Вентильный разрядник

(и)978253 Союз СоветскикСоциапистическикРеспублик ОП ИСАКИИИЗЬБРЕТЕН ИЯК. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУг,(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 29. 08. 79 (2 ) 2811786/24-07 с присоединением заявки,В(3 фМ-.Кд,Н 01 Т /00 3 Ьоударотюиый комитет СССР аа делам кзобретеиий н открытий(23) Приоритет Опубликовано 30. 11. 82. Бюллетень М 44 Дата опубликования описания 30.11.82(72) Авторы изобретения Э.И. Асиноеский, А.А, Афанасьев и Е.П. Пахомов Институт высоких температур АН СССР(54) ВЕНТИЛЬНЫИ РАЗРЯДНИК Изобретение относится к электротехнике, а именно к разрядникам, предназначенным для защиты электрических сетей от перенапряжений, и может быть использовано при конструи. о ровании. вентильных разрядников.Известны вентильные разрядники, содержащие последовательно соединенные искровые промежутки, образованные парами электродов, и нелинейные 1 о резисторы 11. 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 щелееых дугогасительных камерах со стенками из изо 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. Иагнитное поле создается по" следовательно включенными катушками магнитного дутья2).В этом вентильном разряднике ду" гогасительная способность ограниче" на 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. укаэанная цель достигается тем, что в вентильном разряднике, содержащем последовательно соединенные по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, обра9/8253 3зованные 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 лопастии закреплены на поверхности указанно"го центрального цилиндра.Кроме того, для повышения пропускной способности разрядника нелинейный резистор можно включить междусоседними искровыми промежутками,На фиг. 1 схематично изображен/вентильный разрядник,.общий виддиметрия, частичный разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг. 11 на фиг. 3разрез Б-Б на фиг. 1.Вентильный разрядник содержит дугогасительную камеруискровых промежутков, стенки которой образованывинтовой лопастью 2 расположенной(навитой) на поверхности полого цент"рального цилиндра 3 с малым шагом(около 1-2 см и менее). Лопасть 2 ицилиндр 3 можно изготовить из различ"ных электроизоляционных материалов,например из пластмасс, таких как по"лисульфон, поликарбонат,.листьеваяполиэтилентерефталатная смола (лавсан)методами литья или ытамповки,.Возможно выполнение камеры 1 сборнойЗиз отдельных элементов,Винтовая полость дугогасительнойкамеры 1, выполняющая роль дугогаси"тельной щели, имеет ширину Ь,.обычнооколо 1-6 мм в зависимости от величины расчетного тока сопровожденияразрядника. Толщина винтовой, лопасти,равная ( " Ь), определяется технологией изготовления и расчетным ресурсом работы разрядника и может состав"лять около 2-10 мм,Размеры дугогасительной камеры 1:диаметр О, длина Н и диаметр централь.ного цилиндра 6 определяются соотношениямио - а 2,Г ч(с) аотЯзш 1К(с) 0где Б - напряженность электричес"кого поля в винтовой дуге,отнесенная к наружномукраю этой дуги (к длине переднего фронта, расширяющейся в радиальном направлении дуги);Ч(1) - радиальная скорость движе ния дуги;г - индуктивность винтовой дуги;Э(1) - ток сопровождения, являющиеся функциями времени ф; О О - амплитудное значение номинального напряжения защищаемой сетивремя гашения тока сопровождения.15 . Величина д задает индуктивное сопротивление вентильного разрядникав момент пробоя и определяет (совместно с нелинеиным последовательным сопротивлением) величину тока сопро вождения в этот момент. Можно выполнить вентильный разрядник даже сд0, при этом электровыводы к искровом промежуткам, например, дляподключения шунтирующих резисторов 25 могут быть выполнены в теле винтовойлопасти 2,Внутри дугогасительнои камеры 1на поверхности центрального цилиндра 3 по винтовой линии расположены 30 образующие искровые промежутки парыроговых электродов 4, последовательно соединенные токопроводами 5. Дляпримера на Фиг. 1 в пятом сверхувитке дугогасительной камеры 1 показан искровой громежуток со своимирсговыми электродами 4, а в третьемсверху витке - токопровод 5 с роговыми электродами 4 соседних искровыхпроменутков.Роговое электроды 4 предназначены для задания направления движенияопорных пятен дуг 6 тока сопровожде"ния, движущихся в винтовой полостидугогасительной камеры 1 в радиальном направлении под действием силыэлектромагнитного взаимодействия тока дуг 6 с магнитным полем разряд, ника.1 После выхода дуг 6 отдельных иск 5 ф ровых промежутков на концы своихроговых электродов 4 происходит ихслияние в единую винтовую дугу 7.Дуги 6 и 7 на фиг. 1 для простотыпоказаны только в пятом витке. Дли на роговых электродов 4 и высота ихподъема в радиальном направленииопределяют время работы токопроводов 5 и роговых электродов 4 отдель9782ных искровых промежутков до слияния дуг 6 в единую дугу 7.Для перемещения опорных пятен еди. ной винтовой дуги 7 в процессе расширения этой дуги 6 в радиальном на 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 1 ф подключен ввод 10 разрядника, а к электроду 9 - нелинейный последовательный резистор 11 или непосредственно вывод 12 разрядника. Входной роговый электрод 8 разрядника элект ф рически соединен с токопроводом 5 первого искрового промежутка, а выходной роговый электрод 9 - с токо- проводом 5 последнего искрового промежутка. 26На фиг. 2 для пояснения работы разрядника показано положение дуг 6 в двух моментах времени О и б и дуги 7, Положение дуги 6 с 1 соответствует начальному моменту горения ду- ф ги 6 на начальных участках роговых электродов 4. Положение дуги 6 Ю со" ответствует моменту подхода дуги 6 к концам роговых электродов 4, когда происходит переброс одного ее конца (фиг. 2, ытриховые линии) на входной роговый электрод 8 разрядника и слияние другого ее конца с аналогичной дугой 6 д второго искрового промежутка (фиг. 2, штриховые линии).з 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 шунтируоций 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) к остальным искровым промежуткам. На фиг3 представлен разрез вен.тильного разрядника в средней части дугогасительной камеры 1, показываю- фф щий электрическое соединение соседних искровых промежутков через нелинейный последовательный резистор (не 53 6показан), шунтируемый при образова" нии 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 их слияние в едина винтовую дугу 6, изменяется обтекание током сопровождения элементов разрядника (на фиг.3 направление протекания тока указано стрелками), До слияния дуг ток проте. кает 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 роговыми 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 нелиней" ному 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 электро- выводов 17 и 18 усиливает магнитное поле разрядникаДля повышения электрической прочности разрядника внутреннюю полость центрального цилинд 97 В 253 8ра,) можно залить электроизоляционным материалом например смолой.Винтовую лопасть 2 дугагаситель"най камеры 1 целесообразно выполнить зигзагообразной в радиальном направ-ленин для экранирования искровых промежутков от излученияатошедшей дуги 6 или дуги 7 тока сотровождения. Это способствует ускорению восстановления электрической прочности искра ф вых промежутков, т.е. увеличению ве" личины их пробивного напряжения до номинального значения.Вентильный разрядник работает следующим образом.13После пробоя искровых промежутков при наложении на разрядник перенапряжения через нега, по винтовой линии протекает ток сопровождения, что приводит к созданию продольного относи- о тельно оси дугогасительной камеры 1 магнитного поля. Иными словами, рас.положение электродов 4 искровых промежутков с токопроводами 5, их соединяюцими, по винтовой линии позволяет фф совместить их основные функции с функциями катушек магнитного дутья.Дуги 6, загорающиеся в искровых промежутках после их пробоя, в результате взаимодействия тока каждой Зв дуги 6 с продольным магнитным полем разряднике двигаются в радиальном (наружу) и азимутальном (концы дуг 6 как бы насисаются в противоположные стороны 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 разт 4 в рядника до слияния дуг 6 зависит от длины и высоты подъема врадиальном направлении, роговых электродов 4, что задает длину дуг 6,. и тем самым их сопротивление на момент слияния. 4Слияние. дуг 6 приводит к шунтированию нелинеиных последовательных ре. зисторов, включенных между соседними искровыми промежутками, что приводитк скачкообразному уменьшению сопротивления разрядника в момент слияния дуг 6 и соответствующему увеличению тока сопровождения, отбираемого через разрядник из защищаемой сети, т,е. к увеличению пропускной способ- фф ности разрядника и, тем самым, к. ускарению 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 6 токопроводов 5 и электровыводов 17 и 18 с тем, цтобы 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 собственного 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 сеть, отведен и перен.пряжение снято. В противном случае винтовая дуга 7 будет продолжать расширяться, а напряжение на разряднике увеличиваться до возникновения повторного 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, та он может использоваться в цепях как переменного, так и постоянного тока, Использование разрядников по изобретению для защиты электрицескага оборудования и сетей позволит повысить надежность их защиты путем уменьеения длительности и величины импульсов перенапряжений.Возникшая в предлагаемой конструкции разрядника винтовая форма расши978253 10резисторе, вследствие уменьшения времени его работы. 9ряющейся 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 мени их работы (до слияния дуг в единую винтовую дугу)Шунтирование нелинейного последовательного резистора (или резисторов) при достижении дугами искровых про межутков заданной длины и, соответственно, сопротивления (длина дуг перед слиянием определяетЧя расположением и длиной роговых электродов соседних искровых промежутков) позволяет повы- зо сить пропускную способность разрядника (повысить нелинейность его вольтамперной характеристики) и уменьшить величину энергии, рассеиваемой в этом Формула изобретения1, Вентильный разрядник, содержащий последовательно соединенные покрайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительныхкамерах со стенками из изоляционногоматериала о т л и ч а ю щ и й с ятем, 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, лопастии закреплены на поверхности указан"ного центрального цилиндра.2. Разрядник по и. 1, о т л ич а ю щ и й. с я тем, что, с цельюповышения пропускной способности,нелинейный резистор включен между со.седними искровыми промежутками.Источники, информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шишман Д.В. и др. Вентильныеразрядники высокого напряжения. Л9725 Э аваев филиал ППП "Патент",г.Ужгород.ул.Проектная.ППП,Патентф Зак. ЯЯ. -НИИ Тир Заказ 9232/7630 Подписное