Разрядник

Разрядник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11764027

\ / (61) Дополнительное к ввт, саид-ву (22) Заявлено 110577 (21) 2485585/24-07 51)М. Кл.

01 Т 1/00, с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150930..Бюллетень № 34

Ю) УДК 621.316.. 933 (088. 8) Дата опубликования описания 150980 . (72) Авторы изобретения

В.Ф. Бухаров, А.И. Герасимов и В.А. Тананакин (71) Заявитель (54) РАЗРЯДНИК

1 !

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а конкретно — к сильноточным импульсным газонаполненным разрядникам, предназначенным для использования в качестве коммутаторов в высоковольт-, ных цепях при формировании импульсов высокого напряжения или большо- го тока.

Известны разрядники, содержащие два и более электродов, которые для ускорения срабатывания, умень- шения их индуктивности и увеличения крутизны нарастания тока, заполнены газом под давлением выше 1 ат (1).

Недостатком таких разрядников является то, что в сжатом газе разряд происходит в узком канале, в результате чего в нем создаются высокие плотности тока, вызывающие более сильную эрозию электродов, чем в разрядниках при атмосферном или меньшем давлении. Высокая температура в канале способствует разложению газа на активные составляющие, которые, взаимодействуя с продуктами эрозии электродов и с поверхностями деталей, вызывают их коррозию и образуют остаточные продух-* ты, дополнительно загрязняющие поверхности электродов и изоляторов.

Кроме того, при разряде в сжатом газе инициируется ударная волна, создающая в дополнение, к механическим статическим нагрузкам импульсное нагружение элементов и узлов раз рядника. Перечисленные факторы уменьшают надежность и ресурс работы разрядников, особенно при сильноточной

1О "коммутации.

Наиболее близким по своей технической сущности к данному изобретению является разрядник, содержащий заполненные газом под давлением со15 осно расположенйые сообщающиеся разрядную камеру и расширительную камеру, разделенные токопроводящей дисковой диафрагмой с отверстиями, и два электрода, расположенные в

20 разрядной камере по оси, причем один из электродов закреплен в центре указанной диафрагмы (2) .

В расширительной камере расширяется газ при повышении давления в

2 разрядном промежутке под действием проходящего через него коммутируемого тока, уменьшая тем самым импульсное нагружение несущих элементов конструкции разрядника, а не30 прерывный поток воздуха под давлением

764027 через разрядный промежуток способствует охлаждению изолятора, повышая тем самым его электрическук прочность, и очищает поверхности изолятора и электродов, удаляя продукты эрозии электродов и окислы азота.

Недостатком указанного разрядника является сложность его эксплуа тации в связи с необходимостью принудительной продувки разрядника, которая не позволяет поддерживать постоянным во времени давление воздуха в разряднике, что приводит к разбросу пусковых характеристик разрядника. Такой разрядник и система его газообеспечения не позволяют продувать через разрядник сильноэлектроотрицательные газы (например, элегаз), улучшающие пусковые н электропрочйостные характеристики .коммутаторов, выпуск таких газов в атмос- феру нецелесообразен. вследствие их высокой стоимости, и потому должна обеспечиваться принудительная циркуляция Газа в замкнутом контуре с очисткой и регенерацией газа.

Цель изобретения — повышение надежности, упрощение эксплуатации и повьыение срока службы +аполняющего газа.

Цель достигается тем, что в известном разряднике, содержащем заполненные газом под давлением сообщающиеся изоляционную разрядную камеру и расширительную камеру, разделенные токопроводящей дисковой диафрагмой с отверстиями, и два электрода, расположенные в разрядной камере, один из которых закреплен в указанной. диафрагме, внутренняя боковая поверхность разрядной камеры выполнена соплообразной и образует с боковой поверхностью электрода, закрепленного на диафрагме, кольцевое сопло, диафрагма снабжена выпускными в расширительную камеру и впускным из расширительной камеры кла -" панами, установленными в укаэанных .отверстиях, иэ которых отверстия выпускных клапанов выполнены сонлообразными, причем пропускная способность выпускных клапанов выбрана большей чем пропускная способность впускного клапана, а внутренняя поверхность расширительной камеры выполйена с наклонными в направлении открывания выпускных клапанов ребрами, а сообщающиеся разрядная

" и расширительная камеры герметизированы.

Для уравновешивания давления газа в разрядной камере и в расширительной камере перед очередным инициированием, срабатывания раз— рядника камеры соединены посредством дополнительного перепускного {дрос- селирующего) устройства, например в виде отверстия в разделяющем

Зо

5 выпускные клапаны 8, например в количестве 6 шт., а в электроде 5, расположенном на диафрагме, — выпускной клапан 9, тарелка этого клапана выполнена с перепускным отверстием 10. Поверхность разрядной камеры 4 имеет внутри обтекаемую форму и не образует совместно с другими деталями разрядника пазух или уступов, где могли бы концентрироваться продукты эрозии электродов и коррозии поверхностей, а образует совместно с поверхностью основного электрода 5 кольцевое сопло, плавно сопряженное с поверхностями отдельных, также соплообразной формы, отверстий выпускных клапанов в диафрагме б. Отверстия разделены ребрами, края которых, обращенные в расширительную камеру, служат седлами выпускных клапанов. Внутренняя поверхность расширительной камеры выполнена с наклонными ребрами 11.

Каждый из выпускных и впускных клапанов представляют собой подпружиненную с наименьшей массой тарелку в виде полого конуса иэ тонкого

;диэлектрического материала или из проводящего, не приваривающегося к материалу диафрагмы или электроконтактной сварке; например конус выполнен из титановой фольги, а диафрагма - из меди. Такое сочетание металлов не позволяет при протекании разрядного тока по диафрагме свариваться им между собой при возможноЬв искрении в местах их контактов или при размыкании контактов; седла клапанов можно выполнять из диэлектрического материала. Прй совмещении оси разрядника с вертикалью возврат объемы диафрагме, а именно во впускном клапане, причем пропускная способность перепускного отверстия меньше пропускной способности впускного клапана.

Для улучшения очистки объема разрядника при наполнении его элегазом или в смеси его с другими газами в расширительную камеру помещен селективный поглотитель низ 0 ших фторидов, например активированный глинозем.

На фиг. 1 показан предложенный .разрядник с тремя электродами; на фиг. 2 — разрез по Б-Б; на фиг. 3разрез по A-.A.

Управляющий электрод 1 герметично установлен во втулке 2 из диэлектрика и размещен соосно в отверстии основного электрода 3,,герметично закрепленного в изоля20 ционной разрядной камере 4, другой основной электрод 5 присоединен к токопроводящей диафрагме б с отверстиями, разделяющей разрядную камеру 4 и расширительную камеру 7.

В отверстиях диафрагмы 6 установлены симметрично вокруг электрода

--5

764027 впускного клапана в закрытое положение может осуществляться только силой собственного веса тарелки. В расширительном объеме помещен поглотитель 12 активных продуктов раэ— ложения газа в разряде, например активированный глинозем, при наличии в рабочей смеси газов элегаза, электроды подключены к токонесущим шинам 13. Разрядная и расширительная камеры выполнены разъемными, например имеют болтовое соединение с уплотняющей прокладкой из резины.

Выступ 14 диафрагмы в тело разрядной камеры 4 позволяет уменьшить напряженность электрического поля в зоне примыкания изолятора к диафрагме.

Принцип действия разрядника состоит в следующем. Разрядник заполняется рабочей газовой средой до требуемого давления (о 1 ат) . -При подаче на электрод 1 импульса управляющего напряжения пробивается промежуток между электродами 3 и 5.

Под воздействием протекающего через разрядный канал тока происходит нагрев газа как в канале разряда, так и в разрядном объеме за счет излучения из канала и теплопроводности газа. Одновременно с возникновением ударной волны, распространяющейся по направлению от канала, по- N вышается давление газа в разрядном объеме, в результате чего открываются клапаны 8, пропуская в расшири-тельную камеру нагретый газ вместе с взвешенными в газе продуктами 35 эрозии электродов и остаточными продуктами разложения газа в разрядах.

При этом движущийся газ очищает поверхности элементов разрядного объема, что особенно характерно для 40 сильноточных разрядов, высоких давлений и тяжелых газов. Направление перемещения газа показано на чертеже стрелками. По мере прохождения расширительной камеры газ остывает, 45 периодически расширяясь в пазухи между ребрами, кинетическая энергия движущегося газа уменьшается, взвешенные частицы осаждаются на поверхностях ребер. При этом максимальное количество загрязнений будет концентрироваться в пазухах из-за меньших начальных температур поверхностей в них. Чем ниже температура поверхностей ребер и чем больше площадь этих поверхностей, тем эффективней будет очищаться газ. Охлаждению разрядной камеры способствует конвекция окружающей ее среды, например жидкого диэлектрика. По окончании протекания тока через раз- рядный канал газа в разрядной камере охлаждается за счет отвода тепла деталями, образующими ее замкнутый объем, давление в объеме снижается, и по достижении равенства давлений 65 в камерах — разрядной и расширитель ной — выпускные клапаны В закрываются. При последующем уменьшении в разрядном объеме давления открывается выпускной клапан 9 и очищенный газ начинает через него перетекать в разрядную камеру до тех пор, пока не уравновесятся давления в обеих камерах. Разъемность корпусов разрядного и расширительного объемов позволяет через определенное число включений разрядника заменять корпус расширительного объема другим, предварительно подготовленным, а также обеспечивает смену селективного поглотителя или очистку расширительного объема от накопившихся продуктов эрозии и коррозии.

Кольцевое сопло наиболее целесообразно создавать вокруг, того основного электрода, наличие грязи около которого в наибольшей степени критично к возможности неуправляемого пробоя по объему газа или по поверхности изолятора между основйыми электродами; при наполнении элегазом и статическом Напряжении наиболее вероятен пробой с катодного электрода,при импульсном напряжении — с анодного ° При необходимости разрядник может быть снабжен и вторым расширительным объемом со стороны другого основного электрода.

При таком выполнении разрядника отпадает необходимость в присоединении к нему громоздких газопроводов — для непрерывной подачи и отвода газа, так как разрядник может быть поставлен на рабочее место, будучи предварительно наполненным рабочим газом до требуемого дав" ления и загерметизированныму возникающие при срабатывании разрядника и оседающие íà поверхностях продукты эрозии электродов и коррозии поверхностей деталей будут срываться с поверхностей ударной волной и ,взвешиваться в газе, который, расширяясь в расширительный объем, будет там очищаться, причем твердые ча стицы будут концентрироваться на поверхностях расширительного объема, особенно в пазухах, например между ребрами; замена газа при таком выполнении разрядника необходима только после серии его запусков, например в количестве до нескольких тысяч разу сокращается также и рас,ход газа в связи с периодическим наполнением разрядника, а это дает возможность испольэовать в нем сильноэлектропрочные тяжелые дорогостоящие газы, а также смеси из сильноэлектроотрицательных тяжелых и легких газов, ибо длина соединительных участков между разрядным и расширительным объемами сведена к минимуму, 764027

Формула изобретения и разделения кбмпонентов смеси не будет. Соплообразность поверхностей разрядного объема и плавное сопряжение их с отверстиями выпускных клапанов (то есть-отсутствие по направлению движения газа каких-либо уступов или пазух) позволяет эффективно очищать поверхности изолирующего корпуса и электродов от загрязнений, повышая электрическую прочность изоляции разрядника, понижая тем самым вероятность его неуправляемого пробоя с числом включений и увеличивая ресурс его стабильных срабатываний. Размещение отверстий кла панов около того электрода, вероятность самопробоя которого больше, позволяет дополнительно увеличить электропрочность коммутатора за счет особо эффективной очистки этого электрода и поверхности примыкания изолирующего корпуса к разделяющей объемы диафрагме.

Авторами были проведены с положительным результатом испытания ма-. кета предложенного разрядника тригатронного типа. Разрядник, заполненный смесью ЗОЪ 5Р„+ 70% М до давления 20 ат, коммутировал емкостной накопитель с з апасйемой энергией-2,5 кДж, импульсно заряжаемый за 0,7 мкс до напряжения 500 кВ, амплитуда разрядного тока составляла 100 КА, то есть заряд и энергоемкость накопителя были равны максимальным аналогичным параМетрам накопителя при испытании прототипа в рабочем режиме. Исследования показали, что после. заполнения тригатрона газом, герметичного уплотнения его объема и последующего подсоединения в.разрядную цепь пусковые и электропрочностные характеристики тригатрона не изменились в течение 3.10 срабатываний. Осмотр тригатрона показал, что поверхности деталей в разрядном промежутке не загрязнены, в то время как загрязнения сосредоточены на поверхностях расширительного объема; при этом толщина отложений продуктов эрозии и коррозии в пазухах этого объема достигала 3 мм. За время испытаний не наблюдалось случаев каких-либо пробоев по поверхности или по объему изолирующего корпуса разрядника.

1. Разрядник, содержащий заполненные газом под давлением сообщающиеся изоляционную разрядную камеру и расширительную камеру, разделенные токопроводящей дисковой диафрагмой с отверстиями, и два электрода, расположенные в разрядной камере, один из которых закреплен в указанной диафрагме, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и срока службы заполняющего газа и упрощения эксплуатации, внутренняя боковая поверхность разрядной камеры выполнена соплообраэной и образует с боковой поверхностью электрода, закрепленного на диафрагме, кольцевое сопло, диафрагма снабжена выпускными в расширительную камеру и впускным из расширительной камеры

2О клапанами, установленными в указанных отверстиях, из которых отверстия .выпускных клапанов выполнены соплообразными, причем пропускная способность выпускных клапанов выбрана большей, чем пропускная способность впускного клапана, внутренняя поверхность расширительной камеры выполнена с наклонными в направлении открывания выпускных клапанов ребрами, а сообщающиеся разрядная и расширительная камеры герметизированы.

2. Разрядник по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что диафрагма выполнена с перепускным отверстием, пропускная способность которого выбрана меньшей, чем пропускная способность впускного клапана.

3. Разрядник по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что при выборе в качестве заполняющего ra-

40 за элегаза или его смеси с другими газами, он снабжен поглотителем низших фторидов, помещенным в расширительной камере.

Источники информации, 45 принятые во.внимание при экспертизе

1. Комельков В.С. Книга. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М., Атомиздат, 1970, с. 322.

2. Вабыкин М.В. Долговечные малоиндуктивные разрядники с непрерывным потоком газа.-ПТЭ, 1974, М 2, с. 105-107.

764027 иг.!. /-y

Составитель Е. Бочкова

Редактор Т. Лошкарева Техред A.Ùåïàíñêàÿ

Корректор Г. Решетник

Заказ 6297/47 Тирам 844 .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам ивобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4