一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子制造技术

本发明专利技术涉及脉冲功率技术领域，提供一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子。高压真空绝缘子为同轴结构的双锥绝缘子，包括开关侧锥体和负载侧锥体；在开关侧锥体表面刻绕线槽，绕线槽沿锥体表面非均匀分布，具体采取两边密、中间疏的分布方式，接地电感以螺旋方式非均匀绕于绕线槽内部，用于消除主脉冲之前的预脉冲；根据电感值以及Tesla型脉冲源输出线内外径的尺寸，确定接地电感的总匝数N；根据电感总匝数N，确定绕线槽的具体分布和刻槽参数；接地电感两头与Tesla型脉冲源输出线单元可靠电连接；负载侧锥体用于绝缘和支撑的作用，并在表面刻槽以提升负载侧锥面的真空沿面闪络阈值。本发明专利技术实现了真空绝缘子和接地电感的“二合为一”，进而实现了驱动源的紧凑化。而实现了驱动源的紧凑化。而实现了驱动源的紧凑化。

【技术实现步骤摘要】
一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子


[0001]本专利技术涉及脉冲功率
，特别涉及一种内嵌接地电感的高可靠性长寿命高压真空绝缘子。

技术介绍

[0002]高压真空绝缘子安装于脉冲功率装置中，用于隔离传输线单元的绝缘介质(变压器油、去离子水、SF6及N2等)，为负载提供真空环境；同时还起到绝缘和支撑输出线单元高、低压导体的作用。
[0003]高压真空绝缘子从外形上分同轴绝缘子和径向绝缘子，从结构上分单体绝缘子和堆栈型绝缘子。对于Tesla型脉冲源，其高压真空绝缘子为同轴单体结构。专利技术专利“一种带接地外屏蔽的高电压锥形绝缘结构”(授权号：201212246311.7)对这一类型绝缘子的设计和外形进行了详细说明。专利技术专利“一种高压脉冲输出装置”(授权号：2019105064394)提出了一种双锥型同轴单体绝缘结构，用于提高绝缘子的稳定性和同轴度。事实上，双锥型同轴型真空绝缘子在实际应用中会发生真空沿面闪络，该问题严重影响了此类型绝缘子的可靠性和寿命。
[0004]同时，在脉冲功率装置中的传输线单元还安装有接地电感，用于起到消除预脉冲的作用。但由于接地电感的存在，传输线线单元较长而且结构复杂，这影响了驱动源整体的紧凑性和小型化，见图1(a)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子，解决了Tesla型驱动源整体的紧凑性和小型化的技术问题，见图1(b)。同时本专利技术在高压真空绝缘子的真空表面刻槽，解决同轴型真空绝缘子实际应用中容易发生真空沿面闪络的技术问题。
[0006]为达到上述目的，解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下；
[0007]一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子，高压真空绝缘子为同轴结构的双锥绝缘子1，包括开关侧锥体2和负载侧锥体3；
[0008]在开关侧锥体2表面刻绕线槽5，绕线槽5沿锥体表面非均匀分布，具体采取两边密、中间疏的分布方式，接地电感4以螺旋方式非均匀绕于绕线槽5内部，用于消除主脉冲之前的预脉冲；
[0009]接地电感4的电感值需满足以下两个原则：
[0010]第一，充电时，Tesla型脉冲源负载上的等效感抗尽可能的小，接地电感上分得电压要小于Tesla变压器充电电压的5％；
[0011]第二，放电时，Tesla型脉冲源负载上的等效感抗尽可能的大，等效感抗要求是负载阻抗的50～100倍；
[0012]根据电感值以及Tesla型脉冲源输出线内外径的尺寸，确定接低电感4总匝数N；根据电感总匝数N，确定绕线槽5的具体分布和刻槽参数；
[0013]接地电感4两头与Tesla型脉冲源输出线单元可靠电连接；
[0014]负载侧锥体3，起到绝缘和支撑的作用；在负载侧锥体3表面刻槽，用以提升负载侧锥面的真空沿面闪络阈值，刻槽方向垂直于槽面、以同心环方式均匀展开；刻槽宽度D根据绝缘子材料及纳秒真空沿面闪络机理而定。
[0015]进一步的，绕线槽5的刻槽步骤如下：
[0016]将总的线槽数等分为3份，前N/3的槽数分布于开关侧锥体2的小径段；后N/3的槽数布于开关侧锥体2的大径段；余下N/3的槽数分布于关侧锥体(2)的中间段；
[0017]中间段槽宽必须大于大径段和小径段的槽宽，比例系数k取1.2～1.5；同时，各个线槽的占空比为1:1，即档壁与槽宽相等；假设绝缘子开关侧锥面长度为L，则槽宽d可以计算如下：
[0018][0019]根据该式，求出槽宽d的取值：
[0020][0021]不同宽度线槽的深度均设计为d。
[0022]进一步的，绕线槽5在开关侧锥体2表面的分布如下：
[0023]第一：第1匝～第N/3匝刻于开关侧锥体2表面的小径段，刻槽参数为：宽度为d，深度为d，档壁为d；
[0024]第二：第(N/3+1)匝～第2N/3匝刻于开关侧锥体2的中间段，刻槽参数为：宽度为kd，深度为d，当壁为kd；
[0025]第三：第(2N/3+1)匝～第N匝刻于开关侧锥体2的大径段，刻槽参数为：宽度为d，深度为d，档壁为d。
[0026]进一步的，负载侧锥体3的刻槽宽度D槽和槽深H的设置条件如下：
[0027]二次电子产额δ小于1时，电子无法倍增、真空沿面闪络将无法形成，则电子入射能量W
i
满足如下关系：
[0028]W
i
＜W
1i
或W
i
＞W
2i
ꢀꢀꢀ
(3)
[0029]其中W
1i
和W
2i
分别为二次电子产额第一和第二交叉点；
[0030]假设电场平行于绝缘子表面，则电子在绝缘锥体表面两次碰撞间获得的能量W
i
可表示为W
i
＝eED；
[0031]由此刻槽宽度D必须满足：
[0032]或
[0033]槽深H须大于等于槽宽D，线槽占空比1:1，刻槽时，从负载侧锥体斜面与竖直段的切点开始，截止于锥体斜面与水平表面的切点。
[0034]进一步的，接地电感4选择有绝缘包覆层的同轴电缆内芯，绝缘层的外径须小于等于绕线槽5的槽宽d。
[0035]相对于现有技术，本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术实现了真空绝缘子和接地电感的“二合为一”，脉冲输出单元的长度大幅
缩短，进而实现了驱动源的紧凑化；
[0037]2、本专利技术开关侧接地电感的非均匀绕制使得瞬态匝间电压分布更均匀、负载侧刻槽使得真空沿面闪络阈值显著提高，两方面均使得真空绝缘子的可靠度和寿命大幅提高。
[0038]下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。
附图说明
[0039]图1(a)是现有技术中安装有接地电感和双锥型同轴真空绝缘子的输出线单元示意图；
[0040]图1(b)是本专利技术安装有内嵌接地电感的双锥型同轴真空绝缘子的输出线单元示意图；
[0041]图2是本专利技术内嵌接地电感的高可靠性长寿命高压真空绝缘子示意图；
[0042]图3是本专利技术实施例尼龙材料的二次电子发射系数随入射能量的变化曲线；
[0043]图4是本专利技术安装有内嵌接地电感双锥型同轴真空绝缘子的Tesla型脉冲源示意图。
[0044]图中，1
‑
双锥绝缘子；2
‑
开关侧锥体；3
‑
接地电感；4
‑
绕线槽；5
‑
负载侧锥体；6
‑
闪络抑制槽，7
‑
脉冲形成线单元，8
‑
主开关，9
‑
脉冲输出单元，10
‑
负载。
具体实施方式
[0045]下面结合附图和实施例，对本专利技术进行详细的解释和说明。
[0046]为了提高的紧凑性，本专利技术提出了将接地电感绕制于双锥型真空绝缘子的开关侧锥体表面；同时还在真空侧锥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子，其特征在于，所述高压真空绝缘子为同轴结构的双锥绝缘子(1)，包括开关侧锥体(2)和负载侧锥体(3)；所述开关侧锥体(2)，其表面刻绕线槽(5)，绕线槽(5)沿锥体表面非均匀分布，具体采取两边密、中间疏的分布方式，接地电感(4)以螺旋方式非均匀绕于绕线槽(5)内部，用于消除主脉冲之前的预脉冲；所述接地电感(4)的电感值需满足以下两个原则：第一，充电时，Tesla型脉冲源负载上的等效感抗尽可能的小，接地电感上分得电压要小于Tesla变压器充电电压的5％；第二，放电时，Tesla型脉冲源负载上的等效感抗尽可能的大，等效感抗要求是负载阻抗的50～100倍；根据电感值以及Tesla型脉冲源输出线内外径的尺寸，确定接低电感(4)的总匝数N；根据电感总匝数N，确定绕线槽(5)的具体分布和刻槽参数；所述接地电感(4)两头与Tesla型脉冲源输出线单元可靠电连接；所述负载侧锥体3，起到绝缘和支撑的作用；在负载侧锥体3表面刻槽，用以提升负载侧锥面的真空沿面闪络阈值，刻槽方向垂直于槽面、以同心环方式均匀展开；刻槽宽度D根据绝缘子材料及纳秒真空沿面闪络机理而定。2.根据权利要求1所述的一种内嵌接地电感的高压真空绝缘子，其特征在于，所述绕线槽(5)的刻槽步骤如下：将总的线槽数等分为3份，前N/3的槽数分布于开关侧锥体(2)的小径段；后N/3的槽数布于开关侧锥体(2)的大径段；余下N/3的槽数分布于关侧锥体(2)的中间段；中间段槽宽必须大于大径段和小径段的槽宽，比例系数k取1.2～1.5；同时，各个线槽的占空比为1:1，即档壁与槽宽相等；假设绝缘子开关侧锥面长度为L，则槽宽d可以计算如下：根据该式，求出槽宽d的取值：不同宽度线槽的深度均设计为d。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：苏建仓，赵亮，李锐，曾搏，徐秀栋，程杰，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：