Коммутатор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЙЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 051278 (21) 2691591/18-21 151)М Кл Н 03 К 3/53 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий.(088.8) Дата опубликования описания 23,1280(72) Авторы изобретения Г. С. Коршунов, М. Т. Пичугина, Н. В, Седов и В. В. Хмыров Научно-исследовательский институт высоких напряженийпри Томском ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническом институте им. С.М. Кирова(54) КОММУТАТОР Изобретение относится к области электротехники, преимущественно высоковольтной импульсной техники и мо.жет быть использовано в установках для формирования высоковольтных им пульсов напряк.ения и тока.Известны высоковольтные наносекундные коммутаторы - искровые разрядники, состоящие из двух основных электродов, междукоторыми размеще но устройство запуска (средний и управляющий электроды), коммутирующие токи.в несколько десятков килоампер и более, в которых управляющая искра зажигается в области основного раз рядного промежутка иежду управляющим и средним электродами11 .Однако в указанных коммутаторах основной электрический разряд с помощью управляющей искры фиксируется 20 по оси электродной системы, вызывая интенсивную электрическую эрозию центральной части электродов. При больших импульсных токах (до сотен килоампер) и большой частоте повто рения импульсов, центральная часть электродов обгорает, что увеличивает разброс по времени между срабатываниями разрядника и выводит из строя весь коммутатор. Замена электродной 30,системы возможна только после оста,новки машины и частичной ее разборки, .что требует дополнительных материальных затрат и времени.Наиболее близким техническим решением к Предлагаемому является коммутатор - искровой разрядник. Коммутатор содержит два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин, разделенных изоляционной прокладкой и снабженное центральным сквозным отверстием 2 .В предлагаемом коммутаторе управляющая искра зажигается в устройстве запуска при,перекрытии изоляционной прокладки в центральном сквозном отверстии. Основной электрический разряд происходит всегда между одними и теми же участками на поверхностях основных электродов, расположенных против отверстия в устройстве запус ка. Вследствие. интегрального эрозионного эффекта при многократном воздействии электрического разряда эти участки поверхностей основных электродов значительно разрушаются, что :.уменьшает надежность и долговечность :разрядника,как коммутатора, ведет к искажению электрического поля в промежутке, снижает его электрическую прочность и ухудшает стабильность запуска коммутатора. Кроме того, в этом коммутаторе весьма слабо выражен эффект искажения электрического поля в . разрядном промежутке, поэтому время срабатывания последнего сравнительно велико, а стабильность запуска составляет десятки наносекунд.Цель изобретения - повышение надежности, увеличение срока службы коммутатора и повышение стабильности 10 его запуска.Поставленная цель достигается тем, что в коммутаторе, содержащем два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух метал лических пластин, размещенных между основными электродами и разделенных изоляционной прокладкой, причем эти металлические пластины и изоляционная прокладка снабжены сквозным отверсти- Щ ем, одна из пластин подсоединена к активному делителю напряжения и заземлена через дополнительный резистор и закорачивающий разрядник, устройство запуска снабжеио несколькими сквозными отверстиями, а изоляционная прокладка выполнена с буртиками по периметру отверстий, выступающими за края металлических пластин.Так как управляющая искра с рав- у нбй вероятностью зажигается в любом из отверстий устройства запуска, то основной электрический разряд с такой же вероятностью и синхронно с управляющей искрой перемещается по .всей поверхности основных электродов, против которой находятся отверстия в устройстве. запуска, что уменьшает поверхностную плотность электрических разрядов и, следовательно, увеличивает эрозионную стойкость и срок 40 службы электродной системы и коммутатора в целом. Кроме того, временные характеристики в предлагаемой конструкции коммутатора значительно стабилизируются. 45Выполнение изоляционной прокладки с буртиками обеспечивает одновременное воздействие на разрядный промежуток ультрафиолетовой подсветки от поджигающей искры, значительного пе- щ ренапряжения и сильного искажения электрического поля, возникающего приперекрытии поджигающей искрой букетиков изоляционной прокладки. Пр 9 чем все три указанных эффекта воздействуют на оба искровых зазора, образованные при помещении устройства запуска между основными электродами. Поэтому оба искровых зазора пробиваются с малым запаздыванием и разбросом по времени. 60На фиг, 1 изображен схематически коммутатор; на фиг, 2 - узел устройства запуска, где изоляционная прокладка выполнена с буртиками по периметрам отверстий. б 5 Коммутатор (см,фиг,1) содержит два основных электрода 1 и 2 устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин 3 и 4, разделенных изоляционной прокладкой 5.Металлические пластины 3, 4 и изоляционная прокладка 5 снабжены сквозными отверстиями б. Пластина 4 подсоединена к активному делителю напряжения с резисторами 7 и 8 и одновременно заземлена. через дополнительный резистор 9 и закорачивающий разрядник 10. Резистор 11 выполняет роль разрядного сопротивления. Изоляционная прокладка 5 может быть снабжена бурти. ками 12 (см.фиг. 2) по периметрам отверстий б.Коммутатор работает следующим образом.В исходном состоянии напряжение на пластине 4 (О 4) и на закорачивающем разряднике 10 (Ою ) равны:О 4=О=ОВВВ 1 + В 8где О - разность потенциаловмежду основными электродами 1 и 2;В и Вв - резисторы 7 и 8, соответственно.Потенциал пластины 3 (О) определится как:. - , ыВ, +ВС 4где С и С 4 - емкости между пластиной 4 и электродом 2 и между пластинами 3 и 4, соответственно.Соотношение емкостей С 4. и и расстояние по перекрытию края изоляционной прокладки 5 в отверстиях б между пластинами 3 и 4 выбираются таким образом, чтобы до срабатывания закорачивающего разрядника 10 не произошло перекрытие прокладки 5. После пуска закорачивающего разрядника 10 потенциал пластины 4 с постоянной времени Т = В 9"С 4(В сопротивление резистора 9) принимает значение потенциала земли. С такой же постоянной времени возрастает разность потенциалов между пластинами 3 и 4. Расстояние по поверхности изоляционной прокладки 5 между пластинами 3 и 4 выбирается меньше в отверстиях, чем на краях. После перекрытия по поверхности изоляционной прокладки в отверстии б искровой зазор между электродом 1 и пластиной 4 оказывается под перенапряжением равным отношению В + В 3/В и под воздействием ультрафиолетовой. подсветки от поджигающей искры. В результате этого зазор 1-4 пробивается с малым временным разбросом и все напряжение прикладывается к резистору 9. Искровой зазор 4-2 оказывается под перенапряжением равным отношению В + Вв/В . На него также воздействует подсветка от поджи 790159гающей искры и от искры при пробое искрового зазора 1-4. Поэтому зазор 4-2 пробивается с малым запаздыванием и временным разбросом.Выбирая постоянную времени Ф =В 9 С 4 2 Ж (1 - 2)н и минимальное падение напряжения на В (после5 пробоя искрового зазора 1-4) равным 2 О/3, т.е. й 4 ъ 2 В где й - разрядное сопротивление, получаем условие для выбора емкости С 4 и соответственно толщины изоляционной про кладки 5: 10-9 и Вй С 2 РЗф т + 0 ЕИп где Едп и 0 - напряженность перекрытия и длина по поверхности изоляци Я онной прокладки 5 в отверстиях между пластинами 3 и 4. Кроме того, должно выполняться условие Еп 0 ( Е . д, где Е и д - пробивная напряженность материала прокладки и ее толщина. 20Выполнение изоляционной прокладки 5 с буртиками 12 по периметрам отверстий 6 приводит к улучшению условий формирования основного электрического разряда коммутатора. Поджигающая искра при своем развитии вынуждена огибать буртики 12 изоляционной прокладки по краям отверстий. В результате этого искра, как острие выносится в области обоих искровых зазоров, тем самым сильно искажая электричес- ЗО кое поле вблизи металлических пластин. В последнем случае к эффектам перенапряжения и ультрафиолетовой подсветки, воздействующим на искровые зазоры в коммутаторе с изоляционной 35 прокладкой без буртиков, добавляется еще эффект сильного искажения электрического поля. Совместное воздейст- вие этих трех факторов приводит к снижению времени запаздывания основного разряда в коммутаторе и уменьшению его разброса. Проведенные предварительные испытания на опытных образцах коммутаторов показали, что, поджигающая искра с равной вероятностью зажигается в каждом из сквозных отверстий устройства запуска, синхронно с которой развивается и основной электрический разряд. В предлагаемом коммутаторе (на порядок и более) увеличивается площадь рабочей поверхности .основных электродов, значительно увеличивается срок службы электродной системы, и, следовательно, стабилизация времени срабатывания коммутатора.Кроме того в коммутаторе с изоляционной прокладкой с буртиками по периметрам отверстий устройства запуска уменьшается в 3 раза время запаздывания пробоя и в 5 раз его разброс.Формула изобретения1. Коммутатор, содержащий два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин, размещенные междуосновными электродами и разделенныхизоляционной прокладкой, причем этиметаллические пластины и изоляционная прокладка снабжены сквозным отверстием, одна иэ пластин подсоединена к активному делителю напряженияи заземлена через дополнительный резистор и закорачивающий разрядник,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повьхаения надежности и увеличения срока службы коммутатора, устройство запуска выполнено с несколькимисквозными отверстиями.2. Коммутатор по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я дгем, что, с цельюуменьшения времени запаздывания срабатывания коммутатора и повышениястабильности его пуска, прокладкавыполнена с буртиками по периметруотверстий, выступающими за края металлических пластин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 441663, кл, Н 03 К 3/53, 1974.2. Авторское свидетельство СССР9 525376, кл. Н 03 К 3/53, 1976,: 790159 Составитель В. СедовРедактор Н. Кончицкая Техред Е,Гаврилешко Коррект Ковинска иал ППП "Патент Ужгород, ул. Проектн Заказ 9059/58ВНИИПИпо113035, М Тираж 995 Подписосударственного,.комитета СССРлам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д.