ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СОСУД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
HV VESSEL FOR LIQUID DIELECTRICS TESTING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к высоковольтным сосудам для испытания жидких диэлектриков, а в частности к таким сосудам, имеющим боковые регулируемые электроды.
Предпосылки изобретения
В высоковольтном оборудовании, таком как трансформаторы, в качестве изолятора часто используют масло. Со временем изоляционные свойства масла снижаются из-за загрязнения водой, пылью или другими продуктами, выделяемыми из других материалов внутри трансформатора. Известно испытание изоляционных свойств этого масла в приборе, который называется прибором для испытания масла. Пробу испытуемого масла заключают внутри сосуда для испытания, находящегося внутри прибора для испытания масла. В таком сосуде для испытания к пробе масла прикладывают постоянно возрастающее напряжение до тех пор, пока через масло не проскочит искра в результате его электрического пробоя. Напряжение, при котором это происходит, называется напряжением пробоя.
В некоторых конструкциях сосуд для испытания имеет пару электродов, установленных на сторонах сосуда регулируемым образом, так что зазор между электродами можно регулировать. В альтернативных конструкциях, например, с электродами, свисающими вниз с крышки, электроды снимают вместе с крышкой, когда ее снимают для замены пробы масла в сосуде для испытания. Поскольку электроды погружены в пробу масла, с них капает масло, когда их снимают.
Против этого следует принять меры при разработке сосудов для испытания масла, потому что напряжение пробоя воздуха значительно меньше, чем напряжение пробоя испытуемого масла. В результате, если изоляция между электродами и воздухом, окружающим сосуд для испытания, оказывается недостаточной по сравнению с зазором между электродами в масле, то искра не проскочит через масло, как это желательно, а произойдет разряд через атмосферу. Это приведет к ошибочным результатам испытания.
Сущность изобретения
В соответствии с изобретением предложен узел высоковольтного сосуда для испытания жидких диэлектриков, содержащий:
сосуд, имеющий боковую стенку, ограничивающую камеру для приема испытуемого жидкого диэлектрика;
первый электродный узел, включающий в себя первый электрод, расположенный внутри камеры; и
второй электродный узел, включающий в себя второй электрод, расположенный внутри камеры;
при этом первый электродный узел содержит первый регулирующий механизм для перемещения первого электрода относительно второго электрода для регулирования зазора между ними, причем первый регулирующий механизм содержит:
первый электропроводный вал, проходящий сквозь боковую стенку и имеющий дистальный конец, прикрепленный к первому электроду; и
первое регулирующее колесико, введенное в зацепление с первым валом, так что вращение первого колесика преобразуется в осевое возвратно-поступательное движение первого вала;
при этом первое регулирующее колесико установлено на сосуд, причем извивы в первом регулирующем колесике сцепляются с извивами в сосуде.
Расположение регулирующего колесика, в частности сцепление его извивов с извивами сосуда, таково, что путь воздуха от электропроводного вала к периферии сосуда значительно увеличивается, приводя к значительно меньшей вероятности непреднамеренного разряда через воздух. Это означает, что можно уменьшить размеры узла сосуда для испытания, сохраняя защиту от разряда через воздух. Дополнительно или альтернативно, можно увеличивать испытательное напряжение. Компоновка такова, что зазор между электродами можно регулировать с большой точностью, еще и подавляя при этом пробой в воздухе.
Как правило, узел сосуда для испытания содержит первую роговидную крышку, соединенную с сосудом для испытания и укрывающую проксимальный конец первого электропроводного вала, причем проксимальный конец выполнен с возможностью электропроводного соединения с первым электрическим контактом изолированного роговидного элемента внутри узла для испытания, на который установлен сосуд для испытания, при использовании, первая роговидная крышка включает в себя извивы, которые сцепляются с извивами первого регулирующего колесика.
Предпочтительно, второй электродный узел содержит второй регулирующий механизм для перемещения второго электрода относительно первого электрода для регулирования зазора между ними, при этом второй регулирующий механизм содержит:
второй электропроводный вал, проходящий сквозь боковую стенку в точке, по существу противоположной первому электропроводному валу, и имеющий дистальный конец, прикрепленный ко второму электроду; и
второе регулирующее колесико, введенное в зацепление со вторым валом, так что вращение второго колесика преобразуется в осевое возвратно-поступательное движение второго вала относительно сосуда;
при этом второе регулирующее колесико установлено на сосуд, причем извивы во втором регулирующем колесике сцепляются с извивами в сосуде.
Хотя предпочтительно, чтобы каждый из электродных узлов включал в себя соответствующий регулирующий механизм, должно быть ясно, что один из электродов вместо этого может быть неподвижным.
Если узел сосуда для испытания включает в себя второй регулирующий механизм, то с сосудом для испытания может быть соединена вторая роговидная крышка, укрывающая проксимальный конец второго электропроводного вала, причем проксимальный конец выполнен с возможностью электропроводного соединения со вторым электрическим контактом изолированного роговидного элемента внутри узла для испытания, на который установлен сосуд для испытания, при использовании, вторая роговидная крышка включает в себя извивы, которые сцепляются с извивами второго регулирующего колесика. Таким образом, как и в случае сцепляющихся извивов первого регулирующего механизма, сцепляющиеся извивы второго регулирующего механизма таковы, что путь воздуха от второго электропроводного вала к периферии сосуда значительно увеличивается.
По выбору, упомянутый или каждый регулирующий механизм может включать в себя упругий элемент, установленный на проксимальный конец соответствующего вала, для принудительного перемещения этого вала, а значит - и соответствующего электрода, к другому электроду. Эта компоновка позволяет справиться с люфтом, который мог бы присутствовать между регулирующим колесиком и соответствующим валом.
Если имеется упругий элемент, то он может содержать электропроводную пружину, и в этом случае узел может дополнительно содержать электропроводную заглушку, соединенную с проксимальным концом соответствующего вала, и охватывающую пружину. Электропроводная заглушка способствует предотвращению коронного разряда с диаметра тонкой проволоки пружины за счет того, что та оказывается заключенной в металле под тем же напряжением.
Сосуд для испытания может дополнительно содержать штифт, проходящий в поперечном направлении сквозь упомянутый или каждый вал, причем этот штифт заключен в соответствующем пазу в сосуде, предотвращая вращение соответствующего вала и при этом обеспечивая требуемое осевое возвратно-поступательное движение. Чтобы задать межэлектродный зазор, между первым и вторым электродами можно вставить калиберный щуп. За счет предотвращения вращения вала уменьшается истирание калиберным щупом.
Упомянутый или каждый электрод может быть прикреплен с возможностью снятия к дистальному концу соответствующего вала. Наличие легко снимаемых электродов облегчает техническое обслуживание узла сосуда для испытания в целом и замену старых электродов, а также согласование разных форм электродов для разных стандартов. Кроме того, если вращение валов предотвращается расположением штифтов и пазов, облегчается замена каждого электрода, потому что его можно просто вывинтить из соответствующего вала без необходимости какого-либо дополнительного зажатия или удержания вала.
Упомянутый или каждый регулирующий механизм может дополнительно содержать запор для устраняемого предотвращения вращения регулирующего колесика, тем самым предотвращая возвратно-поступательное движение соответствующего вала. Таким образом, сразу же после задания желаемого межэлектродного зазора за счет относительного возвратно-поступательного движения упомянутого или каждого электрода, этот зазор можно зафиксировать.
Упомянутое или каждое регулирующее колесико может быть расположено концентрично вокруг соответствующего вала. Хотя возможны и другие компоновки, концентричность поможет гарантировать, что путь воздуха на периферию сосуда является согласующимся вокруг окружности вала.
Упомянутое или каждое регулирующее колесико может свободно вращаться, да еще и быть прикрепленным в осевом направлении к соответствующему валу и установленным с помощью резьбового соединения на сосуд. Альтернативно, упомянутое или каждое регулирующее колесико может свободно вращаться, да еще и быть прикрепленным в осевом направлении к соответствующему валу и установленным с помощью резьбового соединения на соответствующий вал. При первой компоновке регулирующее колесико перемещается в осевом направлении относительно сосуда по мере своего вращения. Поскольку колесико в этом варианте осуществления крепится в осевом направлении к валу, вал и колесико вместе перемещаются в осевом направлении (хотя колесико может и вращаться относительно вала). При второй компоновке вал перемещается в осевом направлении относительно регулирующего колесика по мере вращения этого регулирующего колесика. Поскольку колесико в этом варианте осуществления крепится в осевом направлении к сосуду, вал перемещается в осевом направлении относительно сосуда.
Краткое описание чертежей
Теперь изобретение будет описано на примере со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен вид в перспективе сверху сосуда для испытания, воплощающего аспект изобретения;
на фиг. 2 представлен вид спереди сосуда для испытания согласно фиг. 1;
на фиг. 3 представлен вид в сечении через сосуд для испытания согласно фиг. 2; и
на фиг. 4 представлен вид с торца сосуда для испытания согласно фиг. 1, с которого снята роговидная крышка, чтобы показать деталь защелки.
Подробное описание изобретения
Обращаясь, в частности, к фиг. 1-3, отмечаем, что узел 10 сосуда для испытания содержит центральный сосуд 12, имеющий боковую стенку 14, которая вместе с основанием 16 ограничивает внутреннюю камеру 18 для приема пробы с целью испытания. Сосуд 12 имеет по существу эллиптический или овальный профиль в плане, который обеспечивает прочность на сжатие. Съемная крышка 20 лежит на горизонтальной полке 21 обода 22 боковой стенки 14 сосуда. Обод включает в себя овальный стояк 23. Крышка включает в себя ручку 24, плоскую нижнюю часть 25 и край 26. Плоская нижняя часть 25 лежит поверх горизонтальной полки 21 сосуда, а край 26 сидит внутри овального стояка 23 сосуда.
При использовании, камеру 18 наполняют подлежащей испытанию пробой, такой как масло или другая диэлектрическая жидкость (не показана). Чтобы способствовать процессу наполнения, сосуд может быть выполнен из прозрачного или полупрозрачного материала. Линия 27 наполнения обеспечивает визуальное указание желаемого уровня пробы. Обод 22 сосуда включает в себя носик 28, который можно использовать для опорожнения сосуда после использования.
На противоположных сторонах сосуда 12 расположены первый и второй электродные узлы. Поскольку второй электродный узел является зеркальным отображением первого электродного узла, нижеследующее описание первого узла с соответствующими изменениями применимо ко второму узлу, отдельное описание которого приводиться не будет. Везде, где описание требует различения соответствующих одинаковых частей, позиция для части второго узла будет представлять собой позицию для первого узла, но с добавлением буквы «а» в конце.
Первый электродный узел содержит первый электрод 30, расположенный внутри камеры 18 и прикрепленный с возможностью снятия к дистальному концу вала 32, например, посредством резьбового соединения. Вал 32 проходит сквозь боковую стенку 14 сосуда в горизонтальной ориентации, входя в точке, по существу находящейся посередине сосуда 12 и примерно в центре более плоской стороны боковой стенки 14.
Усиливающая бобышка 34, выступающая наружу из боковой стенки 14, поддерживает вал 32 внутри расточенного отверстия 36. Вал включает в себя кольцевые канавки 38, 39, содержащие кольцевые уплотнения 40, 41, которые поддерживают уплотнение, предотвращая утечку пробы, находящейся внутри камеры 18, по расточенному отверстию 36.
Проксимальный конец вала 32 выступает наружу из бобышки 34. С целью, которая будет описана ниже, на проксимальном конце вала установлена металлическая цилиндрическая винтовая пружина 42. Пружина 42 заключена внутри электропроводной заглушки 44.
Первый электродный узел дополнительно содержит роговидную крышку 46. Роговидная крышка 46 содержит корпусную часть 48, которая ограничивает центральную полость 50, имеющую отверстие 52 на нижнем конце. Из верхнего конца корпусной части 48 выступает фланцевая часть 54 для крепления с возможностью снятия роговидной крышки 46 к усиливающей бобышке 34 посредством крепежных деталей 56.
Регулирующее колесико 60 находится между сосудом 12 и роговидной крышкой 46. Как лучше всего видно на фиг. 3 и 4, регулирующее колесико 60 располагается концентрично вокруг вала 32 и заключено между бобышкой 34 сосуда и фланцевой частью 54 роговидной крышки 46. Колесико 60 содержит центральную ступицу 62, установленную в кольцевой канавке 80 на валу, которая обеспечивает относительное вращение, да еще и предотвращает осевое перемещение между колесиком и валом. В более глубокой части 82 канавки 80 заключено дополнительное уплотнительное кольцо 81.
Регулирующее колесико 60 имеет змеевиковый профиль, содержащий последовательность пиков 63 и впадин 65, которые простираются по спирали от внутренней ступицы 62 к внешней окружной поверхности 66 с накаткой.
Бобышка 34 сосуда имеет концентричную последовательность кольцевых ребер 70, которые выступают из боковой стенки 14 сосуда по направлению к роговидной крышке 46. Роговидная крышка 46 имеет концентричную последовательность кольцевых ребер 72, выступающих по направлению к сосуду 12 из фланцевой части 54 роговидной крышки 46. Ребра 72 роговидной крышки 46 заходят внутрь кольцевых промежутков между ребрами 70 сосуда, а ребра 70 сосуда заходят внутрь кольцевых промежутков между ребрами 72 роговидной крышки 46. Гребенчатые ребра 70, 72 вместе ограничивают змеевиковый промежуток. Змеевиковые пики и впадины 63, 65 колесика 60 сидят внутри змеевикового промежутка, ограниченного гребенчатыми ребрами 70, 72. Иными словами, регулирующее колесико 60 имеет извилистый профиль, который сцепляется с соответствующими извилистыми профилями и в усиливающей бобышке 34 сосуда 12, и во фланцевой части 54 роговидной крышки 46.
Регулирующее колесико 60 установлено на сосуд 12 посредством резьбового соединения меду охватывающей резьбой на колесике и охватываемой резьбой на шпильке 90, образующей часть бобышки 34 и выступающей из центра боковой стенки 14. Соответственно, регулирующее колесико 60 перемещается в осевом направлении относительно сосуда 12, когда оно вращается. Поскольку колесико 60 зафиксировано в осевом направлении на валу 32, вал и колесико перемещаются вместе в осевом направлении (хотя колесико может и вращаться относительно вала). Таким образом, вращение колесика 60 приводит к поступательному движению первого электрода 30, а значит - и к регулированию межэлектродного зазора.
Вместо колесика 60, навинчиваемого на сосуд 12 через посредство шпильки 90 и свободно вращающегося, да еще и зафиксированного в осевом направлении на валу 32, колесико 60 может быть свободно вращающимся, да еще и прикрепленным в осевом направлении к сосуду 12 и устанавливаемым посредством резьбового соединения на вал 32. При этой альтернативной компоновке вал 32 перемещается в осевом направлении относительно регулирующего колесика 60, когда это регулирующее колесико вращается. Поскольку колесико 60 прикреплено в осевом направлении к сосуду 12 в этом варианте осуществления, вал 32 перемещается в осевом направлении относительно сосуда 12, что опять приводит к поступательному движению первого электрода 30, а значит - и к регулированию межэлектродного зазора.
Уплотнительное кольцо 81 также обеспечивает сочленение с незначительной степенью свободы между валом 32 и шпилькой 90, дающее более плавное регулирование межэлектродного зазора. Относительно большой диаметр регулирующего колесика 60 гарантирует точное регулирование электродов.
Пружины 42, 42a осуществляют предварительное нагружение регулирующих узлов во избежание люфта при регулировании межэлектродного зазора.
Полка 21 обода 22 сосуда шире в направлении электродов 30, 30а, чтобы придать жесткость узлу при поддержании более постоянного межэлектродного зазора. Дополнительное придание жесткости также обеспечивается посредством концентричных ребер 70, которые сцеплены с регулирующим колесиком 60. Крышка 20 выполнена таким образом, что давление в направлении электродов 30, 30a не прикладывается, так что это не должно искажать форму сосуда 12 для испытания и приводить к неверному межэлектродному зазору.
Как лучше всего видно на фиг. 4, запорный механизм 100 содержит защелку 102, шарнирно установленную на шарнирном пальце 104, который выступает из боковой стенки 14 сосуда в положении снаружи окружности регулирующего колесика 60. На свободном конце защелки, противоположном шарнирному пальцу 104, находятся язычок 106 и соответствующая собачка 108. В запертом положении собачка 108 находится в упругом зацеплении с пальцем 110 защелки, а средняя часть 112 находится в упругом зацеплении с частью внешней окружности колесика 60. Трение между средней частью 112 защелки 102 и внешней окружной поверхностью колесика 60 противодействует вращению колесика и тем самым запирает вал 32 и соответствующий электрод 30 в нужном положении.
Пользователь может деактивировать запорный механизм 100, оказывая нажим вниз на язычок 106, который отпускает собачку 108, и она выходит из зацепления с пальцем 110 защелки. Таким образом, защелку 102 можно поворачивать (по стрелке А), выводя из зацепления с колесиком 60 в отпертое положение. Выступ 114, выступающий из роговидной крышки 46, обеспечивает концевой упор, позволяющий остановить поворот защелки 102.
Специалисту будет ясно, что для предотвращения вращения регулирующего колесика 60 можно применить и другие запорные механизмы, чтобы запереть электрод 30 в нужном положении.
Вращение вала 32 предотвращается посредством штифта 120, установленного в поперечном отверстии 112, проделанном сквозь вал. Штифт 120 длиннее, чем диаметр вала, так что часть штифта 120 выступает из каждой стороны вала 32. Выступающие части штифта 120 находятся в щелевом пазу 124 в шпильке 90, предотвращая вращение вала и при этом обеспечивая требуемое осевое возвратно-поступательное движение. Эта компоновка полезна в случае, когда электрод 30 крепится с возможностью снятия к валу 32 посредством резьбового соединения, потому что электрод можно навинчивать на вал и свинчивать с него без необходимости зажатия или иного удержания вала.
При использовании, узел 10 сосуда для испытания следует разместить в испытательной камере, имеющей пару изолированных роговидных элементов, каждый из которых экранирует соответствующий подпружиненный электрический контакт на своем верхнем конце (не показаны). Роговидные крышки 46, 46a вместе с сосудом 12 следует опустить по роговидным элементам в положение, где обеспечивается скользящая посадка. Между контактами и соответствующими валами 32, 32a следует установить электрическое соединение, возможно - посредством соответствующих заглушек 44, 44a. Толщина и высота роговидных крышек 46, 46a были выбраны так, что они заполняют воздушный зазор от регулирующих колесиков до металлической стенки испытательной камеры.
При использовании, уровень испытуемой пробы должен быть достаточным для того, чтобы она покрывала оба электрода 30, 30a.
Чтобы задать межэлектродный зазор, между первым и вторым электродами 30, 30a можно вставить калиберный щуп (не показан). Упомянутое или каждое регулирующее колесико 60, 60a нужно вращать, чтобы произошло перемещение соответствующего вала 32, 32a в сосуд 12 или из него для перемещения соответствующих электродов 30, 30a. За счет того что предотвращается вращение вала, износ электродов 30, 30а снижается. Сразу же после задания межэлектродного зазора пользователь должен подтолкнуть упомянутый или каждый запорный механизм 100 в запертое положение, чтобы предотвратить дальнейшее регулирование по небрежности.
На концах электродов 30, 30а к ним - через посредство роговидных элементов и валов 32, 32а - следует прикладывать постоянно возрастающее испытательное напряжение. Постоянно возрастающее испытательное напряжение прикладывают к пробе до тех пор, пока через эту пробу не проскочит искра в результате электрического пробоя пробы. Таким образом и будет определено напряжение пробоя для этой конкретной пробы.
Наличие заглушек 44, 44a, в которых заключены пружины 42, 42a, подавляет коронный разряд с диаметра тонкой проволоки пружин за счет того, что они заключены в металле под тем же напряжением.
Кратчайшие расстояния в воздухе между соединениями с электродами 30, 30a или между этими соединениями и стенкой металлического кожуха, внутри которого во время испытания находится сосуд 12 для испытания, оптимизировано таким образом, что среднеквадратическое значение напряжения между электродами составляет 100 кВ на высоте 1 км, а среднеквадратическое значение напряжения между электродом и стенкой испытательной камеры составляет 50 кВ на высоте 1 км. Чтобы избежать пробоя в воздухе, а не в испытуемой пробе, путь воздуха от соединений с электродами 30, 30a до внешнего края узла 10 сосуда для испытания увеличивают, предусматривая извивы на регулирующих колесиках 60, 60a.
Это также является причиной появления юбки 130 внизу сосуда 12 для испытания, которая при использовании устанавливается на соответствующей приподнятой области (не показана) пола испытательной камеры под ней. В приподнятой области может быть заключен датчик температуры. Основание 16 внутренней камеры 18 сосуда может включать в себя утоненную область для обеспечения пути с низким тепловым сопротивлением к содержимому сосуда для датчика температуры. Дополнительная малая юбка, окружающая утоненную область основания 16, может улавливать очень малый объем воздуха между приподнятой областью и утоненной областью, обеспечивая низкое тепловое сопротивление, а значит - и повышенную точность измерения температуры. Кроме того, юбка 130 придает повышенную жесткость узлу и предотвращает искажающее влияние сквозняков под сосудом 12 на измерения температуры.
Сцепляющиеся извивы регулирующих колесиков 60, 60a и соответствующих роговидных крышек 46, 46a и сосуда 12, плюс юбка 130 - все эти элементы увеличивают протяженности пути утечки и зазора по сосуду от соединений с одним электродом 30 до соединений с другим электродом 30а и до стенки испытательной камеры. В результате, узел 10 сосуда для испытания можно приводить в действие при повышенных напряжениях и/или можно уменьшить размеры узла 10 и соответствующей испытательной камеры, что приводит к получению прибора со сниженным весом.
Хотя сосуд описан в связи с двумя одинаковыми регулируемыми электродными узлами, следует понимать, что задачу регулирования межэлектродного зазора можно решить за счет наличия лишь одного-единственного регулирующего механизма, а второй электрод при этом фиксируется в нужном положении.
Узел 10 сосуда для испытания разработан в соответствии с несколькими стандартами, но с общей для них конструкцией. Этот узел сосуда можно использовать в связи с вариантом, предусматривающим наличие мешалки с электроприводом, или с вариантом, предусматривающим наличие магнитной бобовидной мешалки.
Предпочтительно, узел 10 сосуда для испытания выполнен с использованием деталей, полученных путем литьевого формования пластмасс. Например, сосуд 12 для испытания, включая обод 22, юбку 130 и усиливающие бобышки 34, может быть отформован как цельный блок из прозрачного материала. Каждая из роговидных крышек 46, 46a может быть отформована как единое целое с соответствующими ребрами 72 и выступами 114. Пластмассы устойчивее к внешним воздействиям и легче по весу, чем стекло, да еще и могут быть химически инертными и стойкими к очищающим веществам. Литьевое формование гарантирует плавное закругление углов для простоты очистки, а также является недорогим в реализации.
С крышки 20 сосуда для испытания может свешиваться, например, с помощью опор, идущих книзу от нижней стороны крышки, необязательный овальный пластмассовый дефлектор (не показан), достигающий до поверхности масла в сосуде 12, тем самым устраняя воздух с поверхности масла в сосуде. Это удовлетворяет требованию одного конкретного стандарта, в соответствии с которым воздух не должен находиться в контакте с поверхностью масла в сосуде.
Как правило, валы 32, 32a, соединяющие электроды 30, 30a с контактами в роговидных элементах, выполнены из электропроводного материала. Вместе с тем, валы 32, 32a можно было бы выполнить из материала, который сам по себе не электропроводен, но несет проводник, например, пропущенный через полость.
Кроме того, следует понимать, что вышеизложенные принципы можно модифицировать для применения к проточному испытанию, такому как для оперативного контроля процессов (а не для описанного испытания статичной пробы). Это может потребовать модификации некоторых частей и может потребовать уплотнения крышки.
Примерная внутренняя камера 18 имеет вместимость 400 мл. Следует понимать, что равным образом применимы и другие вместимости - при надлежащей модификации остального устройства. Например, также предусмотрена камера 18 вместимостью 150 мл.