Высоковольтный кабель с вакуумной изоляцией

 

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КАБЕЛЬ С ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ, содержащий внутренний проводник, коаксиально расположенные относительно него электропроводящие оболочки и опорные изоляторы, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и снижения уровня электромагнитных помех, внутренний проводник и коаксиально расположенные электропроводящие оболочки выполнены в виде цилиндрических спиралей, причем длина спиралей, их диаметр и число витков выбраны из соотношения - 10-. где -длиНа спирали; D -диаметр спирали; ЬУ- число витков. S СП СО

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ гдето-длина спирали;

D --диаметр спирали; г - число витков.

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3584483 24-07 (22) 27.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. № 27 (72) Ю. Г. Пехтерев, В. Б. Раменский и Б. И. Тихомиров (53) 621.315 (088.8) (56) I. Авторское свидетельство СССР № 550084, кл. Н 01 В 9/06, 1977.

2. Патент Великобритании № 1270467, кл. Н 1 А,1969. (54) (57) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЛ КАБЕЛЬ

С ВАКУУМНОР1 ИЗОЛЯЦИЕЙ, содержащий внутренний проводник, коаксиально расположенные относительно него электропроводящие оболочки и опорные изоляторы, отличающийся тем, что, с це елью повышения эксплуатационнои надежнос ти и снижения овня электромагнитных помех, внутренуровня ний проводник и коаксиально рас ные электропроводящие оболочки выполнены в ви виде цилиндрических спиралей, прии число чем длина спиралей, их диаметр и витков выбраны из соотношения

1104591

t0!

Другим недостатком кабеля является наличие высоковольтной тренировки, сопровождающейся рентгеновским излучением с большим уровнем электромагнитных помех, что выдвигает проблему электрома гнитной совместимости высоковольтного тракта с радиоэлектронной аппаратурой. Кроме того, для такого кабеля необходимо сложное и 40 дорогостоящее оборудование, обеспечивающее поддержание остаточного давления гелия внутри кабеля в заданных пределах. Кроме перечисленных недостатков, известные вакуумные кабели характеризуются непропорционально большим ростом диаметра при увеличении рабочего напряжения.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому кабелю является опора для проводников высокого напряжения в вакууме, содержащая одну или более оболочек из проводящего материала, окружающих внутренний высоковольтный проводник, оболочки отделены от внутрен55

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи высоких напряжений на космических объектах, а также в различных электрофизических установках: линейных ускорителях, электростатических сепараторах, электронных микроскопах и т.д.

Известны кабели высокого напряжения с вакуумной изоляцией, содержащие токоведущую жилу, поддерживаемую опорными элементами относительно коаксиально расположенной металлической оболочки с изоляционным покрытием на внутренней поверхности, выполненным из полупроводящего ситалла. Остаточным газом в вакуумном объеме кабеля является гелий под давлением 310 — 2!О мм. рт. ст. (1J.

Данное техническое решение позволяет повысить эксплуатационную надежность высоковольтного вакуумного кабеля при его длине, не превышающей некоторого максимально допустимого значения, за счет покрытия одного из электродов полупроводящим ситаллом, который слабо подвержен разрушению при высоковольтных разрядах, и за счет заполнения объема кабеля гелием при заданном давлении. Однако с ростом длины кабеля растет и его собственная емкость, а также запасенная в ней энергия электрического поля, которая в случае пробоя мгновенно выделяется в ситалловом покрытии и может вызвать его разрушение.

Этот недостаток является принципиальным препятствием на пути создания высоковольтных кабелей с вакуумной изоляцией. него проводника внешнеи конструкции, а также одна от другой диэлектрическими прокладками, которые имеют меньшую длину, чем оболочки, к которым они прилегают.

Прокладки представляют собой цилиндры из керамического материала с закруглен20

30 ными концами. Для установки прокладок в каждой оболочке имеется соответствующее число выемок. Данное техническое решение позволяет увеличить электрическую прочность опорного изолятора и сократить время его высоковольтной тренировки за счет ослабления явления ионного умножения зарядов на поверхности изолятора путем его секционирования проводящими экранами. Как следствие этого — значительное уменьшение генерации рентгеновского излучения, а также снижение уровня электромагнитных помех 12).

Распространение данного принципа на построение высоковольтных вакуумных кабелей большой длины позволяет сократить его габариты, однако здесь не решена проблема защиты кабеля от повреждений при случайных пробоях, которые могут иметь место при перегреве или нарушении в нем заданных вакуумных условий. Повреждения могут быть тем значительнее, чем больше длина кабеля или эквивалентная емкость его нагрузки. Кроме того, при большой длине кабеля и, следовательно, большой эквивалентной емкости случайные пробои вызывают большой уровень электромагнитных помех и повышенный уровень рентгеновского излучения.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности кабеля и снижение уровня электромагнитных помех.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтном кабеле с вакуумной изоляцией, содержащем внутренний проводник, коаксиально расположенные относительно него электропроводящие оболочки и опорные изоляторы, внутренний проводник и коаксиально расположенные электропроводящие оболочки выполнены в виде цилиндрических спиралей из электропроводящего материала, причем длина спиралей, их диаметр и число витков выбраны из соотношения — — 11! - 2У, где -длина кабеля;

9 -диаметр спирали; - число витков.

Указанное соотношение получено путем расчетов, выполненных на основании известных теоретических предпосылок.

На фиг. 1 и 2 схематично изображены варианты конструктивного исполнения высоковольтного кабеля с вакуумной изоляцией.

Кабель содержит внутренний проводник 1, выполненный в виде цилиндрической спирали, изоляторы 2, удерживающие коаксиальные оболочки 3, также имеющие структуру цилиндрической спирали. Опорные изоляторы 2 снабжены отверстиями 4. Число внутренних оболочек выбирается таким образом, чтобы напряжение на каждом ва1104591

Составитель М. Каганович

Редактор В. Петраш Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 5029/39 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 куумном промежутке не превышало разности потенциалов, при которой начинается высоковольтная тренировка и генерируется рентгенов ское изл учение.

Для обеспечения равномерного распределения потенциала между внутренними оболочками кабеля необходимо, чтобы сопротивление всех опорных изоляторов было одинаковым. Для достижения этого условия можно, например, варьировать продольный размер опорных изоляторов или число отверстий в изоляторах, являющихся одновременно и каналами для откачки остаточных газов из объема кабеля. Толщина стенок внутренних оболочек кабеля должна быть больше длины свободного пробега электронов в материале этих оболочек с той целью, чтобы электроны, полученные внутри одного из вакуумных промежутков, не смогли проникнуть в смежный с ним и тем самым приобрести дополнительную энергию.

Выбор конструкции кабеля зависит от условий его эксплуатации и конкретного назначения. В высоковольтных кабелях, предназначенных для эксплуатации в открытом космосе с использованием естественного вакуума, цилиндрические спирали внутреннего проводника 1 и электропроводящих оболочек 3 выполнены из упругой проволоки или ленты и скреплены одна с другой через опорные изоляторы 2 (фиг. 1), что обеспечивает достаточную жесткость и гибкость конструкции и фиксирует коаксиальность оболочек кабеля друг относительно друга. Вакуум между оболочками кабеля в данном варианте конструкции обеспечивается за счет естественного вакуума космического пространства и зазорами между витками спиралей, а наличие отверстий 4 в опорных изоляторах необязательно.

В кабелях, предназначенных для эксплуатации в герметичных отсеках космических

5 аппаратов или в наземных ус loBHHx, все внутренние оболочки I и 3 могут быть выполнены аналогичным образом, а внешняя цилиндрическая спираль должна быть нанесена на герметичную и достаточно проч10 ную диэлектрическую оболочку 5, чтобы выдерживать разность давлений (фиг. 2). Обеспечение необходимых вакуумных условий в этом случае достигается сообщением концов кабеля с внешним естественным вакуумом космического пространства или в случае эксплуатации кабеля в наземных условиях откачкой остаточных газов вакуумным насосом.

Высоковольтный кабель с вакуумной изоляцией работает следующим образом.

Высокое напряжение прикладывается между внутренним проводником 1 и внешней оболочкой кабеля. 3а счет сопротивления опорных изоляторов 2 происходит деление высокого напряжения между вакуумными промежутками кабеля, образованными внутренним проводником 1 и коаксиальными с ним оболочками 3.

При возникновении микроразрядов в каком-либо вакуумном промежутке, образованном соседними оболочками кабеля, распределенное индуктивное сопротивление

30 соответствующей оболочки оказывается включенным последовательно с каналом возникновения микроразряда и распределенной емкостью вакуумного промежутка, благодаря чему ток микроразряда резко ограничивается и пробой не развивается, что пол35 ностью исключает возможность повреждения оболочек кабеля и выход его нз строя.