ПЛАЗМОЭРОЗИОННЫЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к коммутирующим устройствам для выключения и переключения импульсных токов, и может быть использовано в энергетике в качестве аварийных выключателей и в экспериментальной технике для получения больших мощностей и напряжений.

Известны плазмоэрозионные размыкатели, содержащие вакуумную камеру, источник тока, подключенный к коаксиальным электродам, систему радиально расположенных плазменных пушек.

Недостатком известных размыкателей является низкая стабильность работы и короткое время запитки коаксиального накопителя, что, в первую очередь, определяется неконтролируемостью развития неустойчивостей и электромагнитным ускорением плазмы вдоль накопителя.

В качестве прототипа выбрано наиболее близкое из известных технических решений - плазмоэрозионный размыкатель (а. с. СССР N 1338774, кл. H 05 H 1/00, 1988).

Известный плазмоэрозионный размыкатель содержит вакуумную камеру, коаксиальные электроды, подключенные с одной стороны к источнику тока, а с другой - к нагрузке, систему радиально расположенных плазменных пушек.

Недостатком известного размыкателя является малое время запитки коаксиального накопителя током, что обусловливает ограничение функциональных возможностей устройства, а также недостаточное быстродействие.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение быстродействия размыкателя и расширение его функциональных возможностей.

Сущность изобретения состоит в том, что, в отличие от известного плазмоэрозионного размыкателя, содержащего вакуумную камеру, источник тока, подключенный к коаксиальным электродам, соединенным с нагрузкой, и систему радиально расположенных плазменных пушек, согласно изобретению размыкатель имеет проходной изолятор и диэлектрическую преграду, расположенную между плазменными пушками и нагрузкой, а также он имеет дополнительную диэлектрическую преграду, расположенную между проходным изолятором и плазменными пушками. При этом пространство между электродами может быть полностью или частично заполнено диэлектриком. Нагрузкой коаксиального накопителя может являться, например, вакуумный диод (как правило) либо плазмонаполненные диоды, или другие устройства, требующие высоких уровней мощности.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что увеличивается быстродействие размыкателя и расширяются его функциональные возможности.

На фиг. 1 приведен в разрезе общий вид предлагаемого плазмоэрозионного размыкателя; на фиг.2 - плазмоэрозионный размыкатель, в котором пространство между электродами заполнено изолятором (полностью или частично).

Размыкатель содержит вакуумную камеру 1, коаксиальные электроды 2, радиально расположенные плазменные пушки 3, проходной изолятор 4, диэлектрическую преграду 5, источник тока 6, дополнительную диэлектрическую преграду 7, нагрузку 8.

Заявляемый плазмоэрозионный размыкатель работает следующим образом: после срабатывания плазменных пушек 3 к коаксиальным электродам 2 подключается источник тока 6. Ток течет по коаксиальным электродам и плазме, заполняющей электроды.

Диэлектрические преграды 5 и 7 ограничивают разлет плазмы, инжектируемой пушками вдоль коаксиала. Запитка коаксиала током производится до тех пор, пока магнитное давление, создаваемое током, текущим по плазме, не превысит газокинетическое. При дальнейшем увеличении тока происходит пинчевание плазмы, что приводит к росту индуктивности участка цепи, содержащего плазму между диэлектрическими преградами. На возрастающей индуктивности возникает ЭДС индукции, переключающая ток в нагрузку 8. Ток в плазменной перемычке уменьшается практически до нуля, что приводит к распаду плазмы и полному прекращению тока; происходит обрыв тока. Ток течет по коаксиальным электродам к нагрузке, осуществляя тем самым магнитную изоляцию. Изоляция может быть значительно улучшена, если пространство между электродами будет полностью или частично заполнено изолятором (см. фиг. 2) 9.

При отсутствии диэлектрических преград плазма расширяется неограниченно вдоль электродов, ускоряясь магнитными силами в сторону нагрузки, и магнитное поле, создаваемое током в плазме, не может превысить газокинетическое давление, и срабатывание размыкателя не произойдет; при этом есть вероятность выброса плазмы в нагрузку. Таким образом наличие диэлектрических преград позволяет значительно увеличить время запитки накопителя током, а заполнение пространства между электродами изолятором - повысить его электрическую прочность.

Техническим результатом является то, что применение изобретение позволяет увеличить быстродействие плазмоэрозионного размыкателя за счет пространственного ограничения плазмы диэлектрическими преградами, расширить функциональные возможности заявляемого устройства. Заявляемое устройство может использоваться как в быстрых, так и в медленных емкостных накопителях. Кроме того, оно легко согласуется с индуктивными накопителями энергии за счет увеличения времени запитки коаксиального накопителя. Повышение электрической прочности позволяет увеличить мощность, передаваемую в нагрузку, что дополнительно расширяет функциональные возможности устройства.

Использование: в электротехнике, в частности, в коммутирующих устройствах для выключения и переключения импульсных токов. Сущность изобретения: плазмоэрозионный размыкатель содержит вакуумную камеру 1, источник тока 6, подключенный к коаксиальным электродам 2, проходной изолятор 4, систему радиально расположенных плазменных пушек 3 и диэлектрическую преграду 5 между плазменными пушками 3 и нагрузкой 8. Размыкатель имеет дополнительную диэлектрическую преграду 7, расположенную между плазменными пушками 3 и проходным изолятором 4. Пространство между электродами может быть полностью или частично заполнено изолятором. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Плазмоэрозионный размыкатель, содержащий вакуумную камеру, коаксиальные электроды, подключенные с одной стороны к источнику тока, а с другой к нагрузке, систему радиально расположенных плазменных пушек, отличающийся тем, что он имеет проходной изолятор и диэлектрическую преграду, расположенную между плазменными пушками и нагрузкой, и дополнительную диэлектрическую преграду, расположенную между проходным изолятором и плазменными пушками. 2. Размыкатель по п.1, отличающийся тем, что пространство между электродами полностью или частично заполнено диэлектриком.