[發明專利]一種具有可調參數絕緣介質的高溫高壓電氣貫穿件

有效

• 申請號: 202110035104.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112786263B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 耿屹楠;張勇;周偉松
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C13/02
• 分類號: G21C13/02;G21C17/116;H01B17/64;H01B17/56
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張迎新;史光偉

本發明屬于核反應堆工程領域，特別涉及一種具有可調參數絕緣介質的電氣貫穿件，包括主絕緣結構、輔助絕緣結構、導體、法蘭、玻璃、硅膠層和固定螺釘。主絕緣結構位于導體與法蘭之間，在導體方向上延伸，超出法蘭的長度，主絕緣結構遠離導體的一側有一個凸臺。輔助絕緣結構位于主絕緣結構遠離導體的另一側。主絕緣結構的材料是介電常數小、電阻率高、電導率低的材料，主絕緣結構采用聚醚醚酮，用于降低絕緣介質表面場強。輔助絕緣結構的材料是可變電導材料，輔助絕緣結構在絕緣材料中摻雜金屬氧化物獲得可變電導材料，用于改善絕緣介質表面電場的不均勻分布，防止局部出現電場高點。

技術領域

本發明屬于核反應堆工程領域，特別涉及一種具有可調參數絕緣介質的高溫高壓電氣貫穿件。

背景技術

電氣貫穿件是核電廠的重要電氣設備，按照安全等級分類，是IE級電氣設備。電氣貫穿件主要用途是在正常和事故工況下，為反應堆內的電氣設備提供電氣連接的通道，提供電源或輸送控制、監測信號，同時要保證密封性。高溫氣冷堆為實現放射性包容，將主氦風機等電氣設備布置于一回路壓力邊界內，因此需要電氣貫穿件貫穿一回路壓力邊界，為壓力邊界內的電氣設備提供電源，傳輸信號，同時保證一回路壓力邊界的完整。

高溫氣冷堆是國際公認的具有第四代安全特征的核反應堆堆型。我國在高溫氣冷堆的研發、示范工程建設居于世界領先地位。高溫氣冷堆采用耐高溫的陶瓷包覆顆粒燃料元件，以氦氣為一回路冷卻劑，可僅靠非能動的熱傳導和熱輻射機制，將堆芯熱量帶走，保證燃料最高溫度不超過限值，與傳統壓水堆核電站相比，具有固有安全性。

常規壓水堆核電站，電氣貫穿件貫穿反應堆安全殼，安全殼內外都是空氣，電氣貫穿件承壓較小。高溫氣冷堆一回路壓力邊界內側是高溫高壓(150℃、7MPa)的氦氣，外側是常壓空氣，因此一回路電氣貫穿件需要在承受高溫高壓的同時保持密封性；高溫氣冷堆主氦風機的驅動電機是高壓大容量變頻電機，額定電壓6kV，因此為主氦風機供電的一回路電氣貫穿件需要承受高電壓、大電流的作用，絕緣性能也必須滿足要求。

由此可見，高溫氣冷堆一回路電氣貫穿件的工作條件與常規壓水堆電氣貫穿件有很大區別，因此一直是高溫氣冷堆安全級電氣設備研制的重點之一。國內，清華大學、江蘇華光電纜電器有限公司開展了一回路電氣貫穿件的研制，申請了專利。其中，申請號為201310282770.5的專利公開了一種金屬陶瓷燒結高溫高壓電氣貫穿件，申請號為201610192458.0的專利公開了一種金屬玻璃燒結的一回路電氣貫穿件。這兩項專利均是圍繞無機物(陶瓷、玻璃)與金屬燒結構成密封結構，所提出的一回路電氣貫穿件結構形式電場分布具有明顯的垂直于絕緣體的特征，容易發生沿面放電，也俗稱“爬電”。

發明內容

針對上述問題，本發明的一種具有可調參數絕緣介質的高溫高壓電氣貫穿件，針對玻璃-金屬密封電氣貫穿件的結構，從主絕緣的材料選擇、結構設計以及輔助絕緣材料改性等方面進行特殊設計，以此降低電場幅值，改善電場均勻性，降低發生沿面放電的風險。

一種具有可調參數絕緣介質的高溫高壓電氣貫穿件，所述電氣貫穿件包括導體、法蘭、主絕緣結構和輔助絕緣結構；

所述主絕緣結構位于導體與法蘭之間；所述輔助絕緣結構位于主絕緣結構遠離導體的另一側；

所述主絕緣結構的材料是介電常數小、電阻率高、電導率低的材料；所述輔助絕緣結構的材料是可變電導材料。

進一步地，所述主絕緣結構在所述導體方向上延伸，并超出法蘭的長度，主絕緣結構遠離導體的一側有一個凸臺，固定螺釘將凸臺固定在法蘭上面。

進一步地，所述輔助絕緣結構為薄壁圓筒，輔助絕緣結構的內壁加工成內螺紋，在主絕緣結構與輔助絕緣結構的接合處，主絕緣結構的內壁加工成外螺紋，輔助絕緣結構和主絕緣結構成為一體。

進一步地，所述電氣貫穿件還設有玻璃，玻璃位于導體和法蘭之間，玻璃的底部高于法蘭的底部，并未超出法蘭的上邊緣。