УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ БЛОКОВ УСКОРИТЕЛЬНЫХ ТРУБОК Советский патент 1994 года по МПК G01R31/02 G01R31/14 

Изобретение относится к области физического приборостроения и может быть использовано для контроля качества изоляции блоков ускорительных трубок, например, в нейтронных и рентгеновских генераторах импульсного излучения.

Портативные ускорители заряженных частиц (электронов и др. ) в настоящее время широко используются для получения различных видов излучения - нейтронного, рентгеновского и др. Одним из основных узлов вышеуказанных генераторов излучения является высоковольтный импульсный трансформатор. В ряде конструкций высоковольтный трансформатор и ускорительная трубка выполнены в виде отдельного блока - блока ускорительной трубки. Для увеличения плотности потока излучения на внешней поверхности блока ускорительную трубку размещают в полости высоковольтного трансформатора так, что его обмотки охватывают электроды ускорительной трубки.

При изготовлении высоковольтных импульсных трансформаторов вследствие отклонения от технологического процесса из-за дефектов в исходных материалах возможно образование в его изоляции воздушных полостей, непропитанных участков твердой изоляции (бумаги), трещин или расслоений. При воздействии высокого напряжения в перечисленных дефектах изоляции возникают частичные разряды, разрушающие изоляцию и сокращающие срок службы высоковольтного трансформатора. Наибольшую опасность представляют скользящие разряды в краевой изоляции высоковольтной обмотки, которые часто приводят к разряду по внутренней поверхности баллона ускорительной трубки или сквозному пробою баллона. Следовательно, выявление дефектов в изоляции высоковольтного трансформатора до полной сборки блока ускорительной трубки позволяет не только повысить качество изоляции с помощью последующей дополнительной обработки или отбраковки, но и сократить брак путем предотвращения разрушения баллонов трубок.

Известно устройство для выявления дефектов в изоляции трансформаторов, основанное на регистрации частичных разрядов в изоляции, в котором к высоковольтному выводу обмотки подключен пассивный двухполюсник, а к низковольтному - датчик тока (сопротивление или индуктивность).

Здесь пассивный двухполюсник, например конденсатор, подключен к высоковольтному выводу трансформатора, служит для повышения отношения сигнал/помеха по каналу датчика тока и не используется для получения дополнительной информации о виде дефекта. Использование только датчика тока для выявления дефектов в изоляции трансформатора не обеспечивает, в силу перекрытия частотных спектров тока, вызванного дефектом, и основного тока импульсного трансформатора, высокой точности выяснения дефектов, что снижает эффективность контроля качества изоляции.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому является устройство для регистрации повреждений обмоток трансформаторов при импульсных испытаниях, в котором внутрь кожуха трансформатора помещают пластину, соединенную с входом катодного осциллографа и используемую в качестве электрода емкостного делителя напряжения. Наличие и вид дефекта определяются по отклонению формы осциллографируемого импульса напряжения от типовой соответствующей бездефектной изоляции.

Применительно к высоковольтному импульсному трансформатору использование формы электрода-пластины допустимо только при его размещении вблизи корпуса трансформатора, что в ряде случаев не позволяет получить достаточной информации о наличии дефектов в изоляции и уменьшает эффективность контроля качества изоляции. Размещение пластины внутри полости высоковольтного трансформатора приводит к значительному отклонению распределения электрического поля от рабочего распределения блока ускорительной трубки и вызывает появление "ложных" разрядов, обусловленных короной с участков пластины с малым радиусом кривизны. Регистрация "ложных" разрядов, обусловленных формой электрода, может привести к неверному заключению о качестве изоляции трансформатора, что также снижает эффективность контроля.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля.

Это достигается тем, что в устройство контроля качества изоляции высоковольтных импульсных тpансформаторов блоков ускорительных трубок, содержащее электронный осциллограф, общая шина которого через оплетку первого коаксиального кабеля соединена с корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора, а первый вход которого через жилу первого коаксиального кабеля и первый резистор соединен с испытательным плоским электродом, расположенным между корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора блоков измерительных трубок и высоковольтным импульсным трансформатором блоков ускорительных трубок, введены испытательный цилиндрический электрод формы, соответствующей форме полости высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок для размещения электрода ускорительной трубки, первый и второй конденсаторы, второй резистор и второй коаксиальный кабель, причем испытательный цилиндрический электрод соединен через второй резистор и жилу второго коаксиального кабеля с вторым входом электронного осциллографа, общая шина которого соединена через оплетку второго коаксиального кабеля с корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок, соединенным через первый и второй конденсаторы соответственно с испытательными цилиндрическим и плоским электродами, при этом торцовая часть цилиндрического испытательного электрода соединена с корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок и изолирована от цилиндрической части диэлектрической прокладкой.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - диаграмма напряжений, поясняющая принцип действия устройства, где кривая а - напряжение на плоском электроде, кривая б - напряжение на испытательном цилиндрическом электроде; на фиг. 3 - конструкция испытательного цилиндрического электрода ускорительной трубки с изолированной торцевой частью; на фиг. 4 - конструкция испытательного цилиндрического электрода с изолированной торцевой частью и экраном.

Описываемое устройство содержит испытательный цилиндрический электрод 1 формы, соответствующей форме полости высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок для размещения электрода ускорительной трубки, испытательный плоский электрод 2, расположенный в донной части между корпусом 3 трансформатора и трансформатором. Электроды 1 и 2 соединены с входами двухлучевого электронного осциллографа 4 с помощью последовательно соединенных резистора 5 и отрезка коаксиального кабеля 6. Между корпусом 3 и каждым из электродов 1 и 2 включены конденсаторы 7 и 8.

Блок коммутации 9 содержит накопительный конденсатор 10 и управляемый разрядник 11, анод которого соединен с источником постоянного напряжения 12, а управляющий электрод - с генератором управляющих импульсов 13.

Устройство работает следующим образом. Высоковольтный импульсный трансформатор 14 помещают в испытательный корпус и подсоединяют к клеммам блока коммутации 9. В полость 15 трансформатора, заполненную жидким диэлектриком, опускается и фиксируется с помощью изолятора 16 испытательный цилиндрический электрод 1, который образует конденсатор связи 17 с предполагаемой, наиболее вероятной поверхностью 18 развития скользящего разряда, конденсатора связи 19 с высоковольтной обмоткой 20 трансформатора и конденсатор связи 21 - с высоковольтным электродом 22 - выводом высоковольтного напряжения трансформатора. Перечисленные конденсаторы связи образуют емкость высоковольтного плеча делителя напряжения. Плоский электрод 2 образует конденсатор связи 23 с высоковольтным электродом трансформатора, который является высоковольтным электродом другого делителя напряжения.

Цилиндрический электрод 1 обеспечивает в изоляции трансформатора распределение электрического поля, близкое к рабочему и, следовательно, близкие к рабочим значениям напряжения возникновения скользящих разрядов в дефектах изоляции трансформатора.

При отсутствии дефектов в изоляции трансформатора импульсы напряжения, регистрируемые осциллографом 4, при соответствующем выборе емкостей конденсаторов 7 и 8 имеют приблизительно одинаковые амплитуды и форму (см. кривые а и б на графике 1 фиг. 2).

При наличии в краевой изоляции дефектов в виде трещин или отслоений в них за небольшой промежуток времени ( ≈10^-7) развивается скользящий разряд. Если разряд не достигает корпуса (незавершенный разряд), то на поверхности дефекта образуется заряд, вызывающий скачкообразное увеличение потенциала на поверхности дефекта и, следовательно, через конденсатор связи 17 - увеличение амплитуды импульса напряжения на цилиндрическом электроде 1 (см. кривую б на графике 2 фиг. 2).

Стекание части заряда с динамической емкости трансформатора на поверхность дефекта для образования связанного заряда приводит к скачкообразному уменьшению амплитуды на плоском электроде 2 (см. кривую а на графике 2 фиг. 2).

При наличии в краевой изоляции сквозных расслоений (щелей) скользящий разряд в них достигает заземленного корпуса 3, вызывая закорачивание динамической емкости и стекание значительной доли заряда. Это вызывает скачкообразное уменьшение амплитуды импульсов напряжения на электродах 1 и 2 приблизительно на одну и ту же величину (см. кривые а и б на графике 3 фиг. 2).

Внутренним (межрядовым) дефектам изоляции (воздушные включения, участки непропитанной изоляции) соответствует форма импульсов напряжения, приведенная на графике 4 фиг. 2, кривые а и б. В этом случае на обоих импульсах приблизительно в один и тот же момент времени присутствуют высокочастотные всплески напряжения, обусловленные переходным процессом в обмотке 20, возникшим вследствие пробоя дефекта в межрядовой изоляции.

Можно увеличить чувствительность устройства к выявлению дефектов в краевой изоляции, если уменьшить емкость конденсатора 21 торцовой части цилиндрического электрода 1 имитатора и соответственно уменьшить емкость конденсатора 7 так, что амплитуда импульса напряжения на цилиндрическом электроде 1 остается неизменной. Вследствие увеличения относительной доли емкости конденсатора 17 в общей емкости высоковольтного плеча делителя напряжения, образованного цилиндрическим электродом 1, и устранения влияния обратного по полярности изменения напряжения на высоковольтном электроде 2 увеличивается относительная величина среза на импульсе напряжения цилиндрического электрода 1. Конструктивно это достигается тем, что торцовая часть 24 электрода 1 отделена от основной части (цилиндрической) 25 диэлектрической прокладкой 26 и соединена с корпусом 3.

Область применения устройства можно распространить на высоковольтные импульсные трансформаторы блоков ускорительных трубок, не допускающих съем корпуса (трансформаторы, пропитанные жидким диэлектриком), если испытательный электрод 1 выполнить согласно фиг. 4.

В этом конструкции торцевая часть 24 электрода 1 используется вместо плоского электрода 2 устройства и является пластиной емкостного делителя напряжения, а для устранения емкостной связи между торцовой частью электрода 1 и его цилиндрической поверхностью размещен экран 27, выполненный в виде полого цилиндра, соединенный с корпусом 3 трансформатора и изолированный от вышеуказанных электродов с помощью диэлектрических прокладок 28, 29.

В соответствии с описываемым устройством для контроля качества изоляции высоковольтных импульсных трансформаторов блоков ускорительных трубок заключение о качестве изоляции производится на основании приведенной ниже таблицы.

Использование описываемого устройства для контроля качества изоляции высоковольтных импульсных трансформаторов блоков ускорительных трубок позволит с высокой эффективностью определять наличие и вид дефектов в изоляции и уменьшить брак блоков ускорительных трубок путем ликвидации дефектов дополнительной технологической обработкой или отбраковкой трансформаторов со значительными дефектами в изоляции. (56) Авторское свидетельство СССР N 441330, кл. G 01 R 31/02.

Авторское свидетельство СССР N 60469, кл. G 01 R 31/02, 1941.

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ БЛОКОВ УСКОРИТЕЛЬНЫХ ТРУБОК, содержащее электронный осциллограф, общая шина которого через оплетку первого коаксиального кабеля соединена с корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора, а первый вход которого через жилу первого коаксиального кабеля и первый резистор соединен с испытательным плоским электродом, расположенным между корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок и высоковольтным импульсным трансформатором блоков ускорительных трубок, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в него введены испытательный цилиндрический электрод формы, соответствующей форме полости высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок для размещения электрода ускорительной трубки, первый и второй конденсаторы, второй резистор и второй коаксиальный кабель, причем испытательный цилиндрический электрод соединен через второй резистор и жилу второго коаксиального кабеля с вторым входом электронного осциллографа, общая шина которого соединена через оплетку второго коаксиального кабеля с корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок, соединенным через первый и второй конденсаторы соответственно с испытательными цилиндрическим и плоским электродами, при этом торцевая часть цилиндрического испытательного электрода соединена с корпусом для размещения высоковольтного импульсного трансформатора блоков ускорительных трубок и изолирована от цилиндрической части диэлектрической прокладкой.