Разрядник

Союз Советскик Социалистическик РеспубликОп ИСАНИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ фгК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -Н 01 т 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель 54) РАЗРЯДНИК Изобретение относится к импульсной технике, а конкретно - к импульсным газоразрядным коммутационным устройствам, разрядная камера которых сообщается с окружающей газовой средой, например с атмосферой воздуха, и может быть использовано в качестве коммутатора в электрических цепях для формирования импульсов большого тока и или) высокого напряжения, в частности в генераторах умножения напряжения по методу Аркадьева-Маркса.Известен разрядник, шаровые электроды которого укреплены на металли ческих токоподводах, выведенных через изолирующий корпус конденсатора в воздух и присоединенных к обкладкам секций конденсатора 1.Недостатками разрядника являются 20 создание в помещении яркой неэкранируемой вспышки света и большого уровня акустического шума, а также загрязнение воздуха и поверхностей, в том числе изолирующего корпуса конденсатора между выводами с его обкладок, продуктами- эрозии электродов под действием разрядов. Вспышка света ухудшает электропрочностьвоздушной. изоляции и по повелхностям 30 диэлектриков, ускоряет старение твердой изоляции, загрязнение диэлектрических поверхностей продуктами эрозии, снижает их электропрочность и ресурс работы. Яркий свет, большой шум и частички распыленного металла в воздухе ухудшают условия работы обслуживающего персонала.Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому является разрядник, содержащий раэ" рядную камеру, в которой соосно установлены образующие разрядный промежуток электроды, по крайней мере, один из которых выполнен с полостью и отверстиями в стенках, через которые разрядная камера сооб" щается с окружающей газовой средой.В таком разряднике стенки каме" ры уменьшают яркость вспышки света, а выброс продуктов эрозии электродов происходит только по направлениям против указанных отверстий. Уровень шума практически не снижен 21.Недостатками такого разрядника являются выброс продуктов эрозии электродов в окружающую разрядник газовую среду, большой уровень импульсного акустического шума и низ 8666255 10 15 20 25 30 35 4 О 45 50 55 6 О 65 кая надежность разрядника в связи спопаданием в него из окружающей газовой среды взвешенных в ней пылинок,например иэ воздуха помещения, которые, поляризуясь при создании разности потенциалов на электродахразрядника, проникают через отверстияв стенки камеры и, концентрируясьна электродах, уменьшают надежностьразрядника из-за повышения вероятности его неуправляемого пробоя.1Цель изобретения - повышение надежности работы и уменьшение выбросапродуктов эрозии в окружающую среду.Поставленная цель достигается .тем,что в известном разряднике, содержащем разрядную камеру, в которой соосно установлены образующие разрядныйпромежуток электроды, по крайнеймере, один из которых выполнен с полостью и отверстиями в стенках, черезкоторые разрядная камера сообщаетсяс окружающей газовой средой, полостьв электроде выполнена с увеличивающимся поперечным сечением в направлении от разрядного промежутка,причем в полости электрода установлен дополнительно введенный вкладышиз пористого материала, поверхностькоторого сопряжена с внутренней поверхностью электрода с полостью,а указанные отверстия выполнены ввиде расширяющихся по направлениюк вкладышу щелевых сопел расположенных вдоль образующих внешней боковойповерхности электрода с полостью,Кроме того, предлагается полостьи отверстия в электродах профилировать так, что площадь поперечногосечения полости на каждом расстоянииот разрядного промежутка больше суммарной площади сечений отверстий,расположенных в пределах этого расстояния от разрядного промежутка.В такой полости продукты загрязнений будут распределяться по всемуобъему вкладыша, в результате чегоресурс его работы увеличится,В таком разряднике радикальноснижен уровень шума от пробоя разрядника, так как происходит отражениезвуковой волны от стенки камеры,частичное пог"ощение ее в камере идемпфирование звуковых колебанийкак стенкой, так и материалом порис"того вкладыша, который предотвращаетсвободный выход звуковой волны изразрядника через полость в электроде. В камеру такого разрядника непопадает пыль из окружающей газовойсреды в связи с задержкой пыли вкладышем, что уменьшает вероятностьнеуправляемого пробоя искрового промежутка разрядника. Через определенное число, например 500 включенийразрядника, зависящее от ряда Факто".ров, в частности от коммутируемойэнергии и от материала электродов,вкладыш извлекается из-эа накопления в нем загрязнений и заменяется новым. Выполнение отверстий в стенках электрода в виде щелей, продольная сторона каждой из которых расположена по направлению от разрядного промежутка, повышает эффективность очистки камеры от продуктов эрозии, так как распространяющаяся в камере от разрядного промежутка вдоль по щели ударная волна дополнительно перемещает вглубь пор вкладыша продукты загрязнений, как содержащиеся в нем уже от предыдущих срабатываний, так и от данного включения. Кроме того, лучше вносятся нагретым газом в объем вкладыша частички загрязнений, сепарируемые по массе, например под действием гравитации, и потому неравномерно распределяемые по объему газа в камере.На Фиг. 1 показан предлагаемый разрядник; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1.В корпусе 1 разрядной камеры, например из полиэтилена, установлены электроды 2 и 3. Электрод 3 выполнен с полостью в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону разрядного промекутка, В полости размещен вкладыш 4, например из паралона. Полость сообщается с разрядной камерой посредством четырех продольных щелевых отверстий 5, выполненных в стенках электрода 3 равномерно по окружности, причем поперечное сечение каждой щели увеличивается по направлению к вкладышу 4 (в сечении А-А показаны для упрощения только электрод 3 и вкладыш 4),Разрядник работает следующим образом.Пусть он окружен атмосферным воздухом и его разрядная камера тоже заполнена воздухом. После достижения рабочей разности потенциалов между электродами 2 и 3 происходит пробой. Под действием протекающего через. разрядный канал тока нагревается воздух как в канале разряда, так и в разрядной камере за счет излучения из канала и теплопроводности газа. Одновременно возникает ударная волНа, распространяющаяся по направлению от канала,В результате этих факторов давление воздуха в камере повышается, и он вместе с взвешенными в нем частичками загрязнений от эрозии электродов под действием разряда начинает вытекать через щели 5 в поры вкладыша 4. Увеличивающееся поперечное сечение щели по направлению к вкладышу увеличивает число пор, через которые газ вытекает из данной щели в объем вкладыша, увеличивая активную площадь поверхностей пор сразу же за щелью. Так как поперечное сечение пор по направлению от каждой щели возрастает,45 то нагретый воздух во вкладыше расширяется, остывает, кинетическая энергия воздуха уменьшается, частички загрязнений осаждаются на поверхности пор, площадь поверхности которых много больше площади поверхности полости в электроде 3, а загрязнения не выбрасываются за пределы разрядника.Ударная волна по мере продвижения ее фронта вдоль щели по направлению к основанию электрода способствует перемещению продуктов эрозии вглубь объема вкладыша ближе к его основанию. Этот эффект улучшается и из-за увеличения поперечного сечения полости и соответственно вкладыша по направлению вытекания нагретого воздуха в атмосферу. При каждом включении разрядника ударная волна сбивает с поверхностей деталей в камере также оставшиеся продукты 20 эрозии от предыдущих включений,взвешивает их в воздухе, который выносит их в объем вкладыша.После прекращения протекания тока через разрядник воздуха в камере 25 начинает остывать за счет отвода тепла деталями камеры из-за конвекции воздуха вокруг разрядника, и воздух начинает медленно, по сравнению со скоростью его нагрева током разряда, перетекать через вкладыш в камеру. Так как скорость натекания воздуха много меньше скорости выброса его из камеры, то продукты загрязнения не переносятся из пор в камеру. З 5 Возникающий при срабатывании разрядника акустический импульсный шум уменьшается, так как вкладыш предотвращает свободный выход звуковых волн из разрядника через отверстия и полость в электроде, поэтому волны 40 многократно отражаются в камере от ее стенок, в результате демпфирования которых и материала вкладыша энергия звуковых волн рассеивается и поглощается.Выполнение камеры из полиэтилена способствует дополнительному снижению передачи звуковой волны через стенки камеры, Частички пыли, находящиеся в окружающем разрядник воздухе, не проникают через вкладыш в камеру и не концентрируются на электродах и изолирующей поверхности камеры, что повышает надежность работы разрядника в связи с уменьшением вероятности инициирования неуправляемого пробоя разрядника образующимися выступами и мостиками из поляризованной пыли. Аналогично описанному можно выполнить и электрод 2 разрядника, что еще более по высит его надежность.Были проведены испытания предлагаемых разрядников, выполненных аналогично показанному на чертеже, камеры которых сообщались с атмос ферным воздухом, Разрядники использовались в качестве коммутаторов в каждом из 10 каскадов воздушного генератора умножения напряжения по методу Аркадьева- Маркса с общей запасаемой энергией 3 кДж. Камеры были изготовлены из полиэтилена, вкладыш - из паралона.Если в разрядниках отсутствовали вкладыаи, то сила звука была практически таковой, когда электроды крепились на токоподводах без корпуса камеры, Персонал вынужден был работать в шумопоглощающих наушниках, так как уши испытывали болевые ощущения (сила звука составляла 125 дБ).После установки вкладышей сила звукауменьшилась в н 100 раз, что позволило работать без наушников. В таких условиях было сделано 3000 включений с заменой вкладышей через каждые 500 включений без каких-либо нарушений работоспособности разрядников и изоляции поверхностей генератора. Визуальный осмотр показал, что расположенные около разрядников детали генератора, в том числе по направлению выхода воздуха из вкладышей, совершенно не загрязняются продуктами эрозии электродов. В то же время, в порах вкладышей по их объемам былораспределено очень много загрязнений.Проверка воздуха на наличие в немчастичек металла показала отсутствие таковых.Таким образом, предлагаемое техническое решение разрядника по сравнению с известным уменьшает выброс продуктов эрозии электродов в окружающую разрядник газовую среду, снижает уровень акустического шума при пробое разрядника и повышает надежность его работы. Тем самым улучшаются условия работы обслуживающего персонала, повышается надежность работы окружающего разрядник оборудова. ния, в том числе, дополнительно и по причине уменьшения камерой яркос" ти вспышки разрядного канала.Формула изобретения1. Разрядник, содержащий разрядную камеру, в которой соосно установлены образующие разрядный промежуток электроды, по крайней мере, один из которых выполнен с полостью и отверстиями в стенках, через которые разрядная камера сообщается с окружающей газовой средой, о т л ич а ю щ и й с я тем,что,с целью повышения надежности работы и уменьшения выброса продуктов эрозии в окружающую среду, полость в электроде выполнена с увеличивающимся поперечным сечением в направлении от разрядного промежутка, причем в полости электрода установлен дополнительно введенный866625 Фиг.Л-Щ Фйе 8 ВВ/74 Тираж 637 Подписно НИИЛИ Зак навал ППП "Патент ",ужгород, ул. Проектная,вкладыш иэ пористого материала, поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью электрода е полостью, а указанные отверстия выполнены в виде расширяющихся по направлению к вкладышу щелевых сопел, расположенных вдоль обраэующих внешней боковой поверхности электрода с полостью.2. Раэрвдник, по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что полость и отверстия в электроде профилированы так, что площадь поперечного сечения полости на каждом расстоянии от разрядного промежутка большесуммарной площади сечений отверстий,расположенных в пределах этого расстоянии от разрядного промежутка. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Смирнов С.М., Терентьев П.ВГенераторы импульсов высокого напряжения, М Энергия, 1964, с.33-352, Комельков В.С, и др. Техникабольших импульсных токов и магнитных полей, М., Атомиздат, 1970,с. 219.