一种用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极的制作方法

1.本实用新型涉及绝缘真空技术领域，特别涉及一种用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极。


背景技术：

2.真空电极是一种可以穿过真空腔壁，将大气端的各种电功率、电讯号、运动、流体及光束等传输到真空室内部的密封装置。真空电极的绝缘结构(包括绝缘结构和金属电极结构)的耐压性能是首要解决的问题，常规的技术要求：该电极整体真空漏率≤1
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m3/s，电极绝缘性能直流60kv，漏电流≤20μa。如果绝缘结构的耐压性能不能保证，不仅不能保证真空器件的性能参数，而且通常会出现电击穿现象，严重影响使用寿命和可靠性。
3.常规传输电流的真空电极有：单针真空电极、多针真空电极和同轴式真空电极；其中，多针真空电极通常用于电信号或低功率应用的传输，单针真空电极和同轴式真空电极通常用于大电流、高功率的传输。目前实验设备中传输电流应用最广泛的就是单针真空电极。
4.单针真空电极可以广泛的应用于高真空大电流的传输，常规的绝缘结构是陶瓷-金属密封技术将导电组件钎焊到高纯度氧化铝陶瓷绝缘中，随着实验中对电流要求的提高，陶瓷组件的尺寸也相应的增加，对安装尺寸紧凑的实验设备较为不利；此外，如果在脉冲电流作用下，电缆产生的振动会损坏陶瓷组件，进而影响到真空电极的绝缘以及密封功能，所以必须寻求更为紧凑、性能更为稳定的电极结构。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极，用来转接真空内、外电缆，传导超大电流以及真空密封。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
7.一种用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极，包括电极芯及套设在所述电极芯上的绝缘筒，所述电极芯上通过真空钎焊有一焊接法兰，所述焊接法兰的内端通过螺纹连接有端部绝缘法兰，所述焊接法兰的外端与电极芯的外壁围合形成一环形空腔；
8.所述绝缘筒的内端插入所述环形空腔并与所述焊接法兰通过螺纹连接，且在绝缘筒的内端端部与所述环形空腔的底部之间设有第一密封圈；
9.所述的绝缘筒上设有一台阶部，且在该台阶部处设有一连接法兰，所述连接法兰与所述绝缘筒通过螺纹连接，且在连接法兰与所述绝缘筒的台阶部之间设有第二密封圈。
10.在进一步的技术方案中，所述端部绝缘法兰与所述连接法兰之间设有湿包绕绝缘层。
11.在进一步的技术方案中，所述端部绝缘法兰与所述焊接法兰的螺纹连接处、所述焊接法兰与所述绝缘筒的螺纹连接处，以及所述绝缘筒与所述连接法兰的螺纹连接处均涂抹有常温树脂。
12.在进一步的技术方案中，所述电极芯临近端部绝缘法兰的一端连接真空室内电缆，临近连接法兰的一端连接真空室外电缆。
13.在进一步的技术方案中，所述绝缘筒远离所述焊接法兰的一端通过螺纹连接有绝缘延长筒。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：
15.基于本实用新型提供的穿壁电极的绝缘性能和真空性能完全满足设计要求，在此绝缘结构基础上，只需要调整爬电距离l和电气间隙t即可设计出更高要求的真空电极。
16.此外，本实用新型提供的穿壁电极可直接用于真空试验设备的电流传输中，适用电压范围很宽，可以通过调整参数满足不同要求的真空电极，为后续真空内磁体设计、电缆传输提供了可靠的数据依据。
附图说明
17.图1示出为根据本实用新型具体实施方式提供的一种用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极的结构示意图；
18.图中标号说明：01、电极芯；02、端部绝缘法兰；03、第一密封圈；04、焊接法兰；05、湿包绕绝缘层；06、绝缘筒；07、连接法兰；08、第二密封圈；09、绝缘延长筒。
具体实施方式
19.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本实用新型。
20.需要说明的是，在本实用新型中，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.本实用新型中，为了方便描述，将靠近真空室内的一端定义为内端，靠近真空室外的一端定义为外端。
23.如前所述，结合图1所示，本实用新型提供了一种用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极，所述穿壁电极包括电极芯01及套设在所述电极芯01上的绝缘筒06，所述电极芯01上通过真空钎焊有一焊接法兰04，所述焊接法兰04的内端通过螺纹连接有端部绝缘法兰02，所述焊接法兰04的外端与电极芯01的外壁围合形成一环形空腔，所述绝缘筒06的内端插入所述环形空腔并与所述焊接法兰04通过螺纹连接，且在绝缘筒06的内端端部与所述环形空腔的底部之间设有第一密封圈03；所述的绝缘筒06上设有一台阶部，且在该台阶部处设有一连接法兰07，所述连接法兰07与所述绝缘筒06通过螺纹连接，且在连接法兰07与所述绝缘筒06的台阶部之间设有第二密封圈08。
24.所述端部绝缘法兰02与所述连接法兰07之间设有湿包绕绝缘层05；
25.所述端部绝缘法兰02与所述焊接法兰04的螺纹连接处、所述焊接法兰04与所述绝缘筒06的螺纹连接处，以及所述绝缘筒06与所述连接法兰07的螺纹连接处均涂抹有常温树脂。
26.所述电极芯01临近端部绝缘法兰02的一端连接真空室内电缆，临近连接法兰07的一端连接真空室外电缆。
27.所述绝缘筒06远离所述焊接法兰04的一端通过螺纹连接有绝缘延长筒09。
28.本实用新型中，绝缘设计主要考虑两个基本参数，爬电距离l和电气间隙t，真空内l取a点至b点距离，真空外l取c到d距离，t取电极芯表面与绝缘筒件外壁之间的距离，t＝t1+t2；
29.uo≤k
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l；
30.uo≤s1
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t1+s2
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t2；
31.其中，uo-电极理论耐压，kv；l-爬电距离，mm；t-电气间隙，mm；t1-空气间隙，mm；t2-绝缘筒厚度，mm；s1-空气击穿系数，非真空环境下取10kv/mm；s2-g10环氧板击穿系数，非真空环境、污染等级i类取1kv/mm；k-爬电系数，真空环境下取0.5kv/mm，非真空环境、污染等级i类取0.3kv/mm。
32.真空外l取c到d的距离可以远大于真空内l取a点至b点距离，所以设计时主要保证真空内爬电距离。由于s1较其他系数比值较大，电气间隙较好选取。以真空电极耐压60kv为例，算的t1取6mm，t2取5mm，l取160mm。
33.本实用新型中，真空漏率主要靠第一密封圈03和第二密封圈08保证，作为优选的，所述的第一密封圈03和第二密封圈08选用unite seals密封圈，实测真空漏率可达到1.9
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34.本实用新型提供的用于高真空环境转接超大电流的穿壁电极的制作过程：
35.电极芯01与焊接法兰04钎焊密封固定，氦质谱检漏检漏，漏率≤1
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m3/s；
36.端部绝缘法兰02、绝缘筒06、连接法兰07的螺纹连接处涂抹常温树脂；选用swr400-100玻璃丝缠绕形成湿包绕绝缘层05，并固化后氦质谱检漏检漏，要求漏率≤1
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m3/s；连接绝缘延长筒09后，对真空电极测试电压dc60kv，要求漏电流≤20μa。
37.电压实测数据：在dc-60kv高压下真空电极对地绝缘最大漏电流为8μa，整体密封漏率最底可达2.2
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m3/s。
38.结论：此结构真空电极的绝缘性能和真空性能完全满足设计要求，在此绝缘结构基础上，只需要调整爬电距离l和电气间隙t即可设计出更高要求的真空电极。
39.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的特点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。