Вісник НАН України. 2015. № 10. С. 42–45.
https://doi.org/10.15407/visn2015.10.042

МОСКАЛЕНКО Володимир Борисович
головний інженер комплексного устаткування Інституту прикладної фізики НАН України

ЧИЖОВ Ігор Григорович –
завідувач сектору науково-технічних та
конструкторських розробок Інституту прикладної фізики НАН України

ВАРАКІН Олег Вікторович –
завідувач технологічного сектору Інституту прикладної фізики НАН України

ПАВЛЕНКО Юрій Анатолійович
провідний інженер Інституту прикладної фізики НАН України

САМОЙЛОВ Павло Євгенович –
провідний інженер Інституту прикладної фізики НАН України

ДРОЗДЕНКО Олександр Олексійович –
кандидат фізико-математичних наук,
головний інженер 
Інституту прикладної фізики НАН України

ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ТЕХНІЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ВИСОКОВОЛЬТНИХ ПРИСТРОЇВ З ЕЛЕГАЗОВОЮ (SF6) ІЗОЛЯЦІЄЮ

В Інституті прикладної фізики НАН України розроблено і виготовлено пристрій для осушення і відновлення елегазу, який використовують як ізолювальний газ у прискорювальному мас-спектрометрі. Пристрій забезпечує необхідні параметри елегазу – точку роси, не вищу за –55°С, і чистоту, не нижчу від 99,8%, що уможливлює безперебійну роботу мас-спектрометра впродовж більш як двох років.

Ключові слова: прискорювальний мас-спектрометр, гексафторид сірки, осушення і відновлення елегазу.

В Інституті прикладної фізики (ІПФ) НАН України розроблено і введено в експлуатацію прискорювальний мас-спектрометр 4110Bo-AMS-1MV Tandetron [1], у прискорювачі якого як ізолювальний газ застосовано гексафторид сірки SF6.

Гексафторид сірки вперше було отримано Анрі Муссаном у 1900 р. У 30-х роках минулого століття відомий учений Б.М. Гохберг, досліджуючи електричні властивості різних газів, звернув увагу на унікальні особливості SF6, завдяки яким ця речовина може бути хорошим електричним ізолятором, зокрема у високовольтних пристроях – прискорювачах [2]. Згодом за гексафторидом сірки закріпилася назва «елегаз», як скорочення від «електричний газ». За нормальних умов SF6 – безбарвний, інертний, негорючий і нетоксичний газ з великою густиною (6,56 кг/м3), високим коефіцієнтом теплового розширення та електричною міцністю, майже втричі більшою за повітря. Елегаз не старіє, тобто не змінює своїх властивостей з часом; в умовах електричного розряду розпадається, але швидко рекомбінує, відновлюючи початкову діелектричну міцність. Основні фізико-хімічні характеристики елегазу наведено у роботі [3].

З технічного, економічного і екологічного погляду альтернативи використанню елегазу в приладах високої напруги на сьогодні немає, але під час роботи з ним слід уникати виділення газу в атмосферу; відкачувати і очищувати використаний елегаз для повторного використання; оцінювати параметри газу і вивчати методи його регенерації.

У прискорювальному мас-спектрометрі напруга може досягати 1,5 МВ, тому для запобігання пробою ізолювальний газ має бути сухим і чистим. Його чистота повинна бути не меншою ніж 99,8%, а точка роси – не вищою за –55ºC. У всіх поширених системах прискорювачів осушення і очищення ізолювального газу здійснюють періодично. При цьому в кожному циклі частково осушений газ доводиться зріджувати і закачувати в проміжну ємність.

Фахівці ІПФ НАН України запропонували нову економічну схему, в якій ізолювальний газ можна безперервно осушувати в замкнутій системі за низького тиску і при досягненні необхідних параметрів знову повертати в бак прискорювача приладу.

Принципову схему розробленого приладу ІПФ5.880.010 для осушення і відновлення елегазу наведено на рисунку. Бак прискорювача 1 наповнюється з ємності (балона) 10, в якому елегаз зберігають під високим тиском у рідкому стані. Газ при цьому проходить по лінії: 10–30–23–8–19–5–20–26–27–12–1 крізь фільтр осушення і відновлення 5.

У разі зниження тиску в балоні 10 (нижче за 7 бар) елегаз проходить по лінії: 10–22–20–16–4–15–2–13–12–1 через безмасляний елегазовий компресор 4 і фільтр механічних частинок 2.

У режимі осушення і відновлення елегаз відбирають з бака прискорювача 1, прокачують через фільтри 2, 4 і повертають назад у бак по лінії: 1–25–24–8–19–5–16–4–15–2–13–12–1.

Контроль точки роси і чистоти газу здійснюють у певній ділянці бака прискорювача 1 з використанням штатного обладнання прискорювального мас-спектрометра.

Фільтр осушення і відновлення 5 заповнено силікагелем та алюмогелем у пропорції 1:2. Через 100–200 годин роботи фільтр очищують від сорбованих продуктів розпаду елегазу і води за допомогою нагрівання нагрівачем 6 і відкачування вакуумним насосом 7 по лінії: 5–17–7–18.

Під час промислового випробування пристрою при осушенні елегазу в ємності прискорювального мас-спектрометра за 10 годин точка роси знизилася з –35 до –55ºС. Завдяки циркуляції елегазу за низьких тисків енергомісткість процесу осушення зменшилася майже вдвічі, скоротилася кількість додаткових ємностей для зберігання елегазу (15 шт.) і звільнився один вакуумний насос. Усе це істотно знизило собівартість процесу осушення.

Розроблений і виготовлений в Інституті прикладної фізики НАН України пристрій ІПФ5.880.010 для осушення і відновлення елегазу забезпечує безперебійну роботу прискорювального мас-спектрометра 4110Bo-AMS-1MV Tandetron упродовж як мінімум двох років. Швидкість осушення в точці роси становить 2ºС/год. На пристрій одержано патент [5]. Обладнання є простим за конструкцією і зручним в експлуатації, його можна використовувати для обслуговування високовольтних установок і фізичних приладів, у яких як ізолювальний газ застосовують SF6
Повний текст