СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗРЯДНИКА Российский патент 2007 года по МПК H01J17/20 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных искровых разрядников с водородным наполнением, имеющих большую долговечность и малое время коммутации.

Известен способ изготовления газоразрядного прибора, включающий сборку элементов конструкции, пайку, наполнение рабочим газом с последующей тренировкой [Авт.свидетельство СССР №465672, H01J 9/14, 1975 г.].

Известен также способ изготовления газоразрядного прибора, включающий сборку прибора, пайку, тренировку в среде инертного газа, откачку и наполнение рабочим газом [Патент США №3023069, 316-26, 1926 г.].

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления разрядника, включающий сборку элементов конструкции, тренировку в газе, откачку и наполнение рабочим газом [Авт. свидетельство СССР №1019519, HO1J 9/44, 1983 г. - прототип].

Общим недостатком указанных выше способов является то, что они не пригодны для изготовления высоковольтных искровых разрядников с водородным наполнением, т.к. в процессе работы таких разрядников при изготовлении их указанными способами наблюдается напыление токопроводящих продуктов эрозии материала электродов на изоляционную оболочку прибора, приводящее к неравномерному распределению потенциала электрического поля вдоль образующей поверхности изоляционной оболочки, которое по мере напыления продуктов эрозии материала электродов создает на поверхности изоляционной оболочки напряженность электрического поля, превышающую критическую, при которой развивается пробой, приводящий к потере электрической прочности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего изготавливать высоковольтные искровые разрядники с водородным наполнением, обладающие высокой долговечностью за счет повышения электрической прочности.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном способе изготовления разрядника, включающем размещение элементов конструкции в оболочке и наполнение ее газом, тренировку с последующим удалением газа из оболочки, наполнение рабочим газом, при изготовлении высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением тренировку проводят в газе, включающем галогенид, например элегаз.

В процессе тренировки в результате окислительно-восстановительной реакции между галогенидом и парами материала электродов происходит образование и осаждение на внутренней поверхности оболочки разрядника изоляционного покрытия, которое не изменяет распределение потенциала электрического поля вдоль образующей поверхности изолятора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательский уровнь" был проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены способы изготовления разрядников, позволяющие повысить электрическую прочность высоковольтных искровых разрядников с водородным наполнением за счет осаждения на их оболочке в процессе тренировки изоляционного покрытия, исключающего пробой по поверхности в процессе работы.

Способ изготовления высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением заключается в следующем.

После сборки разрядника его наполняют газом, включающим галогенид, в качестве которого для тренировки высоковольтных искровых разрядников с водородным наполнением наиболее применим элегаз - шестифтористая сера (SF₆). Тренировка может проводиться как в элегазе, так и в его смесях с инертным газом и/или азотом, при этом предпочтительная концентрация элегаза в смесях составляет 10-20%, что обеспечивает устойчивость газовой среды к воздействию электрических разрядов.

Давление газа выбирают исходя из получения динамического напряжения, превышающего рабочее напряжение на 10-20%, что необходимо для отбраковки приборов по причине брака керамических изоляторов, связанного с наличием газовых включений в массе изолятора, которые не могут контролироваться визуально без специальных методов неразрушающего контроля.

В процессе тренировки с повышенным динамическим напряжением пробоя происходит ионизация газовых включений в массе изолятора, приводящая к его пробою и разгерметизации прибора.

Тренировка высоковольтных искровых разрядников в элегазе приводит к разложению шестифтористой серы в результате окислительно-восстановительной реакции с металлическими парами материала электродов, образующимися в разряде. Продуктами разложения являются SF₄, S₂F₂, SF₂, окислы материала электродов и сера, которые осаждаются на внутренней поверхности разрядника. Так как продукты разложения не являются токопроводящими, они не влияют на распределение потенциала электрического поля вдоль образующей изоляционной поверхности оболочки прибора и, следовательно, не снижают его электрическую прочность.

В процессе работы высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением на изоляционной поверхности его оболочки вследствие неравномерного осаждения токопроводящих продуктов эрозии материала электродов, образующихся в восстанавливающей среде водорода, происходит перераспределение потенциала электрического поля вдоль образующей поверхности оболочки и создаются условия для скользящего пробоя по изолятору. Наличие же предварительно осажденных слоев из материала, содержащего низшие фториды серы и окислы материала электродов, тормозит развитие разряда по изоляционной поверхности оболочки и способствует экранированию неоднородностей металлических поверхностей оболочки разрядника, образующихся при изготовлении в процессе механической обработки и, тем самым, повышает уровень возникновения коронирующего разряда как в газоразрядном промежутке, так и по изоляционной поверхности оболочки.

Тренировка проводится в течение 10⁵ пробоев, что достаточно для установления равномерной микроструктуры рабочей части поверхности электродов и образования достаточного количества напыления низших фторидов серы, тормозящих пробой по поверхности изоляционной оболочки.

После тренировки отработанный газ выпускают в атмосферу и промывают водородом с последующим наполнением водородом до давления, обеспечивающего динамическое напряжение.

Использование предлагаемого способа при изготовлении высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением позволит почти в 10 раз повысить его долговечность.

Пример конкретного выполнения.

При изготовлении серийно выпускаемого высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением РО-43 после сборки элементов конструкции и наполнения газом SF₆ проводилась тренировка, в процессе которой на электроды подавалось динамическое напряжение 220 кВ, превышающее на 15% предельное значение динамического напряжения пробоя разрядника. Тренировка осуществлялась в течение 10⁵ пробоев. После тренировки отработанная смесь выпускалась в атмосферу и прибор промывался водородом. Затем разрядник наполняли водородом до давления, обеспечивающего динамическое напряжения пробоя 190 кВ. Изготовленный разрядник РО-43 в режиме работы при U_дин=190 кВ, J_a=1 кА, W_к=2 Дж имеет долговечность 1,5×10⁷ пробоев и относительный среднеквадратичный разброс динамического напряжения пробоя не более 1,5% в течение 10⁷ пробоев.

Разрядник РО-43, изготовленный без тренировки в газовой среде, в состав которой входит галогенид, в режиме работы U_дин.=185 кВ, J_a=1 мА, W_к=2 Дж имеет долговечность 3×10⁶ пробоев и относительный среднеквадратичный разброс динамического напряжения пробоя не более 3% в течение 10⁶ пробоев.

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления позволяет значительно увеличить электрическую прочность и долговечность высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением.

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных искровых разрядников с водородным наполнением. Техническим результатом изобретения является повышение электрической прочности и долговечности разрядника. Высокая электрическая прочность высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением обеспечивается за счет проведения в процессе изготовления разрядника, перед наполнением рабочим газом, тренировки в элегазе или в его смесях с инертным газом и/или азотом. Тренировка проводится в течение 10⁵ пробоев, что достаточно для установления равномерной микроструктуры рабочей части поверхности электрода. После тренировки отработанный газ выпускают в атмосферу, разрядник промывают водородом с последующим наполнением водородом до давления, обеспечивающего динамическое напряжение. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением, включающий размещение элементов конструкции в оболочке, наполнение ее газом, тренировку с последующим удалением газа из оболочки, наполнение ее рабочим газом, отличающийся тем, что тренировку элементов конструкции разрядника проводят в элегазе или в его смесях с инертным газом и/или азотом, после чего осуществляют промывку водородом с последующим наполнением водородом до давления, обеспечивающего динамическое напряжение.2. Способ изготовления высоковольтного искрового разрядника по п.1, отличающийся тем, что концентрация элегаза в смесях составляет 10-20%.