Секционированная изоляционная колонна высоковольтного ускорителя

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5