(54 ) ИНДИКАТОР
I
Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть использовано для визуального контроля наличия напряжения на высоковольтных аппаратах, например на конденсаторах, используемые в импульсных установках.
Известно устройство, основанное на использовании зависимости диэлектрической проницаемости диэлектриков от напряженности электрического поля (эффект Керра) ГП
Однако это устройство требует сложного оптического оборудования (точечный источник света, поляризатор, ячейка Керра и др. ) и большой точности при установке его на месте работы.
Известно индикаторное устройство, содержащее прозрачные пластины с жидким кристаллом между ними и нанесенными с внутренней стороны прозрачными электродами заданной конфигура 1ЩИ. При подаче на электроды порогоJBoro напряжения порядка 10 В лсидкий {сристалл между ними переходит в состояние динамического равновесия и становится непрозрачным. Устройство может быть использовано для контроля наличия напряжения 2 .
Однако малое значение порогового напряжения указанного индикаторного устройства затрудняет его применение для контроля наличия напряжения на
0 высоковольтных аппаратах (например, конденсаторы генераторов импульсных напряжений), находящихся на высоком потенциале, величина которого можетдостигать нескольких тысяч киловольт.
15
Известен также знаковый индикатор, содержа11Ц1й герметичный прозрачный корпус с размещенными в нем электродами и двухфаз№1й диэлектрик, при этом электроды своей нижней частью
20 погружены в -фазу диэлектрика с большими значениями диэлектрической проницаемости и массовой плотности. При подаче напряжения от источника питания на электроды под действием пондеромоторных сил электрического поля фа за диэлектрика с большим значением диэлектрической проницаемости и массовой плотности вытесняет из межэлектродного зазора фазу диэлектрика с меньшими значениями диэлектрической проницаемости и массовой плотности, выявляя тем самым отрезок прямой, хорошо наблюдаемый через верхнюю часть прозрачного корпуса. После снятия напряжения с электродов фаза диэлектрика с большей массовой плотностью стекает вниз Этот индикатор может быть использован для визуального контроля наличия напряжения ГЗ. Однако трудно подобрать два жидких диэлектрика с большой разницей светопропускания и обеспечить таким образом большой контраст при наличии напряжения на индикаторе и при его отсутствии. Возможное применение красителей в этом случае приводит к снижен 1Ю электрической прочности жидкостей и ограничивает применение устройства на высоких напряжениях. Для уменьшения времени срабатывания устройства плотности жидких диэлектриков должны различаться по меньшей мере в два и более раз .Подобрать такие жидкости с хорошей диэлектрической прочностью практически невозможно. Жидкости, имеющие большую плотность, а следовательно, и диэлектрическую про шцаемость, имеют,как правило, небольшую электрическую прочность. Для жидкости же, имеющей большую электрическую прочность (относительная диэлектрическая проницаемость у нее равна 2-3) , величина пондеромоторньгл сил мала, поэтому жидкость поднимается на очень малое расстояние, которое практически в этом случае незаметно невооруженным глазом. Таким образом, указанные причины , ограничивают применением такого индикаторного устройства на высоком на пряжении, а тем более для визуальног контроля наличия напряжения на высоковольтных аппаратах, находящихся на высоком потенциале. Целью изобретения является расширение области применения за счет возможности контроля напряжений высоких потенциалов. Эта цель достигается тем, что в индикаторе, содержащем первый электр на котором установлен диэлектрически корпус с прозрачной герметичной полостью, заполненной двухфазной диэлектрической смесью с разными значениями диэлектрической проницаемости и массовой плотности, и второй электрод, компонент двухфазной диэлектрической смеси с большими значениями диэлектрической проницаемости и массовой плотности выполнен в виде твердых частиц фарфора, занимающих слой в половину высоты полости, а второй электрод выполнен в виде цилиндрического стержня с закругленным концом, расположенным на поверхности прозрачной герметичной полости, На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого индикатора; на фиг, 2 - положенз-ie твердых частиц фарфора под действием неоднородного электрического поля между электродами, Индикатор содержит второй электрод 1 в виде цилиндрического стержня с / закругленным концом, первый электрод 2 в виде плоскости, на которой установлен диэлектрический корпус 3 с прозрачной герметичной полостью 4, закрытой с обоих концов 5.Полость заполнена двухфазной диэлекчрической смесью с pa3HbiN&i значе.ии. диэлектрической проницаемости и массовой плотности, один компонент которой, например, трансформаторное масло, другой - твердь е частицы фарфора 6, занимакйцие слой в половину высоты полости. Выводы 7 служат для подключения индикатора к контролируемому объекту. Полость 4 освещается рассеянным или направленным светом. При подключении индикатора к выводам контролируемого аппарата, находящегося под высоким потенциалом (например, к выводам конденсатора генератора импульсш Х напряжений), при наличии разности потенциалов между выводами твердые частицы фарфора, имеющие большую, чем жидкий диэлектрик диэлектрическую проницаемость, под действием неоднородного электрического ПOJ|Я выстраиваются между электродами в цепочки по направлению поля и тем самым перекрывшот полость. Свет через полость не проходит. Это указывает на то, что конденсатор не пробит. «Если же конденсатор пробит, то разность потенциалов на нем, а следовательно, и на индикаторном устройстве отсутствует, частицы имеющие большую, чем жидкий диэлектрик, плотность, оседают на плоскость, поэтом не выстраиваются в цепочки и не перекрывают полость, через которую в этом случае проходит свет. Таким образом, предлагаемый индикатор может быть использован для контроля работоопособности высоковольтных аппаратов, находящихся на высоком потенциале. Степень перекрытия полости 4 почками из непрозрач№з1Х частиц, разованных в электрическом поле меж ду электродами, а следовательно, и оптическая плотность этого слоя цепочек зависят от силы, с которой электрическое поле действует на час тицы. Эта сила,в свою очередь, зависит от напряженности электрического поля, степени его неоднороднос ти (т.е. от формы электрода), размера и диэлектрических свойств частиц. V Форма электродов должна обеспечива такую неоднородность электрического поля, при которой происходит полное перекрытие светового канала цепочка из твердых частиц. При этом необходимо обеспечить неоднородность поля по оси симметрии электродов и вдоль полости, причем максимальная напряженность электрического поля должна быть на вершине электрода с закругленным окончанием. В этом случае твердые частицы притягиваются к вер шине электрода со всей площади поло ти и, выстраиваясь в цепочки в его центральной части, перекрывают поло При выборе форьы электродов также необходимо учитывать возможность сравнительно простого расчета электрического поля. С учетом отмеченных требований целесообразно изготавливать верхний электрод (или только его нижнюю час в виде стержня с закругленным окончанием, например в виде гиперболоид вращения. Для получения надежного перекрытия световой полости желательно выполнить ее в виде узкой щели, которая проходит через область наибольшей неоднородности электрического поля. Время срабатывания индикаторного устройства в основном определяется временем оседания частиц в поле земного тяготения. Для уменьшения времени оседания частиц необходимо при46менять твердые частицы с большим размером и плотностью, а диэлектрическую среду с малой вязкостью. При этом время формирования цепочек из частиц в электрическом поле также уменьшается Этому способствует и выбор частиц с большей диэлектрической проницаемостью Твердые частицы должмл быть нераствopи в i в диэлектрической среде.Электрическая прочность обоих диэлектриков должна Рыть высокой, В качестве да элек три ч ее кой средц 1,. например, можно использовать трансформаторное масло, газ под давлением, вакуум, а частицы изготовить из фарфора. Надежное перекрытие полости твердыми частицами, а также максимальная оптическая плотность слоя частиц, перекрывшихся канал, обеспечиваются в том случае, если в каждой цепочке, выстроенной в электрическом поле между электродами, не одна, а несколько частиц. Тогда пространство между частицa ш в одной цепочке перекрывается частицами в соседних цепочках. Практически это означает, что размер частиц должен быть на порядок меньше мажэлектродного расстояния. При за.цан1а1х электродах число твердых част1ад в канале должно быть достйточнь М для построения в электрическом поле цепочек, полностью перекрывающих полость. Это необходимое количество частиц при заданном сечении полости может быть распределено в виде тонкого слоя на дне полости, ее длину при этом нужно увеличивать. Можно также частицы распределить в виде большого по высоте слоя частиц, причем длину полости в этом случае можно уменьшить. Вместе с тем, для обеспечения максимашьного светового потока, проходящего через полость с заданным поперечным сечением, необходимо уменьвгить ее длину, а слой непрозрачных частиц, который за1Шмает часть канала, выбирать минимальным. ОтмвЧеннь е требования являются противоположными, поэтому оптимальным вариантом обеспечешля максимапьного светового потока, проходящего Через полость, является средш1Й вариант, при котором твердые частицы занимают слой на половину высоты поости.
Формула изобретения
Индикатор, содержащий первый электрод, на котором установлан диэлектрический корпус с прозрачной герме тичной полостью, заполненной двухфазной диэлектрической смесью с разными значениями диэлектрической про ницаемости и массовой плотности, и. второй электрод, отличающийся тег-1, что, с целью расширения области применения за счет возможности контроля напряйнений высоких потенциалов, компонент двухфазной диэлектрической смеси с большими значениями диэлектрической проницаемости и массовой плотности выполней в виде твердых частиц фарфора, занимакй щх слой в половину высоты полости, а второй электрод выполнен в виде цилиндрического стержня с закругленшг м коьщом, расположенным на поверхности прозрачной герметичной попости.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
I Авторское свидетельство СССР № 309339, кл. G02 F 3/00, 1971.
3,Авторское св 1детельство СССР
492898, .кл. G 08 В 5/02, 1975 (прототип).
