Високовольтний апарат

1. Високовольтний апарат, що містить металевий корпус, у якому розташована активна частина апарата, ізоляційні покришки, що встановлені одна на одну з коаксіально розташованими внутрішніми заземленими електродами, при цьому изоляційні покришки сполучені за допомогою металевих фланців, який відрізняється тим, що він додатково оснащений високовольтним конденсатором і потенційним екраном, ізоляційні покришки виконані щаблями різних радіусів і внутрішні електроди в кожному щаблі покришок мають неоднакові радіуси, потенційний екран розташований в одному з щаблів ізоляційних покришок, а високовольтний конденсатор розташований у щаблі покришок, що установлений ближче до корпуса з активною частиною апарата, при цьому високовольтний конденсатор містить ізоляційний циліндр, плівкову ізоляцію і конденсаторні обкладки, останні мають різну ширину і зсунуті одна щодо одної в осьовому напрямку, і являють собою змійку, розтягнуту по всій довжині конденсатора, причому конденсаторні обкладки розташовані групами по декілька штук, і перехід напрямку змійки виконаний за допомогою широких конденсаторних обкладок. 2. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що високовольтний конденсатор має мідний вивід для високого і низького потенціалів. 3. Апарат за п.1, який відрізняється тим, що ізоляційні покришки включають склоепоксидний циліндр. 4. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що радіус склоепоксидного циліндра відповідає такому відношенню: Eg де R - радіус циліндра покришки; Up - розрахункова напруга; Eg - припустима напруженість електричного поля; є - основа натуральних логарифмів. 5. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що конденсаторні обкладки виконані з струмопровідної, наприклад, алюмінієвої фольги. CM О со 00 со Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема, до апаратів високої і надвисокої напруги з ізоляцією конденсаторного типу і може бути використаний в конструкціях, наприклад, вимірювальних трансформаторів, високовольтних вводів, обмежувачів перенапруг та інших аналогічних високовольтних апаратах із масляним або газовим заповненням. Задачею винаходу є удосконалення конструкції, зниження габаритів, зменшення матеріалоємності і підвищення надійності високовольтного апарата за рахунок забезпечення рівномірного розподілу напруги уздовж ізоляційної конструкції по вал її висоті з оптимальними витратами вкладеного ізоляційного матеріалу. Відомий високовольтний вимірювальний апарат (див. Патент Німеччини №286453, кл. H01F40/00, заявл. 04.08.1989р., опубл. 24.01.1991р.), узятий за прототип, складається з двох опорних ізоляторів, розділених металевим проміжним фланцем і розташованих один над іншим. Усередині них проходять коаксіальна розташовані електроди з рідкою або газоподібною ізоляцією. Між металевим фланцем і концентрично розташованим електродом у конструкції передбачений іскровий проміжок. Відповідно до прототипу, високовольтний апарат містить металевий корпус, у якому розташована активна частина апарата, і ізоляційні покришки, 34798 що встановлені одна на другу з коаксіальне розташованими внутрішніми заземленими електродами ІЗОЛЯЦІЙНІ покришки сполучені за допомогою металевих фланців Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного рішення складність і трудомісткість виготовлення конструкції, знижена надійність конструкції - можливий електричний пробой ізоляції, нерівномірний розподіл напруженості уздовж ізоляційної конструкції по висоті, невиправдана перевитрата ІЗОЛЯЦІЙНИХ матеріалів Поставлена задача досягається створенням високовольтного апарата високих і надвисоких напруг (як правило, від номінальних напруг класу ЗЗОкВ і вище) із розбивкою, як мінімум, на два щаблі (див Фіг 2) 1 Верхній щабель, що розраховується в радіальному напрямку на повну напругу й в осьовому напрямку на половину напруги, 2 Нижній щабель, що у радіальному й осьовому напрямку розраховується на половину напруги Таким чином, параметри верхнього щабля конструкції складуть ri=Ui/Eg, Ri=n e, Li=L/2, нижнього щабля Г2=ІІ2/Ед, R2=r2 e l_2=L/2 де г-і, і2 - радіуси заземлювальних електродів, Ri, R2 - радіуси потенційних екранів, І_і, І_2 - довжини покришок L - загальна довжина апарата При цьому у верхньому щаблі виконується ємкісний розподіл потенціалу в осьовому напрямку (за допомогою конденсатора), у нижньому щаблі внутрішнім екраном (потенційним екраном) Запропонована конструкція дозволяє заощадити такі матеріали 1 Половину матеріалів на виготовлення внутрішнього високовольтного конденсатора для ємкісного розподілу потенціалу в осьовому напрямку, 2 Внутрішній ІЗОЛЯЦІЙНИЙ матеріал (наприклад, шестифтористу сірку SF6) в обсязі AVi3=7iL(Ri2-R22)/2, 3 Матеріалу склоепоксидного циліндра ІЗОЛЯЦІЙНИХ покришок при товщині стінки t в обсязі AV4=7il_t(Ri-R2) Високовольтний конденсатор - новий вузол у запропонованій конструкції високовольтного апарата, наприклад, вимірювального трансформатора струму або напруги, що покращує електричні характеристики за рахунок істотного рівномірного розподілу напруженості по висоті ізоляційної покришки першого щабля Конденсатор виконує у високовольтному апараті роль ємкісного екрана Високовольтний апарат містить металевий корпус, у якому розташована активна частина апарата, ІЗОЛЯЦІЙНІ покришки, що встановлені одна на другу з коаксіальне розташованими внутрішніми заземленими електродами ІЗОЛЯЦІЙНІ покришки сполучені за допомогою металевих фланців Високовольтний апарат додатково постачений високовольтним конденсатором і потенційним екраном ІЗОЛЯЦІЙНІ покришки виконані щаблями різних радіусів і внутрішні електроди в кожному щаблі покришок мають неоднакові радіуси Потенційний екран розташований в однієї з щаблів ІЗОЛЯЦІЙНИХ покришок Високовольтний конденсатор розташован у щаблі покришок, що установлена ближче до корпуса з активною частиною апарата Високовольтний конденсатор містить ІЗОЛЯЦІЙНИЙ циліндр, плівкову ІЗОЛЯЦІЮ і конденсаторні обкладки Конденсаторні обкладки мають різну ширину і зрушені одна щодо іншої в осьовому напрямку, і являють собою змійку, розтягнуту по всій довжин' конденсатора Конденсаторні обкладки розташовані групами по декількох штук, і перехід напрямку змійки виконаний за допомогою широких конденсаторних обкладок Конденсаторні обкладки виконані з струмопровідної, наприклад, алюмінієвої фольги Високовольтний конденсатор має мідний вивід для високого і низького потенціалів ІЗОЛЯЦІЙНІ покришки включають у собі склоепоксидний циліндр Радіус склоепоксидного циліндра відповідає такому відношенню R«^e E g де R - радіус циліндра покришки, Up - розрахункова напруга, Eg - припустима напруженість електричного поля, є - підстава натуральних логарифмів Технічний результат, одержуваний при використанні винаходу здійснюється регулювання розподілу напруги у верхній частині конструкції в області сильних електричних полів для зменшення напруженості поля нижче припустимих значень за допомогою конденсаторних обкладок у високовольтному конденсаторі, високовольтний конденсатор забезпечує оптимальне вирівнювання і розподіл напруги уздовж поверхні ізоляційної покришки першого щабля, і тим самим, сприяє зниженню напруженості при впливі високовольтного імпульсу, зменшено товщину ізоляції і зекономлений матеріал перекриття конденсаторних обкладок має різну довжину і зменшується від потенційної обкладки до заземленої, розмір ємності між кожною парою конденсаторних обкладок зменшується від потенційної до заземленої Заявляємий високовольтний апарат пояснюється графічно, де Фіг 1 - запропонована конструкція високовольтного апарата, наприклад, трансформатора струму, Фіг 2 - зчленування металевих фланців ІЗОЛЯЦІЙНИХ покришок верхнього і нижнього щаблів, Фіг 3 - розташування конденсаторних обкладок 34798 у високовольтному конденсаторі Винахід - Високовольтний індукційний апарат містить металевий корпус 1, у якому розташована активна частина (не показана) апарата (див Фіг 1) ІЗОЛЯЦІЙНІ (полімерні) покришки 2 і 3 апарата, що мають склоепоксидний циліндр 4 і 5, установлені щаблями - одна над іншою із різними радіусами R-i, R2(flHB Фіг 2) Усередині ІЗОЛЯЦІЙНИХ покришок 2 і 3 установлені коаксіальне розташовані заземляючи електроди 6 і 7, що проходять по центральній осі покришки (див Фіг 1, Фіг 2) Внутрішні електроди 6 і 7 виконані у вигляді труб із неоднаковими радіусами п, гг (див Фіг 3) Уздовж верхньої ізоляційної покришки 2 першого щабля в середовищі стиснутого газу розташован високовольтний конденсатор 8, що виконує в апараті роль ємкісного екрана (див Фіг 1, Фіг 2, ФігЗ) ІЗОЛЯЦІЙНІ покришки 2 і 3 сполучені між собою за допомогою зчленованих металевих фланців 9 і 10 Нижня ізоляційна покришка 3 за допомогою металевого фланця 11 сполучена з цоколем 12 Установка потенційного екрана 13, розташованого в нижній ІЗОЛЯЦІЙНІЙ покришці 3 другого щабля, здійснюється на металевий фланець 10 Високовольтний конденсатор 8 являє собою ІЗОЛЯЦІЙНИЙ циліндр 14, на який намотані плівкова ІЗОЛЯЦІЯ 15 і конденсаторні обкладки 16-41 із струмопровідної, наприклад, алюмінієвої фольги (див Фіг 3) Конденсаторні обкладки 16-29, 31-41 мають різну ширину і зрушені одна щодо іншої в осьовому напрямку і являють собою змійку, розтягнута по всієї довжині конденсатора Причому, конденсаторні обкладки 16-29, 31-41 розташовані групами по декількох штук і перехід напрямку змійки виконаний за допомогою загальних широких конденсаторних обкладок ЗО 42 Високовольтний конденсатор 8 має мідний вивід для високого і низького потенціалів А и X Вивід А сполучений із потенційною конденсаторною обкладкою, а вивід X - із заземлювальною конденсаторною обкладкою (див Фіг 3) Високовольтний апарат виконується в такий спосіб Співвідношення між геометричними розмірами коаксіальне розташованих електродів б і 7 і електричними впливами на них у перемінному електричному полі знаходиться в такій залежності 9 (1) ~rln(R/r) де Eg - припустима напруженість поля на внутрішньому електроді, г - радіус внутрішнього електрода, R - радіус зовнішнього електрода (ізоляційної покришки), U - падіння напруги між ЗОВНІШНІМ І внутрішнім електродом Аналізуючі залежність (1), можна зауважити, що а) при r-»0, Eg->0, б) при R-»r, R/r-И, Іп1=0, Ед->да Отже, існує оптимальне значення радіуса г, якому відповідає найменше значення Eg при заданих U і R Це буде тоді, коли ln(R/r) lne=1 або R/r=e Тому що при розрахунках ІЗОЛЯЦІЙНИХ конструкцій значення U задається стандартами, a Eg вибирається розроблювачем виходячи з електричної тривкості ІЗОЛЯЦІЙНОГО середовища, то при ln(R/r)=1 можна розрахувати оптимальний радіус внутрішнього електрода, що буде дорівнювати rln(R/r)=U/Eg, r = U/Eg (2) Тому що Eg є величина постійна для даного ІЗОЛЯЦІЙНОГО середовища, то з виразу (2) випливає, що кожному рівню напруги U відповідає своє оптимальне значення радіуса внутрішнього електрода г, і, ВІДПОВІДНО, зовнішнього електрода R=r e Мінімальна довжина конденсаторної обкладки визначається напругою перекриття при впливі повного грозового імпульсу Запропоноване технічне рішення дозволяє удосконалити конструкцію високовольтного апарата, здійснити зменшення товщини намотки ізоляційної плівки між конденсаторними обкладками, що виконуються без надривів, зморщок і задирів при даній електричній тривкості одержати оптимізацію геометричних розмірів конструкції ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ Патент Німеччини №286453, кл HOF40/00, заявл 04 08 89, опубл 24 01 91 /прототип/ 34798 Фіг і Фіг 2 Фіг З Комп'ютерна верстка О. Воробей Підписано до друку 06.10.2003 Тираж 39 прим. Міністерство освгти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м. Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул. Артема, 77, м. Київ, 04050, Україна