Высоковольтный ввод

«k 1 10 Изобретение относится к области электротехники, в-частности к техни ке физико-химических исследований при высоком напряжении, высоких или низких температурах и при высоком давлении с повьшенными ударными нагрузками . Изобретение может быть использовано , например, в высоковольтных нагреваемых или охлаждаемых электроразрядных камерах высокого давле- 10 ния, взрывных и вакуумных камерах. Известны высоковольтные вводы, со держащие полый корпус, состоящий из одной или нескольких последовательно соединенных втулок из электроизоляционного материала с промежуточными фланцами между ними, токоведущий стержень, два концевых фланца, причем все элементы соединяются воедино с помощью гайки, навинчивающейся на тонкий стержень. Такце вводы имеют ограниченный диапазон рабочих температур ( 250 С), Существуют прогреваемые герметичные электрические вводы, способные работать при высоких температурах . К ним относятся, например, металлркерамические вводы, в которых предварительно металлизированные керамические элементы соединены с металлическими при помощи тонких коваровых манжет технологически сложной операцией пайки. Однако вводы описанного типа не могут использоваться в камерах высокого давления. К тому же часто спаи керамики с металлом не вьщерживают многократных нагреваний и охлаждений из-за малых, но существующих различий в коэффициентах термического расширения (КТР) керамики и материала.манжет, Наиболее близким к предложенному высоковольтному вводу по технической сущности и достигаемому эффекту является высоковольтный ввод, содержащий полый корпус в виде одной или нескольких последовательно соединенных диэлектрических втулок с промежуточными фланцами между ними, герметично расположенный в нем токопроводящий стержень и два концевых фланца, один из которых является токосъемным, причем все указанны элементы механически скреплены межд собой с помощью гайки, навинчивающейся на тонкий упругий стержень, проходящий через концевые фланцы. У ругим элементом, служащим для предо 0 вращения разгерметизации ввода при повьшении температуры служит сам стягивающий стержень, который все время находится в натянутом состоя- ; Недостатком такого ввода является ограниченньш диапазон рабочих температур (до 250 С). Одной из причин этого является невозможность в такой конструкции создать большие стягивающие усилия, что позволяет спользовать в качестве торцовых употнений диэлектрических втулок прокладки только из традиционных эластичньпс материалов (например, резины). Способ компенсации температурного удлинения с помощью упругого стяжного стержня также ограничивает рабочую температуру ввода, так как такая компенсация возможна лишь в том диапазоне температур, в котором упругая деформация стержня остается линейной . Целью изобретения является создание простой разборной конструкции ввода, который бы являлся универсальным и мог бы работать в широком диапазоне температур (400 С и выше, а также при низких температурах) в условиях многократного цикла нагреваний и последующих охлаждений, при высоком электрическом напряж-ении (30 кВ и вьш1е) , в вакуумных камерах, а также в камерах высокого давления (50 атм и вьш1е) при повьпненных ударных нагрузках, т.е. повьш1ение надежности при повьш1енных температурах, давлениях и ударных нагрузках. Это достигается тем., что в известном высоковольтном вводе, содержащем полый корпус в виде последовательно соединенных между собой втулок из электроизоляционного материала , герметично расположенный в нем токопроводящий стержень и крепежные элементы, стержень состоит из двух частей, выполненных из различных материалов ,.при этом коэффициенты термического расширения материала втулок и м атериала частей стержня связаны KTPg, соотношением КТР. KTPg и KTPg - коэффициенты термического расширения материалов частей .стержня; КТРgy - коэффициент термического расширения втулок. На фиг,1 изображена конструкция ввода в разрезе; на фиг.2 - торцовое уплотнение диэлектрических втулок. Высоковольтный ввод содержит жаростойкие втулки 1 из электроизоляционного материала (например, из керамики ) , центральный толстый стягива ющий стержень 2, являющийся одновременно и токопроводЯщим, концевые фланцы. 3. и 4 (концевой флантец 4 расположен внутри камеры в среде высокого давления и составляет со стерж нем единое целое), несколько или оди промежуточный фланец 5, служащий для герметичного крепления ввода в камере , основным стягивающим элементом является закрепленный (например, с помощью резьбы) на стержне массивный стяжной фланец 6 с расположенными в нем по окружности болтами 7, количество которых определяется диаметром ввода. Концевой фланец 3 может перемещаться вдоль стержня по свободной посадке. Герметичность ввода достигается за счет торцовых уплотнений, содержащих металлические (например, медные) прокладки 8, форма которых показана на фиг.2. Негерметичные мед ные прокладки 9 служат для амортизационных целей и для обеспечения равномерного распределения стягивающих усилий по окружности диэлектрических втулок. Высоковольтная электроизоляция токоведущего стержня 2 от крепеж ного фланца 5, как и в известных кон струкция, осуществляется с помощью диэлектрической жаростойкой трубы 10 (например, из керамики, фарфора и 1т.д.), концентрически вставленной внутрь ввода. Труба 10 в зависимости от условий работы может быть закреплена и центрирована различными cnoco бами.. Например, прижимным и центриру ющим элементами могут быть вставленная в канавку концевого фланца 3 пружина 11 и надетая на стержень (напри мер, медная) втулка 12. Для основной компенсации температурного удлинения стержень 2 составлен из двух частей А и Б, соединенных между собой, например , с помощью резьбового соединения 13. Сборка ввода осуществляется следу ющим образом. На стержень 2 надеваются последовательно втулка 12, диэлектрическая труба 10, диэлектрические втулки 1 с промежуточным фланцем 5, разделенные медными прокладками, концевой фланец 3 с вставленной в канавку пружиной. Далее на стержень навинчивается до соприкосновения с концевым фланцем 3 стяжной фланец 6 с расположенными в нем болтами 7, с помощью которых производится стягивание всех элементов ввода. Количество болтов 7 во фланце 6 определяется диаметром втулок 1. Герметичные торцовые уплотнения образуются при стягивании за счет сдавливания и уплотнения острых кро- . мок прокладок 8 (см. фиг.2). Прокладки 9 могут быть негерметичными, так как внутренняя полость В ввода, сообщается с объемом вне камеры. Материал и размеры диэлектрических втулок 1 и металл прокладок 8 и 9 выбираются исходя из необходимых рабочих характеристик ввода (электрическое напряжение , температура, механическая прочность и т.д.), причем нужно, чтобы предел прочности материала полых диэлектрических втулок на сжатие был меньше, чем предел текучести металла прокладок. В данной конструкции основная компенсация температурного удлинения (сжатия) стержня осуществляется следующим способом, Стягивакиций стержень 2 состоит из двух частей А и Б, изготовленных из различных металлов. Один металл (например, инвар) имеет КТР меньше, чем КТР материала диэлектрических втулок (например, керамика), а дру-. гой больще (например, нержавеющая сталь). Длины обеих частей стержня рассчитываются так, чтобы суммарное температурное удлинение (сжатие в случае охлаждения) диэлектрических втулок со всеми фланцами и стержня было бы одинаковым. Расчет длины L- части Б стержня (см. фиг.1) производится исходя из авенства: h ДТ(КТР, .j,,+KTPn.p.dp. +KTP,..d, (her d«.+d, -L L. + КТР, 6 де dT изменение температуры при нагревании (охлаждении) ввода; КТР - средний в интервале i Т коэффициент термического расширения; вт - диэлектрические втулки 1; п.(р - промежуточный фланец 5; х - концевой фланец 3; индексы Б и А означают отнощение к частям стержня;

h - суммарная высота -всех диэлектрических втулок до нагревания;

d - толщина фланцев до нагревания; Lg - длина части В стержня до

нагревания.

Lg - отсчитывается от конца диэлектрической втулки на концевом фланце Айв нее не входит толщина концевого фланца 4,

В равенстве не учтены уплотняющие прокладки.

Эксперименты показали, что для сохранения герметичности ввода в процессе нагревания (или охлаждения) достаточно рассчитать длины частей Б и В стержня 2 согласно приведенному равенству. Более того, можно выбрать эти длины такими, что в процессе нагревания (или охлаждения) будет происходить самоподжатие (самоуплотнение ) элементов ввода.Болты 7 хотя и могут подтягиваться в процессе нагревания : (или охлаждения) ,но они не предназначены для компенсации температурных изменений длины стержня, так как, во-первых , это неудобно и поэтому лишало бы конструкцию универсальности, а во-вторых, во многих случаях это невозможно (например, при использовании такого ввода в ядерном реакторе, на искусственном спутнике, в зоне облучения , в плавильной печи и т.д.).

Такие рабочие характеристики ввода , как электрическое напряжение, температура, давление и механическая прочность определяются выбором материалов элементов ввода и их размеров ричем конструкция ввода позволяет значительно увеличить его размеры, а также эксплуатировать его в условиях низких температур.

Настоящий ввод может быть применен в тех областях науки, техники и -промьшшенного производства, где от электрических вводов требуется способность работать в условиях широког диапазона рабочих температур и электрическйх напряжений, вакуума, высокого Iдавления при повышенных ударных нагрузках , а также простота, разборность и взаимозаменяемость частей.

В частности, описанный высоковольтный ввод может быть использован , в высоковольтных аппаратах, в нагреваемых или охлаждаемых электроразрядных , взрывных и других камерах для проведения широкого класса физикохимическиз4 исследован ий, в космических аппаратах, когда имеется сильный разогрев и вибрация стенок при вхождении в плотные слои атмосферы, в промышленности для технологических Iпроцессов, проходящих при высокой температуре, например в электричес .ких электровакуумных печах.