрична относительно плоскости, нормальной к оси и проходящей через середину кондуктора 4.

Фиг. 3, 5 иллюстрируют технический эффект, получаемый с помощью заявляемой колонны. Замена наружных электродов круглого сечения на общий электрод для трех секций снижает максимальную напряженность на колонне с 18,8 МВ/м до 14,8 МВ/м. По сравнению с вариантом круглого поперечного сечения электродов повышение пробивного напряжения структуры в целом составило 21% а пробивное напряжение собственно колонны повышено на 30% Поэтому колонна оказывается более прочным элементом структуры и наряду с повышением рабочего напряжения ускорителя уменьшена вероятность пробоя с колонны на бак, работа ускорителя становится более надежной.

На этом ускорителе в соответствии с предполагаемым изобретением вместо 42 наружных электродов со сложной формой сечения требуется изготовить 14 электродов. На ускорителе ЭГП-15 сокращение затрат на изготовление еще более существенно, так как вместо 72 требуется изготовить 24 электрода.

Для заявляемой колонны продольный размер электрода по сравнению с вариантом круглого сечения увеличивается втрое. Однако при наибольшем диаметре 1130 мм он имеет массу около 6 кг, допустимую для обслуживания без грузоподъемных механизмов.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает электрическую прочность изоляционной колонны, повышает надежность работы высоковольтной структуры ускорителя, облегчает выполнение формы поперечного сечения и плоскостности электродов с малыми отклонениями от расчетных размеров, существенно сокращает необходимое количество электродов сложной формы, способствует уменьшению массы электродов и уменьшению стоимости изготовления их при обеспечении высокой электрической прочности структуры колонны.

Источники информации:
1. Патент США N 3424929, кл. 310-5, опубл. 1969.

2. Патент США N 4326141, кл. 310/308, 310/309, опубл. 1982.

3. Авт. свид. СССР N 949853, кл. Н 05 Н 5/00, 1982.

4. Авт. свид. СССР N 1022642, кл. Н 05 Н 5/02, 1983. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: высоковольтная и ускорительная техника, в частности высоковольтные ускорители с распределенным между секциями рабочим потенциалом. Сущность изобретения: секционированная изоляционная колонна содержит электродные секции внутренней структуры с распределенным рабочим потенциалом и наружные электроды, экранирующие секции внутренней структуры от поперечного электрического поля, с поперечным сечением в форме овала или в форме составной фигуры, образованной сопряжением по меньшей мере двух криволинейных фигур, при этом одна из вершин поперечного сечення наружных электродов с большей кривизной направлена к концу колонны с более высоким потенциалом и наружу, а противоположная вершина направлена внутрь структуры изоляционной колонны. По крайней мере, две секции внутренней структуры, находящиеся под разными потенциалами, расположены напротив общего экранирующего наружного электрода. Данное выполнение колонн повышает электрическую прочность и надежность работы высоковольтной структуры ускорителя, способствует выполнению наружных электродов с малыми отклонениями от расчетных размеров, сокращению необходимого количества электродов с сечением сложной формы, уменьшению массы и стоимости изготовления электродов. 5 ил.

Секционированная изоляционная колонна высоковольтного ускорителя, содержащая электродные секции внутренней структуры с распределенным рабочим потенциалом и наружные электроды, экранирующие секции внутренней структуры от поперечного электрического поля, с поперечным сечением в форме овала или в форме составной фигуры, образованной сопряжением по меньшей мере двух криволинейных фигур, при этом одна из вершин поперечного сечения наружных электродов с большей кривизной направлена к концу колонны с более высоким потенциалом и наружу, а противоположная вершина направлена внутрь структуры изоляционной колонны, отличающаяся тем, что по крайней мере две секции внутренней структуры, находящиеся под разными потенциалами, расположены напротив общего экранирующего наружного электрода.