ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПЕРЕХОД
HIGH VOLTAGE TRANSITION

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ввода электрических проводников в загрязненную зону, в частности, во внутреннее пространство малогабаритного герметичного взрывозащитного контейнера (ВК).
Одна из самых важных и ответственных операций при проведении взрывных экспериментов - подача высоковольтного высокочастотного сильноточного импульса для приведения в действие объекта испытаний, при этом не должна нарушаться герметичность ВК в месте установки перехода ни во время, ни после эксперимента. Для реализации этих требований необходима установка в контейнер специального устройства - перехода.
Известно устройство - токоввод электрических коммуникаций для обеспечения герметичного пропуска проводов через стены и перекрытия герметичных зон атомных станций, состоящий из корпуса с герметично заделанными в него проводниками, устанавливаемый в закладной канал и герметизированный в нем при помощи сварки [патент RU №2192680, МПК Н01В 17/26, опубликовано 10.11.2002 г.].
Недостатком данного устройства является использование при монтаже сварки, которая в данном случае затрудняет замену устройства ввода, причем сварка не может быть использована в месте испытаний ВК.
Известен переход высоковольтный [патент RU №2322719, МПК H01B 17/26, опубл. 20.04.2008], включающий герметично установленный в стенке защитной конструкции металлический корпус с установленным в нем герметично изолятором, через который проходит электрический проводник из посеребренной латуни, при этом изолятор поджат с внешних торцов к корпусу при помощи накидных гаек, а проводник установлен в изоляторе герметично при помощи уплотнения, на посадочной поверхности корпуса имеются канавки для установки в них уплотнительных колец, обеспечивающих герметизацию перехода в стенке защитной конструкции.
Изолятор выполнен из двух изоляционных элементов из капролона А, каждый из которых имеет лабиринтную поверхность на внешних торцах. Внутренний торец одного из изоляционных элементов имеет лабиринт в виде канавки, внутрь которой введен второй изоляционный элемент. Электрический проводник установлен внутри изоляционных элементов герметично при помощи трех уплотнительных колец.
Конструкция данного перехода обеспечивает легкость монтажа перехода и проста в исполнении. Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.
Однако недостатками прототипа являются:
- низкая надежность и качество передаваемого сигнала. Работа по передаче электрической энергии данного перехода основана на использовании поверхностного эффекта (скин-эффекта), в связи с этим наличие на электрическом проводнике радиальных канавок для уплотнительных колец и его ступенчатая конфигурация приводят к дополнительным потерям мощности и снижению качества передаваемого сигнала. Кроме того, изолятор состоит из двух частей, стыкуемых по внутренним торцам с лабиринтной поверхностью, что обеспечивает электрическую прочность по постоянному току, но образует неоднородность для высокочастотного переменного тока, влияющую на потерю мощности и снижающую качество передаваемого импульса тока. Наличие внутреннего лабиринта приводит к образованию неконтролируемых воздушных зазоров и полостей, снижающих механическую прочность изолятора и перехода в целом;
- ограниченная область применения. Большая длина перехода ограничивает его применение и делает невозможным использование в составе малогабаритных ВК (длина перехода сопоставима с размерами ВК). Причем из-за гигроскопичности материала (капролона А) изолятора его размеры могут изменяться (он «набухнет»), что приводит к трудностям стыковки с ответными частями, а также к невозможности использования данного перехода в условиях повышенной влажности;
- большая трудоемкость изготовления. Для обеспечения необходимой точности изготовления конструкции (внутренних лабиринтных поверхностей изолятора) требуется специальный режущий инструмент, что ведет к значительным затратам и трудоемкости при массовом промышленном производстве;
- низкая ремонтопригодность. Невозможно провести ремонтные работы, связанные с полной разборкой перехода, после его окончательной сборки.
Задачей изобретения является повышение надежности и качества передачи энергии высоковольтного сильноточного высокочастотного электрического импульса при расширении области применения в условиях ударно-волновой нагрузки и повышенной влажности.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении в условиях повышенной влажности герметичности, ударно-волновой стойкости и повышении электрической и механической прочности перехода, а также в обеспечении ремонтопригодности и снижении трудоемкости и стоимости изготовления перехода.
Технический результат достигается тем, что в переходе высоковольтном, содержащем герметично установленный в стенке защитной конструкции металлический корпус с герметично установленным в нем при помощи уплотнительного элемента изолятором, внутри которого герметично при помощи уплотнения установлен электрический проводник из посеребренной латуни, при этом изолятор поджат с внешних торцов к корпусу при помощи накидных гаек, на посадочной поверхности корпуса имеются канавки для установки в них уплотнительных колец, согласно изобретения изолятор выполнен за одно целое с внутренней перегородкой, при этом проводник выполнен с утолщением, которым поджат через уплотнение к одной стороне перегородки посредством дополнительной гайки, упирающейся в другую сторону перегородки, причем изолятор выполнен из поликарбоната.
Выполнение изолятора за одно целое с внутренней перегородкой, выполнение проводника с утолщением, которым он поджат через уплотнение к одной стороне перегородки посредством дополнительной гайки, упирающейся в другую сторону перегородки, позволяет значительно уменьшить длину перехода, что дает возможность использовать его в составе малогабаритного ВК. А уменьшение количества радиальных уступов и канавок на поверхности центрального стержня, по сравнению с прототипом, более чем вдвое снижает потери мощности при передаче импульса электрической энергии и улучшает качество передаваемого сигнала. При этом, по сравнению с прототипом отсутствуют неконтролируемые воздушные зазоры и полости, что повышает механическую прочность изолятора и перехода в целом. Кроме того, выполнение изолятора за одно целое с внутренней перегородкой обеспечивает дополнительную электрическую прочность, снижает потери мощности и улучшает качество передаваемого импульса тока.
Выполнение изолятора из поликарбоната обеспечивает отсутствие возможности набухания изолятора, что повышает надежность стыковки перехода с ответными частями и дает возможность применить переход в условиях повышенной влажности. Причем данный материал позволяет реализовать массовое производство перехода, используя метод литья изоляторов под давлением. При этом сокращаются затраты на изготовление перехода, отсутствует необходимость специального режущего инструмента. Простота конструкции перехода позволяет реализовать проведение ремонтных работ, связанных с полной разборкой перехода при условии возникновении производственного брака при его окончательной сборке или при повторном использовании.
Для обеспечения целостности конструкции в изолятор введены изоляционные втулки из поликарбоната, одна из которых установлена до упора в утолщение, а другая - в дополнительную гайку.
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 чертежом, где представлен общий вид высоковольтного перехода.
Устройство выполнено следующим образом.
Переход высоковольтный предназначен для передачи энергии высоковольтного сильноточного высокочастотного электрического импульса внутрь защитной конструкции - малогабаритного взрывозащитного контейнера (ВК). Переход содержит герметично устанавливаемый в стенке ВК корпус 1 из стали, в осевом отверстии которого герметично установлен изолятор 2 из поликарбоната, обладающего высокими механическими и изоляционными свойствами. Изолятор 2 поджат с внешних торцов к корпусу 1 при помощи накидных гаек 3 через резиновое уплотнение 4. Изолятор 2 выполнен из поликарбоната за одно целое с внутренней перегородкой 5, через которую проходит электрический проводник 6 из посеребренной латуни, выполненный с утолщением 7 в виде радиального выступа. Проводник 6 установлен в изоляторе 2 герметично, при этом утолщением 7 проводник 6 поджат через уплотнение 8 к одной стороне перегородки 5 посредством дополнительной гайки 9, упирающейся в другую сторону перегородки 5.
Для обеспечения целостности конструкции и повышения электрической прочности в изолятор 2 введены изоляционные втулки 10 из поликарбоната, одна из которых установлена до упора в утолщение 7, а другая - в дополнительную гайку 9.
Переход высоковольтный снабжен элементами для подсоединения любых ответных частей данного присоединительного ряда, для чего к проводнику 6 с обоих концов навинчены наконечники 11 с напаянными цангами 12. Торцы перехода высоковольтного защищены крышками 13. На посадочной поверхности корпуса 1 имеются канавки для установки в них уплотнительных колец 14.
Сборка перехода высоковольтного осуществляется следующим образом.
В корпус 1 вводят изолятор 2 с надетым уплотнением 4. Центральный электрический проводник 6 с надетым уплотнительным кольцом 8 помещают в изолятор 2 и фиксируют в изоляторе 2 посредством дополнительной гайки 9. На резьбовые концы проводника 6 навинчивают втулки 10 до упора их в радиальный выступ 7 и гайку 9 соответственно. Затем на проводник 6 накручивают наконечники 11 с напаянными цангами 12. Изолятор 2 поджимают к корпусу 1 поджимными гайками 3. Торцы перехода высоковольтного защищают закоротками 13. В канавки на корпусе 1 устанавливают уплотнительные кольца 14. Переход собран и готов к работе.
На предприятии переход был установлен через металлическую стенку малогабаритного взрывозащитного контейнера. Были проведены динамические взрывные испытания, результаты которых подтверждают герметичность ВК в месте установки перехода, как до, во время, так и после проведения испытаний. Место установки и переход выдержали воздействие воздушной ударной волны и продуктов взрыва внутри камеры заряда ВВ общей массой ТНТ до 0,5 кг. До и после испытаний переход был проверен на герметичность избыточным давлением (0,5±0,05) МПа и (7,5±0,5) МПа воздуха. Контролировалось отсутствие падения давления в течение от 15 до 20 минут. Попадание продуктов взрыва в окружающую среду при использовании известных методик и средств регистрации не зафиксировано, что особенно важно при наличии экологически опасных продуктов взрыва. При проведении взрывных испытаний переход с запасом обеспечил требуемые номинальные параметры электрического импульса. Кроме того, при испытании на несущую способность давлением (30±0,5) МПа в течение 5 минут переход сохранил герметичность и целостность конструкции. Переход может быть использован в условиях повышенной влажности, так как он выдержал испытания на повышенную влажность с дополнительной проверкой электрической прочности изоляции. Испытательное напряжение составляло 9 кВ. Переход выдержал проверку электрической прочности изоляции, при этом сопротивление изоляции между цангой и корпусом в нормальных климатических условиях составило более 100 МОм, электрическое сопротивление цепи - не более 0,1 Ом, при этом испытательное напряжение 16 кВ. Переход без изменения электрических и механических характеристик выдержал повышенную температуру среды до 70°С.
Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для ввода электрических проводников в загрязненную зону, в частности, во внутреннее пространство малогабаритного герметичного взрывозащитного контейнера (ВК);
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для повышения надежности и качества передачи энергии высоковольтного сильноточного высокочастотного электрического импульса при расширении области применения в условиях ударно-волновой нагрузки и повышенной влажности;
- 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, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».