Разрядник

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) м кз Т 1/00,с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытий(23) Приоритет Опубликовано 150930,. Бюллетень М 34 Ю) УДК 621. 316.933(088 8) Дата опубликования описания 150980 .(54) РАЗРЯДНИК 1Изобретение 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, уменьшения 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 кор-, розию и образуют остаточные продух- ты, дополнительно загрязняющие поверхности электродов и изоляторов.Кроме того, при разряде в сжатомгазе инициируется ударная волна,создающая в дополнение, к механическим статическим нагрузкам импульсноенагружение элементов и узлов разрядника, Перечисленные факторы уменьшают надежность и ресурс работы раз- рядников, особенно при сильноточной 1 О коммутации.Наиболее близким по своей технической сущности к данному изобретению является разрядник, содержащийзаполненные газом под давлением со осно расположенные сообщающиесяразрядную камеру и расширительнуюкамеру, разделенные токопроводящейдисковой диафрагмой с отверстиями,и два электрода, расположенные в 20 разрядной камере по оси, причемодин из электродов закреплен вцентре указанной диафрагмы (2) .В расширительной камере расширяется газ при повышении давления в 2 разрядном промежутке под действиемпроходящего через него коммутируемого тока, уменьшая тем самым импульсное нагружение несущих элементов конструкции разрядника, а не прерывный поток воздуха под давлениемчерез разрядный промежуток способствует охлаждению изолятора,повышая тем самым его электрическукпрочность, и очищает поверхностиизолятора и электродов, удаляяпродукты эрозии электродов и окислыазота.Недостатком указанного разрядника является сложность его эксплуатации в связи с необходимостью принудительной продувки разрядника,которая не позволяет поддерживатьпостоянным во времени давление воздуха в разряднике, что приводит кразбросу пусковых характеристикразрядника. Такой разрядник и система его газообеспечения не позволяютпродувать через разрядник сильноэлектроотрицательные газы (например,элегаз), улучшающие пусковые н электропрочйостные характеристикикоммутаторов, выпуск таких газов в атмос-Феру нецелесообразен. вследствие ихвысокой стоимости, и потому должнаобеспечиваться принудительная циркуляция Газа в замкнутом контуре сочисткой и регенерацией газа.Цель изобретения - повышение надежности, упрощение эксплуатации иповьыение срока службы +аполняющегогаза.Цель достигается тем, что в известном разряднике, содержащемзаполненные газом под давлением сооб щающиеся изоляционную разряднуюкамеру и расширительную камеру, разделенные токопроводящей дисковойдиафрагмой с отверстиями, и дваэлектрода, расположенные в разряднойкамере, один из которых закрепленв указанной диафрагме, внутренняябоковая поверхность разрядной камерывыполнена соплообразной и образуетс 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 отверстиявыпускных клапанов выполнены сонлообразными, причем пропускная способность выпускных клапанов выбранабольшей чем пропускная способностьвпускного клапана, а внутренняяповерхность расширительной камерывыполйена с наклонными в направлении открывания выпускных клапановребрами, а сообщающиеся разрядная"и расширительная камеры герметизированы.Для уравновешивания давлениягаза в разрядной камере и в расширительной камере перед очередныминициированием, срабатывания разрядника камеры соединеныпосредствомдополнительного перепускного (дрос-селирующего) устройства, напримерв виде отверстия в разделяющемобъемы диафрагме, а именно во впускном клапане, причем пропускная способность перепускного отверстияменьше пропускной способности впускного клапана.Для улучшения очистки объемаразрядника при наполнении его элегазом или в смеси его с другимигазами в расширительную камеру помещен селективный поглотитель низ ших Фторидов, например активированный глинозем.На фиг. 1 показан предложенныйразрядник с тремя электродами; нафиг. 2 - разрез по Б-Б; на фиг, 3 разрез по А-,А.Управляющий электрод 1 герметично установлен во втулке 2 издиэлектрика и размещен соосно вотверстии основного электрода 3,,герметично закрепленного в изоля ционной разрядной камере 4, другой основной электрод 5 присоединенк токопроводящей диаФрагме б с отверстиями, разделяющей разряднуюкамеру 4 и расширительную камеру 7.В отверстиях диафрагмы б установ;диэлектрического материала или из 55 35 40 45 50 лены симметрично вокруг электрода 5 выпускные клапаны 8, например вколичестве б шт а в электроде 5,расположенном на диафрагме, - выпускной клапан 9, тарелка этого клапана выполнена с перепускным отверстием 10. Поверхность разряднойкамеры 4 имеет внутри обтекаемуюформу и не образует совместно с другими деталями разрядника пазух илиуступов, где могли бы концентрироваться продукты эрозии электродови коррозии поверхностей, а образуетсовместно с поверхностью основногоэлектрода 5 кольцевое сопло, плавносопряженное с поверхностями отдельных, также соплообразной формы, отверстий выпускных клапанов в диафрагме б. Отверстия разделены ребрами, края которых, обращенные врасширительную камеру,служат седлами выпускных клапанов, Внутренняяповерхность расширительной камерывыполнена с наклонными ребрами 11.Каждый из выпускных и впускных клапанов представляют собой подпружиненную с наименьшей массой тарелкув виде полого конуса иэ тонкогопроводящего, не приваривающегосяк материалу диафрагмы или электроконтактной сварке; например конусвыполнен из титановой фольги, адиафрагма - из меди. Такое сочетание металлов не позволяет при протекании разрядного тока по диафрагме свариваться им между собой при возможном искрении в местах их контактовили при размыкании контактов; седлаклапанов можно выполнять из диэлектрического материала. Прй совмещении оси разрядника с вертикалью возвратвпускного клапана в закрытое положение может осуществляться толькосилой собственного веса тарелки. Врасширительном объеме помещен поглотитель 12 активных продуктов раэ -ложения газа в разряде, напримерактивированный глинозем, при наличиив рабочей смеси газов элегаза, электроды подключены к токонесущим шинам 13. Разрядная и расширительнаякамеры выполнены разъемными, например имеют болтовое соединение суплотняющей прокладкой из резины.Выступ 14 диафрагмы в тело разряднойкамеры 4 позволяет уменьшить напряженность электрического поля в зонепримыкания изолятора к диафрагме.Принцип действия разрядника состоит в следующем. Разрядник заполняется рабочей газовой средой до требуемого давления1 ат) Приподаче на электрод 1 импульса управляющего напряжения пробивается промежуток между электродами 3 и 5. Под воздействием протекающего через разрядный канал тока происходитнагрев 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- ЗО вцшается давление газа в разрядном объеме, в результате чего открываются клапаны 8, пропуская в расшири-. тельную камеру нагретый газ вместес 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 дав - лений 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 8 закрываются. При последующем уменьшении в разрядном объеме давления открывается выпускной клапан 9 и очищенный газ начинает через него перетекать в разрядную камеру до техпор, пока не уравновесятся давления в обеих камерах. Разъемность корпусов разрядного и расширительного объемов позволяет через определенное число включений разрядника заменять корпус расюирительного 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 1 грязиф 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 катод- ного электрода,при импульсном напряжении - с анодногоПри 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 давления и загерметизированныму возникающие при срабатывании разрядника и оседающие на 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 частицы 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,и разделения кбмпонентов смеси небудет. Соплообразность поверхностейразрядного объема и плавное сопряжение их с отверстиями выпускныхклапанов (то есть-отсутствие по направлению движения газа каких-либоуступов или пазух) позволяет эффективно очищать поверхности изолирующего корпуса и электродов от загрязнений, повышая электрическую прочностьизоляции разрядника, понижая темсамым вероятность его неуправляемо- ого пробоя с числом включений и увеличивая ресурс его стабильных срабатываний. Размещение отверстий клапанов около того электрода, вероятность самопробоя которого больше, 15позволяет дополнительно увеличитьэлектропрочность коммутатора засчет особо эффективной очистки этогоэлектрода и поверхности примыканияизолирующего корпуса к разделяющей 2 Ообъемы диафрагме.Авторами были проведены с положительным результатом испытания ма-.кета предложенного разрядника тригатронного типа. Разрядник, заполненный смесью 30 5 Р+ 70 М додавления 20 ат, коммутировал емкостной накопитель с запасйемой энергией,5 кДж, импульсно заряжаемыйза0,7 мкс до напряжения 500 кВ,амплитуда разрядного тока составляла л 100 КА, то есть заряд и энергоемкость накопителя были равнымаксимальным аналогичным параметрам накопителя при испытании прототипа в рабочем режиме. Исследованияпоказали, что после. заполнения тригатрона газом, герметичного уплотнения его объема и последующего подсоединения в.разрядную цепь пусковые и электропрочностные характеристики тригатрона не изменилисьв течение 3.10 срабатываний. Осмотртригатрона показал, что поверхностидеталей в разрядном промежутке незагрязнены, в то время как загрязнения сосредоточены на поверхностяхрасширительного объема; при этом - толщина отложений продуктов эрозиии коррозии в пазухах этого объемадостигала 3 мм. За время испытаний ненаблюдалось случаев каких-либо пробоев по поверхности или по объемуизолирующего корпуса разрядника.т Формула изобретения 1. Разрядник, содержащий заполненные газом под давлением сообщающиесяизоляционную разрядную камеру и расширительную камеру, разделенныетокопроводящей дисковой диафрагмойс отверстиями, и два электрода, расположенные в разрядной камере, одиниз которых закреплен в указаннойдиафрагме, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности и срока службы заполняющего газа и упрощения эксплуатации, внутренняя боковая поверхность разряднойкамеры выполнена соплообраэной и образуЮт с боковой поверхностью электрода, закрепленного на диафрагме,кольцевое сопло, диафрагма снабженавыпускными в расширительную камеру ивпускным из расширительной камерыклапанами, установленными в указанных отверстиях, из которых отверстиявыпускных клапанов выполнены соплообразными, причем пропускная способность выпускных клапанов выбранабольшей, чем пропускная способностьвпускного 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 щ и й с я тем, что диафрагма выполнена с перепускным отверстием,пропускнаяспособность которого выбрана меньшей, чем пропускная способность впускного клапана,3. Разрядник по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что привыборе в качестве заполняющего га-за элегаза или его смеси с другимигазами, он снабжен поглотителемнизших фторидов, помещенным в расширительной камере,Источники информации,принятые во.внимание при экспертизе1. Комельков В,С, Книга, Техникабольших импульсных токов и магнитных полей. М., Атомиздат, 1970,с. 322.2. Вабыкин М.В. Долговечныемалоиндуктивные разрядники с непрерывным потоком газа.-ПТЭ, 1974, М 2,с. 105-107.764027 и Составитель Е. Бочковаедактор Т. Лошкарева Техред А.Щепанская КорректиеюаФ атав в ешетник Тираа 8 дарственного ивобретений а, Ж, Ра филиал ППП 1 фПатент, г, Уагород, ул. Проектная,б 297/47 ВНИИПИ Госу по делам113035, Москв 4, Подписнокомитета СССРи открытийуюская наб., д. 4/5