МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПЕРЕХОД
MULTI-CHANNEL HIGH-VOLTAGE JUNCTION

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам передачи электропитания с одного объекта на другой, в том числе к герметичным вводам токопроводящих элементов, например кабелей в корпуса судовых конструкций или в герметичную камеру, в частности, во внутреннее пространство герметичного взрывозащитного контейнера (ВК).
Одна из ответственных операций при проведении взрывных экспериментов - это подача высоковольтного питания, обеспечивающего функционирование измерительной аппаратуры, расположенной внутри ВК. При этом в месте установки перехода не должна нарушаться герметичность ВК как во время проведения, так и после окончания экспериментов.
Известен высоковольтный переход в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции [RU № 2639307, МПК Н01В 17/26, опубл. 21.12.2017], который содержит герметично установленный в стенке металлический корпус, в который вставлен, по крайней мере, один электрический проводник, частью длины впаянный в изолятор, причем изолятор герметично закреплен в корпусе между двумя изоляционными элементами, через которые проходит электрический проводник, при этом изолятор выполнен стеклокерамическим в виде стеклотаблетки с впеченными в нее с двух сторон керамическими втулками, сопряженными с изоляционными элементами, а на посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец.
В данном устройстве материалы корпуса, стекла, керамики и проводника согласованы по коэффициенту линейного теплового расширения, при этом корпус выполнен из нержавеющей стали, а электрический проводник - из ковара. Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.
Недостатками прототипа являются:
- во-первых, низкая информативность, в указанном переходе всего один канал, то есть существует возможность получения одним переходом, проходящим через стенку ВК, только одного электрического сигнала. Как правило, при проведении взрывных экспериментов стремятся к увеличению их информативности и связанного с этим использования большого числа измерительной аппаратуры, что ведет к соответствующему увеличению независимых электрических цепей, а значит и переходов. При изготовлении многоканальной системы передачи сигнала из одноканальных переходов получается громоздкая конструкция, требующая выполнения нескольких отдельных отверстий под каждый переход, что снижает несущую способность взрывозащитного контейнера, представляющего собой защитное сооружение, как правило, аттестованное на определенную несущую прочностную нагрузку и в связи с этим ограниченного количеством отверстий под переходы;
- во-вторых, относительно низкая помехоустойчивость. Электрический сигнал по выполненному по прототипу переходу, протекая через токоведущий корпус, подвергается влиянию различных паразитных наводок через металлическую гермостенку ВК. Наводки могут быть вызваны работой внешнего технологического оборудования, как правило, силового, имеющего общий «корпус» со стенкой ВК. Наводки формируют скачки напряжения, которые влияют на величину рабочего высоковольтного напряжения перехода, имеющего строгие допуска электрических характеристик, что может привести к сбою и даже выходу из строя измерительной аппаратуры, используемой для проведения экспериментов в ВК.
Поэтому для использовании конструкции перехода по прототипу с одним каналом питания для надежной работы каждого отдельного аппарата измерительной аппаратуры необходима организация питания по двум отдельным электрически независимым каналам, т.е необходимо провести через гермостенку ВК два перехода, один из которых должен иметь электрический проводник с «+» полярностью, а второй - с «-» полярностью, что соответственно приведет к увеличению числа отверстий в стенке ВК.
Задачей заявляемого изобретения является создание многоканального помехоустойчивого высоковольтного перехода при сохранении герметичности и ударостойкости.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемое изобретение, является обеспечение многоканальной передачи сигнала при обеспечении помехоустойчивости высоковольтного перехода и сохранении герметичности и ударостойкости.
Технический результат достигается тем, что многоканальный высоковольтный переход в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции, содержащий герметично установленный в стенке металлический корпус, в который введен, по крайней мере, один электрический проводник, частью длины впаянный в изолятор, который герметично закреплен в корпусе между двумя изоляционными элементами, через которые проходит электрический проводник, при этом изолятор выполнен стеклокерамическим в виде стеклотаблетки с впеченными в нее с двух сторон керамическими втулками, сопряженными с изоляционными элементами, а на посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец, согласно изобретения в корпус введены параллельно электрическому проводнику независимо друг от друга один или несколько дополнительных электрических проводников, установленных в корпусе аналогичным образом, при этом проводники объединены попарно с образованием независимых друг от друга электрических цепей.
Введение параллельно электрическому проводнику независимо друг от друга одного или нескольких дополнительных электрических проводников, установленных в корпусе аналогичным образом, при этом проводники объединены попарно с образованием независимых друг от друга электрических цепей, дает возможность в одном корпусе перехода расположить довольно большое количество каналов передачи электрического сигнала. Разработка такого высоковольтного перехода позволяет, сохранив положительные свойства прототипа, расширить пропускную способность перехода, обеспечив питанием одновременно несколько пользователей (несколько единиц оборудования). При этом каждая пара проводников обеспечивает высоковольтным питанием одну единицу измерительной аппаратуры. Количество пар соответствует общему количеству единиц измерительной аппаратуры, которое необходимо обеспечить высоковольтным питанием. Каждая пара электрических проводников представляет собой электрически независимую цепь, наводимое напряжение в которой не влияет на напряжение цепей соседних пар.
Кроме этого, наводимые по гермостенке ВК наводки, создаваемые внешним технологическим оборудованием, не влияют на характеристики электрических цепей каналов перехода и экранируются общим для каналов корпусом, который в этом случае является элементом общей системы заземления, гальванически не связанной с цепями измерительной системы, что обеспечивает помехоустойчивость многоканального перехода.
Для однозначной стыковки многоканального перехода на торцах корпуса имеется не менее двух продольных направляющих элемента для подстыковки других ответных частей. Причем однозначная пространственная ориентация перехода и ответной части происходит без коммутации электрических проводников, которая происходит далее. Тем самым повышается ресурс количества регламентированных стыковок и продлевается срок службы перехода и ответной части.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия обеспечения многоканальной передачи сигнала при обеспечении помехоустойчивости высоковольтного перехода и сохранении герметичности и ударостойкости.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид многоканального высоковольтного перехода (продольное сечение А-А); на фиг. 2 показан вид с торца многоканального высоковольтного перехода.
Устройство выполнено следующим образом.
Многоканальный высоковольтный переход в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции, в частности взрывозащитного контейнера (ВК) (фиг. 1) содержит герметично установленный в стенке ВК металлический корпус 1, на посадочной поверхности которого выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец 2. В корпус 1 введено, например, восемь параллельно установленных независимо друг от друга электрических проводников 3 в виде штырей. Количество проводников 3 кратно двум и оговорено их взаимное положение. Проводники 3 размещены равномерно вокруг оси корпуса 1 по окружности. Равномерное размещение проводников 3 вокруг оси корпуса 1 позволяет создать каждому металлостеклянному соединению одинаковые условия пространственного расположения и спаивания, что создает для каждого стеклокерамического изолятора схожие напряженные состояния, обеспечивая необходимые герметичность и ударостойкость перехода. Каждый из штырей 3 изолирован от корпуса 1 путем впайки частью длины в соответствующий каждому изолятор 4. Каждый изолятор 4 герметично закреплен в корпусе 1 между двумя соответствующими каждому штырю 3 поликарбонатными изоляционными элементами 5, через которые и проходит соответствующий штырь 3. Каждый изолятор 4 выполнен стеклокерамическим в виде стеклотаблетки с впеченными в нее с двух сторон керамическими втулками 6, сопряженными с указанными изоляционными элементами 5. Установка в едином корпусе 1 каждого проводника 3 посредством стеклокерамического спая обеспечивает сохранение герметичности, ударостойкости соединения, что важно в условиях применения защитной конструкции, в частности взрывозащитного контейнера. Восемь штырей 3 объединены попарно (фиг. 2) с образованием четырех независимых друг от друга электрических цепей для обеспечения высоковольтным питанием соответственно четырех единиц измерительного оборудования. Для однозначного соединения многоканального перехода с ответными частями он промаркирован: 1+ и 1-; 2+ и 2-; 3+ и 3-; 4+ и 4 -. Кроме этого, объединение проводников 3 в парные группы с образованием независимых друг от друга электрических цепей позволяет использовать в конструкции электрические цепи, предназначенные для сигналов различных по электрическим характеристикам (по току, по напряжению и т.д.), реализованные соответствующими конструкциями проводников, изоляторов и изоляционных элементов. Все это расширяет функциональные характеристики перехода при оптимизации конструктивно-технологичных параметров (габариты, металлоемкость, технология изготовления составных частей).
Сборку перехода осуществляют следующим образом. Соединение всех стеклокерамических изоляторов 4 с проводниками 3 и корпусом 1 производится по технологии металлостеклянных спаев одновременно «блоком». Для этого восемь стеклотаблеток 4 с керамическими втулками 5 и проводниками 3 ориентируют в едином корпусе 1 равномерно вокруг его оси специальными графитовыми приспособлениями (центраторами). Полученную сборку помещают в печь, где происходит одновременное расплавление стеклотаблеток 4, которые растекаясь, выбирают технологические зазоры между стеклотаблетками 4 и корпусом 1, а также стеклотаблетками 4 и проводниками 3. Одновременно происходит спекание стеклотаблеток 4 с торцами керамических втулок 6 в результате диффузии стекла в керамику. Частично расплав стекла стеклотаблетки 4 затекает в технологические зазоры между керамическими втулками 6 и проводниками 3, между керамическими втулками 6 и корпусом 1, создавая тем самым дополнительное механическое крепление в виде «замка», которое усиливает прочностные и электрические характеристики перехода. Далее в корпус 1 устанавливают соответствующие каждому проводнику 3 изоляционные элементы 5. Для обеспечения монолитности конструкции зазоры между стеклокерамическим изолятором 4 и изоляционными элементами 5, корпусом 1 и проводниками 3 заливают клеем 7, при этом каждый изоляционный элемент 5 с внешних торцов поджимают к корпусу 1 до упора. На торцах корпуса 1 размещают элементы для подстыковки других ответных частей в виде выполненных не менее двух продольных направляющих, например гнезд 8 (или штырей) под выполненные в ответных частях соответственных штырей (или гнезд).
Элементы обеспечивают однозначную стыковку электрических проводников 3 перехода с соответствующими им проводниками (не показано) ответных частей. Соотношение длин штырей и соответственных им гнезд 8 таково, что однозначная пространственная ориентация перехода и ответной части происходит без коммутации электрических проводников, которая происходит далее. Тем самым обеспечивается однозначная, без перекосов стыковка электрических проводников, что ведет к повышению ресурсного количества их регламентированных стыковок и продлению срока службы перехода и ответной части. Необходимо отметить, что координаты расположения проводников 3, изоляционных элементов 5 и продольных направляющих 8 перехода являются элементами единой размерной системы допусков, которая является взаимозаменяемой аналогичной системе ответных частей. Представленный на чертежах многоканальный переход содержит четыре пары электрически независимых друг от друга и от корпуса каналов, позволяющих обеспечить прохождение четырех независимых друг от друга и от корпуса высоковольтных сигналов. Для установки перехода в гермостенке ВК выполняется одно отверстие. Для осуществления такой же информативной нагрузки при использовании устройства по прототипу необходимо было бы использовать восемь переходов, т.е. произвести восемь отверстий в гермостенке ВК. При равных подходах к конструированию переходов и мест их установки в гермостенке, сумма площадей поперечного сечения восьми отверстий (по прототипу) превышает площадь поперечного сечения одного отверстия по заявляемому решению в 1,5…2 раза, а общая длина окружностей восьми отверстий (по прототипу) превышает длину окружности отверстия по заявляемому решению в 3…4 раза, что соответственно влияет на несущую способность ВК и надежность герметизации переходов уплотнительными кольцами. Кроме этого размещение восьми отверстий (по прототипу) в гермостенке ВК при прочих равных условиях без увеличения толщины ее стенки и сохранения несущей способности требует площади в 9…10 раз большей, по сравнению с площадью размещения одного многоканального перехода по предлагаемому техническому решению.
Итак, к основным преимуществам заявляемого устройства следует отнести следующее: увеличение числа передаваемых сигналов по одному переходу в N раз, т.е. передача большего объема информации; обеспечение помехоустойчивости многоканального высоковольтного перехода; минимизация количества отверстий в стенке ВК для передачи N сигналов по сравнению с N каналами прототипа, и соответственно обеспечение несущей способности гермостенки ВК. Изобретение может быть использовано для качественной многоканальной передачи электрических сигналов по одному переходу.
На предприятии переходы высоковольтные многоканальные были установлены в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции, в частности взрывозащитной камеры. Каждый переход надежно обеспечил множественным независимым питанием несколько единиц измерительного оборудования. Наводок, приводящих к сбою питания, зафиксировано не было.
Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при Использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- заявленное устройство относится к области электротехники, а именно к средствам передачи электропитания с одного объекта на другой, в том числе к герметичным вводам токопроводящих элементов, например кабелей в корпуса судовых конструкций или в герметичную камеру, в частности, во внутреннее пространство герметичного взрывозащитного контейнера;
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для обеспечения многоканальной передачи сигнала при обеспечении помехоустойчивости высоковольтного перехода и сохранении герметичности и ударостойкости;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты Приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленный многоканальный высоковольтный переход соответствует условию «промышленная применимость».