[发明专利]一种高承重高隔离性能的金属绝缘嵌套型中间绝缘盘

说明书

本发明提供一种高承重高隔离性能的金属绝缘嵌套型中间绝缘盘，一是解决现有楔形中间绝缘圆盘机械张力强度不足、绝缘体安全裕度低和局部放电引发绝缘劣化加速的问题，二是解决现有T形中间绝缘圆盘工程应用受限和绝缘拉杆长期使用塑性变形的问题。该装置包括阳极金属体、绝缘基体和阴极金属体；绝缘基体为圆环结构，且圆环内表面为楔形面；阳极金属体和阴极金属体结构相同，且对称嵌入绝缘基体内；阳极金属体包括阳极大端和阳极小端；阳极小端远离阳极大端的端面与绝缘基体的上表面平齐；阳极小端上设置有与阳极导体连接的盲孔；阴极金属体包括阴极大端和阴极小端；阴极小端远离阴极大端的端面与绝缘基体的下表面平齐。

技术领域

本发明涉及高电压绝缘装置，具体涉及一种高承重高隔离性能的金属绝缘嵌套型中间绝缘盘，应用于脉冲功率装置高电压导体之间的电气隔离，特别是用于快直线型变压器驱动源单元模块高电压输出之间的绝缘。

背景技术

快直线型变压器驱动源(FLTD)被誉为脉冲功率技术领域的一次革命性进步，其特点是将传统的脉冲产生、压缩和成形环节集成至高约20cm～30cm、直径数米的圆盘形模块中(即FLTD单元模块)。理论上，单个FLTD模块即可输出峰值电流2.0MA、峰值电压约100kV、前沿时间小于100ns的功率脉冲。

FLTD模块内部结构如图1所示，其实际为一台脉冲变压器，初级由多个放电支路并联，每个放电支路由两支正负充电的电容器11和一支电触发气体放电开关12组成，各放电支路的放电回路均包绕磁芯13一圈。次级为一金属圆柱筒，整个模块在电路上则相当于初级由多个单匝线圈并联，次级为一单匝线圈。各放电支路同步工作时，次级负载可以近似获得与初级充电电压一致的峰值电压，而电流则为单个放电支路电流的N倍(N为模块放电支路并联数)。

FLTD模块通过一中间绝缘圆盘14馈入至次级，该绝缘圆盘14具有以下功能：一是实现圆盘形阴、阳极导体之间高电压的电气隔离(最高电压可达200kV)；二是作为连接件，实现圆盘形阴、阳极导体之间的紧固与密封。工程实际中，如何同时兼顾二者功能成为FLTD模块研制的工程技术难题。

针对FLTD模块中间绝缘盘的结构设计，目前主要提出两种结构。在Chuan Liang，Lin Zhou，Fengju Sun等学者的《A repetitive 800kA linear transformer driversstage for Z-pinch driven fusion-fission hybrid reactor》(Laser and ParticleBeams,2015,33,pp.535-540)中提出了一种楔形截面的中间绝缘圆盘(简称楔形中间绝缘圆盘)。如图2所示，楔形中间绝缘圆盘22上设置有螺纹盲孔，圆盘形阳极导体21、圆盘形阴极导体23上设置有通孔，且通过金属螺杆固定至楔形中间绝缘圆盘22上；圆盘形阳极导体21、圆盘形阴极导体23的内侧端面设置有密封槽，通过螺杆拉力与楔形中间绝缘圆盘22压缩橡胶密封圈实现中心侧与外侧的密封隔离。该结构的优点是结构简单、紧凑，但其存在以下方面的不足：1)由于楔形中间绝缘圆盘22为有机材料，其螺纹屈服强度仅约10⁸N/m²量级，安装过程中容易造成滑丝甚至崩裂，安装完成后总体拉力有限，在模块注油条件下进行整体吊装时(总重达到3t)，易出现密封漏油问题；2)为确保一定的拉力，螺杆需伸入至楔形中间绝缘圆盘22较深位置，在楔形中间绝缘圆盘22总体高度一定的条件下(受限于总体设计要求)，导致螺杆头部与圆盘形阴、阳极导体之间的体绝缘距离远小于绝缘盘总体厚度，成为绝缘安全的“短板”；3)在没有安装螺杆时，圆盘形阴、阳极导体之间等效为“板-板”电极，电场分布近似为稍不均匀场，引入螺杆后，二者之间等效为“棒-板”电极，加之电极间隙明显缩短，电场分布呈现为极不均匀场，易导致局部放电，进而加速绝缘老化。