Вентильный разрядник

Вентильный разрядник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

()978253

Союз Советскик

Социапистическик

Рестптбяии

ОП ИСАНЯЯ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

* с. (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву(22) Заявлено 29. 08.79 (21) 2811786/24-07 с присоединением заявки М

СЗФМ%-.--КМ,--=.

Н О1 Т 5/00

3Ьоударотаеааый комитет

СССР ао дюлаи кзооретеакй в открыткй (28) Приоритет

"Ублнковано 30.11.82. Бюллетень %44

Дата опубликования описания 30. 1 1.82 (ЬЭ) УДК 621..31,6 933 (088. 8) (72) Авторы изобретения

З.И. Асиновский, A.À. Афанасьев и Е.П. Пахомов

Институт высоких температур АН СССР (7l ) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬН6!И РАЗРЯДНИК

Изобретение относится к электротехнике, а именно к разрядникам, предназначенным для защиты электрических сетей от перенапряжений, и может быть использовано при конструи- ровании. вентильных разрядников.

Известны вентильные разрядники, содержащие последовательно соединенные искровые промежутки, образованные парами электродов, и нелинейные io резисторы $1).

Наиболее близким к предлагаемому является вентильный разрядник, содержащий последовательно соединенные .по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изо- у ляционного материала. В этом разряднике после пробоя дуга выдувается из искрового промежутка и движется, удлиняясь, по роговым электродам под действием силы электромагнитного взаимодействия тока дуги с магнитным полем. Магнитное поле создается по" следовательно включенными катушками магнитного дутья (2).

8 этом вентильном разряднике ду" гогасительная способность ограничена величиной удлинения дуг в плоских дугогасительных камерах. Кроме того, в .цепь разрядника для создания магнитного. поля введены катушки магнитного дутья, что усложняет его схему и конструкцию.

Целью изобретения является увеличение дугогасительной способности вентильного разрядника при одновременном упрощении его электрической схемы. указанная цель достигается тем, что в вентильном разряднике, содержащем последовательно соединенные по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, обра978253

3 зованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изоляционного материала, дугогасительные камеры искровых промежутков выполнены едиными в виде винтовой лопасти, навитой на центральном цилиндре, роговые электроды искровых промежутков расположены по винтовой линии между витками винтовой лопасти и закреплены на поверхности указанно" го центрального цилиндра.

Кроме того, для повышения пропускной способности разрядника нелинейный резистор можно включить между соседними искровыми промежутками.

На фиг. 1 схематично изображен

/ вентильный разрядник,.общий вид,, диметрия, частичный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Вентильный разрядник содержит дугогасительную камеру искровых промежутков, стенки которой образованы винтовой лопастью 2,, расположенной (навитой) на поверхности полого цент" рального цилиндра 3 с малым шагом (около 1-2 см и менее). Лопасть 2 и цилиндр 3 можно изготовить из различ" ных электроизоляционных материалов, например из пластмасс, таких как полисульфон, поликарбонат,.листьевая полиэтилентерефталатная смола (лавсан) методами литья или ытамповки. .Возможно выполнение камеры 1 сборной из отдельных элементов.

Винтовая полость дугогасительной камеры 1, выполняющая роль дугогаси" тельной щели, имеет ширину h, обычно около 1-6 мм в зависимости Ьт величины расчетного тока сопровождения разрядника. Толщина винтовой. лопасти, равная (P- h), определяется технологией изготовления и расчетным ресурсом работы разрядника и может составлять около 2-10 мм, Размеры дугогасительной камеры 1: диаметр О, длина Н и диаметр центрального цилиндра d определяются соотношениями

D - 2 Г V(t) dt о а,,Ч ыи2Ш)1 Г

КЕ(с) О где Е - напряженность электричес" кого поля в винтовой дуге, отнесенная к наружному краю этой дуги (к длине переднего фронта, расширяющейся в радиальном направлении дуги);

V(t) - радиальная скорость движе5 ния дуги;

z(t) - индуктивность винтовой дуги;

3(t) - ток сопровождения, являющиеся функциями времени t; !

О U - амплитудное значение номиС нального напряжения защищаемой сети; время гашения тока сопровождения.

И . Величина d задает индуктивное сопротивление вентильного разрядника в момент пробоя и определяет (совместно с нелинейным последовательным сопротивлением) величину тока сопро20 вождения в этот момент. Можно выполнить вентильный разрядник даже с

d О, при этом электровыводы к искровым промежуткам, например, для подключения шунтирующих резисторов

25 могут быть выполнены в теле винтовой лопасти 2, Внутри дугогасительной камеры 1 на поверхности центрального цилиндра 3 по винтовой линии .расположены

30 образующие искровые промежутки пары роговых электродов 4, последовательно соединенные токопроводами 5. Для примера на фиг. 1 в пятом сверху витке дугогасительной камеры 1 показан искровой громежуток со своими рсговыми электродами 4, а в третьем сверху витке - токопровод 5 с роговыми электродами 4 соседних искровых променутков.

Роговые электроды 4 предназначены для задания направления движения опорных пятен дуг 6 тока сопровожде" ния, движущихся в винтовой полости дугогасительной камеры l в радиальном направлении под действием силы электромагнитного взаимодействия тока дуг 6 с магнитным полем разряд, ника.

После выхода дуг 6 отдельных искровых промежутков на концы своих роговых электродов 4 происходит их слияние в единую винтовую дугу 7.

Дуги 6 и 7 на фиг. 1 для простоты показаны только в пятом витке. Длина роговых электродов 4 и высота их подъема в радиальном направлении определяют время работы токопроводов 5 и роговых электродов 4 отдель9782 ных искровых промежутков до слияния дуг 6 в единую дугу 7.

Для перемещения опорных пятен единой винтовой дуги 7 в процессе расширения этой дуги 6 в радиальном на- 5 правлении в начале и конце винтовой полости дугогасительной камеры расположены входной 8 и выходной 9 ро" говые электроды разрядника, ориенти" рованные радиально. К электроду 8 подключен ввод 10 разрядника, а к электроду 9 - нелинейный последовательный резистор 11 или непосредственно вывод 12 разрядника. Входной роговый электрод 8 разрядника электрически соединен с токопроводом 5 первого искрового промежутка, а выходной роговый электрод 9 - с токопроводои 5 последнего искрового промежутка. 20

На фиг. 2 для пояснения работы разрядника показано положение дуг 6 в двух моментах времени Cl и 5 и дуги 7, Положение дуги бс1 соответствует начальному моменту горения дуги 6 на начальных участках роговых электродов 4. Положение дуги бо со" ответствует моменту подхода дуги 6 к концам роговых электродов 4, когда происходит переброс одного ее кон-30 ца (фиг. 2, ытриховые линии) на входной роговый электрод 8 разрядника и слияние другого ее конца с аналогичной дугой 6 6 второго искрового промежутка (фиг. 2, штриховые линии).зу

Положение дуги 7 соответствует некото- рому моменту расширения образовавшейся винтовой дуги, причем одно из опорных пятен этой дуги 7 перемещается по входному роговому электроду 8 40 разрядника.

Через отверстия 13 в стенке центрального цилиндра 3 к токопроводам 5 подключен параллельно первому искровому промежутку шунтирующий его резистор 14 для задания распределения потенциала по искровым промежуткам, расположенный во внутренней полости центрального цилиндра 3. Аналогично подключаются шунтирующие резисторы или резисторы .и конденсаторы) ic остальным искровым промежуткам.

На фиг. 3 представлен разрез вен.тильного разрядника в средней части дугогасительной камеры 1, показывающий электрическое соединение соседних искровых промежутков через нелинейный последовательный резистор (не

53 6 показан), шунтируеиый при образовании единой винтовой дуги 7. Для этого к участкам 15 и 16 одного из токопроводов 5, выполненного с разрывом, через отверстия 13 в стенке центрального цилиндра 3 подключены электровыводы 17 и 18, расположенные во внутренней полости централь" ного цилиндра 3, для подключения нелинейного резистора (не показан).

При положении 6 дуг 6 искровых промежутков, когда происходит Мх слияние в едина винтовую дугу 6, изменяется обтекание током сопровождения элементов разрядника (на шиг.3 направление протекания тока указано стрелками). До слияния дуг ток протекает через нелинейный резистор (не показан), подключенный к электровы водам 17 и 18, после слияния дуг 6 в единую дугу 7 через этот резистор ток не протекает.

Для исключения пробоя между рогоI выми электродами 4 соседних искровых промежутков или участками 15 и 16 токопровода, электрически соединенными через нелинейный последовательный резистор, подключенный к электровыводам 17 и 18, до момента слияния дуг 6 в единую дугу 7 целесообразно расположить между концами этих участков 15 и 16 токопровода 5, электрически соединенными через не. линейный последовательный резистор, подключенный к электровыводам 17 и

18, и примыкающими роговыми электро,дами 4 радиально ориентированную пе-:. регородку.винтовой полости, выполненную из электроизоляционного материала и имеющую высоту в радиальном направлении, несколько превышающую высоту расположения концов этих роговых электродов.

Электровыводы 17 и 18 к нелинейному последовательному резистору, если он располагается во внутренней полости центрального цилиндра 3, целесообразно выполнить винтовыми с направлением навивки, обратным навивке винтовой лопасти 2 дугогасительной камеры 1, и расположить во внутренней полости центрального ци-. линдра 3. Такое исполнение электровыводов 17 и 18 усиливает магнитное поле разрядника..Для повышения электрической прочности разрядника внутреннюю полость центрального цилинд97В253 8 ра ) можно залить электроизоляционным материалом,, например смолой.

Винтовую лопасть 2 дугогаситель- ной камеры целесообразно выполнить зигзагообра зной в радиальном направ- 3 ленин для экранирования искровых промежутков от излученияотошедшей дуги б или дуги 7 тока сопровождения.

Это способствует ускорению восстановления электрической прочности искровых промежутков, т.е. увеличению ве" личины их пробивного напряжения до номинального значения.

Вентильный разрядник работает следующим образом.

После пробоя искровых промежутков при наложении на разрядник перенапряжения через него, по винтовой линии протекает ток сопровождения, что приводит к созданию продольного относительно оси дугогасительной камеры 1 магнитного поля. Иными словами, рас.положение электродов 4 искровых промежутков с токопроводами 5, их соединяюцими, по винтовой линии позволяет совместить их основные функции с функциями катушек магнитного дутья.

Дуги 6, загорающиеся в искровых промежутках после их пробоя, в результате взаимодействия тока каждой 30 дуги 6 с продольным магнитным полем разряд><ика двигаются E радиальном (наружу) и азимутальном (концы дуг 6 как бы насиваются в противоположные сторон.< на роговые электроды 4) направлениях, эффективно удлиняясь.

При выходе дуг 6 на концы роговых электродов 4 происходит их слияние в единую дугу 7, имеющую винтовую форму. Время от момента пробоя раз-, 4в рядника до слияния дуг б зависит от длины и высоты подъема в радиальном направлении, роговых электродов 4, что задает длину дуг 6,. и тем самым их сопротивление на момент слияния. 4

Слияние. дуг 6 приводит к шунтированию нелинеиных последовательных резисторов, включенных между соседними искровыми промежутками, что приводит к скачкообразному уменьшению сопротивления разрядника в момент слияния дуг б и соответствующему увеличению тока сопровождения, отбираемого через разрядник из защищаемой сети, т.е. к увеличению пропускной способ- ® ности разрядника и, тем самым, к. ускорению снятия перенапряжения в этой сети. При этом энергия, рассеиваемая в шунтируемых нелинейных резисторах, уменьшается, что позволяет уменьшить их габариты.

Выполняя отдельные пары роговых электродов 4 разной длины и высоты расположения их концов (и перегородок между ними) в радиальном направлении, можно задать разное время шунтирования нелинейных последовательных резисторов разной величины, подключенных к этим роговым электродам 4 с помощью уч стков 15 и !б токопроводов 5 и электровыводов 17 и 18 с тем, чтобы соответствуюцие ступеньки на вольтамперной характеристике разрядника располагались почти горизонтально.

При этом требования к нелинейности самих нелинейных последовательных резисторов уменьшаются.

После образования единой винтовой дуги 7 токопроводы 5 и роговые электроды 4 всех искровых промежутков выключаются из токовой цепи, что уменьшает их нагрев и износ. Образующаяся единая винтовая дуга 7 (плазменный соленоид) под действием собственног< магнитного поля продолжает, удлиняясь, расширяться в радиальном направлении.

При достижении длины винтовой дуги, соответствующей увеличению напряжения на разряднике до необходимого уровня, определяемого напряжением и индуктивностью защицаемой сети, произойдет ее гашение, если избыточный заряд, поступивший в с ть, отведен и перен.>пряжение снято. 8 противном случае винтовая дуга 7 будет продолжать расширяться, а напряжение на разряднике увеличиваться до возникновения по- . вторного пробоя его искровых промежутков. При этом загораются дуги 6 в искровых промежутках, шунтирующие дугу 7, в результате чего последняя гаснет. Процесс работы разрядника повторяется.

Так как в предлагаемом вентильном разряднике не требуется наличия паузы тока для гашения тока сопровождения, то он может использоваться в цепях как переменного, так и постоянного тока. Использование разрядников по изобретению для защиты электрического оборудования и сетей позволит повысить надежность их защиты путем уменьшения длительности и величины импульсов перенапряжений.

8оэникшая в. предлагаемой конструкции разрядника винтовая форма расши978253 10 резисторе, вследствие уменьшения времени его работы.

9 ряющейся в радиальном направлении единой дуги с малым значением шага (около 1-2 см и менее) обеспечивает более эффективное, чем в плоской конфигурации дугогасительной камеры, удлинение дуги, что повышает дугогасительную способность разрядника. Одновременно такая плотная (с малым шагом) винтовая дуга тока сопровождения разрядника обеспечивает наиболее 10 эффективное использование собственного магнитного поля тока сопровождения разрядника. Это позволяет упростить схему разрядника за счет исключения катушек магнитного дутья 15 с их защитными обходными искровыми промежутками. К тому же уменьшается нагрев токопроводов и эрозионный износ роговых электродов искровых промежутков в результате уменьшения вре- 20 мени их работы (до слияния дуг в единую винтовую дугу).

Шунтирование нелинейного последовательного резистора (или резисторов) при достижении дугами искровых про- 25 межутков заданной длины и, соответственно, сопротивления (длина дуг перед слиянием определяетчя расположением и длиной роговых электродов соседних искровых промежутков) позволяет повы- sp сить пропускную способность разрядника (повысить нелинейность его вольтамперной характеристики) и уменьшить величину энергии, рассеиваемой в этом

Формула изобретения

1. Вентильный разрядник, содержащий последовательно соединенные по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изоляционного материала, отличающийся тем, что, с ц лью повышения дугогасительной способности, дугогасительные камеры искровых промежутков выполнены едиными в виде винтовой лопасти,навитой на центральном цилиндре, роговые электроды искровых промежутков расположены по винтовой линии между витками винтовой .лопасти и закреплены на поверхности указанного центрального цилиндра.

2. Разрядник по и. 1, о т л ич а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения пропускной способности, нелинейный резистор включен между со. седними искровыми промежутками.

Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шишман Д.В. и др. Вентильные разрядники высокого напряжения. Л., "Энергия", 1971, с. 151.

2. Патент ClJA Ь 3611045, кл. 317-74 1972

97 253

f0

8НИИПИ Заказ 9232/70

Тираж 630 Подписное ееее филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä.va.Проектная.4

ППП,Патент Зак. Я 7 —