КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК H01T1/20 H01T2/02 

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Известен искровой разрядник, содержащий коаксиально расположенные анод и катод, образующие цилиндрический разрядный промежуток. Поджигающий электрод в виде стержня вводится продольно в разрядный промежуток ближе к катоду и изолирован керамической втулкой (см. патент США 3.719.852, кл.313-178, опубл. 06.03.1973 г.).

К недостатку данного разрядника следует отнести достаточно высокие требования к амплитуде и фронту запускающего импульса, для получения стабильной работы разрядника.

Известен разрядник, содержащий два основных электрода и электрод поджига зубчатой формы (см. авт. свид. СССР №347849, кл. H01T 3/00, опубл. Б.И. №24, 1972 г.).

К недостатку данного разрядника следует отнести повышенную эрозию зубчатого электрода поджига.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является коммутирующее устройство, например разрядник, имеющий два противолежащих электрода и один пусковой электрод в виде стержня, расположенный в основном разрядном промежутке. Пусковой электрод соединен с основными электродами через сопротивления, величины которых подобраны таким образом, чтобы отношение пробивного напряжения в одном из промежутков к напряжению в другом промежутке было в пределах от 0,5 до 2,0 (см. патент Франции №2084184, кл. Н01Т 1/00, опубл. 02.01.72 г. - прототип).

Недостатком такого разрядника является достаточно высокие требования к амплитуде и фронту запускающего импульса. Кроме того, пусковой электрод подвержен эрозии, так как его рабочая поверхность находится в непосредственной близости к основному разрядному промежутку, что не обеспечивает надежность и устойчивость в работе такого разрядника.

Задача изобретения - создание надежного коммутирующего устройства, например разрядника, устойчиво работающего в сильноточном режиме с большим протекаемым зарядом за импульс.

Технический результат достигается за счет конструктивного выполнения коммутирующего устройства и использования в нем маломощного газонаполненного разрядника, имеющего стабильный порог срабатывания, не зависящий от внешних факторов, поджигающего и основных электродов, обеспечивающих выдувание разряда (дуги) на торцы основных электродов, что исключает их эрозию в зоне инициирования разряда или делает ее незначительной, не влияющей на надежную работу устройства.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два основных электрода, разделенных разрядным промежутком, в котором расположен поджигающий электрод в виде стержня, и токовводы, в одном из основных электродов выполнено сквозное отверстие, через которое с зазором проходит поджигающий электрод, изготовленный из полупроводникового или неметаллического материала, обладающего резистивными свойствами, один конец поджигающего электрода контактирует с другим основным электродом, а противоположный конец поджигающего электрода подключен через дополнительное коммутирующее устройство, например маломощный газонаполненный разрядник, подключен к основному электроду со сквозным отверстием или к генератору пусковых импульсов, при этом токовводы подключены к основным электродам по одну сторону от поджигающего электрода, а по другую сторону от пускового электрода основные электроды выполнены с расходящимися или параллельными друг другу рабочими поверхностями.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существующих по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлены решения, в которых для повышения надежности и устойчивости работы коммутирующего устройства был бы использован маломощный газонаполненный разрядник, имеющий стабильный порог срабатывания, не зависящий от внешних факторов, а также конструктивное выполнение коммутирующего устройства обеспечивало бы уменьшение эрозии электродов в зоне инициирования разряда.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

На фиг.1. показана конструктивная схема коммутирующего устройства.

На фиг.2 - макет предлагаемого прибора.

Устройство содержит основные электроды 1 и 2 с токовводами 3 и 4. Электроды 1 и 2 образуют разрядный промежуток 5. В электроде 1 выполнено отверстие 6, в котором с зазором расположен полупроводниковый поджигающий электрод 7, касающийся торцом электрода 2. Другим торцом полупроводниковый поджигающий электрод 7 соединяется через маломощный газонаполненный разрядник 8 с электродом 1 (или токовводом 3). Также полупроводниковый поджигающий электрод может быть подключен к генератору импульсов 9.

Устройство работает следующим образом.

При достижении напряжения на токовводах 3 и 4 определенного значения (например, 1500 В) происходит пробой газонаполненного разрядника 8. При этом на поверхности полупроводникового поджигающего электрода 7 возникает искровой разряд. Разряд проходит через отверстие 6 и инициирует разряд в основном разрядном промежутке 5 между электродами 1 и 2. Применение газонаполненного разрядника 8 позволяет значительно уменьшить разброс величины напряжения срабатывания прибора. Под действием магнитного поля контура тока, образованного электродами 1, 2 и разрядным каналом (дугой), последняя выталкивается вниз к торцам электродов 1 и 2. Процесс выталкивания происходит достаточно быстро (несколько миллисекунд), и основное время протекания тока (сотни миллисекунд) осуществляется на торцах электродов 1 и 2. При токах до 9 кА на торцах электродов 1 и 2 за несколько десятков импульсов происходит сильная эрозия, изменяющая их геометрические размеры, как показано на фиг.1 мелкой штриховкой. Однако это не влияет на величину напряжения пробоя и стабильность работы прибора. Таким образом, применение газонаполненного разрядника, полупроводникового поджигающего электрода, находящегося в контакте с одним из основных электродов 2 и основных электродов 1, 2, с возможностью выдувания дуги на их торцы, обеспечивает надежную и стабильную работу устройства при протекании мощных импульсов тока с зарядом до нескольких сотен кулон за импульс.

Предлагаемый разрядник позволяет защищать, например, изолированные опоры электрических сетей электрифицированного транспорта при аварийном пробое изоляторов сети. При этом через разрядник протекает ток до 10 кА и заряд до 1000 Кл.

Были изготовлены макеты коммутирующего устройства, например разрядника, показанного на фиг.2.

Прибор содержит стальной корпус 10 диаметром 80 мм. В дне корпуса выполнены вентиляционные отверстия 11 и имеется токоввод 4. С противоположной стороны через изолятор 12 закреплен анодный токоввод 3. Внутри анодного электрода 1 расположен цилиндрический изолятор 13, в котором располагаются полупроводниковый поджигающий электрод 7 и газонаполненный разрядник 8. Полупроводниковый поджигающий электрод 7 проходит с зазором сквозь отверстие 6 и касается катода 2. Для обеспечения надежного контакта используется пружина 14.

Величина напряжения срабатывания прибора определяется напряжением срабатывания газонаполненного разрядника 8 (например 1500 В). Газонаполненный разрядник 8 имеет стабильный порог срабатывания. Воздействия внешней среды (температура, влажность, давление) в меньшей степени влияют на порог срабатывания разрядника 6. Тем самым повышается надежность и стабильность срабатывания прибора в целом.

При достижении на токовводах 3 и 4 напряжения 1500 В происходит срабатывание газонаполненного разрядника 8. На поверхности полупроводникового поджигающего электрода 7 возникает искровой разряд, который инициирует основной разряд между электродами 1 и 2. Под действием магнитного поля дуга перемещается на торцы электродов 1 и 2.

Испытания макетных образцов показали удовлетворительные результаты. При протекании заряда 900 Кл разрядники обеспечивали надежное срабатывание не менее 25 раз. Эрозия электродов в зоне инициирования разряда была незначительной. Интенсивная эрозия наблюдалась в зоне протекания основного разряда, но это не повлияло на надежность срабатывания разрядника.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Изобретение может быть использовано для создания разрядных приборов, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии и защиты от перенапряжений. Коммутирующее устройство содержит два основных электрода, разделенных разрядным промежутком, в котором расположен поджигающий электрод в виде стержня, и токовводы. В одном из основных электродов выполнено сквозное отверстие, через которое с зазором проходит поджигающий электрод, изготовленный из полупроводникового или неметаллического материала, обладающего резистивными свойствами. Один конец поджигающего электрода контактирует с другим основным электродом, а противоположный конец поджигающего электрода подключен через дополнительное коммутирующее устройство, например газонаполненный разрядник, к основному электроду со сквозным отверстием или к генератору пусковых импульсов. Токовводы подключены к основным электродам по одну сторону от поджигающего электрода, а по другую сторону от него основные электроды выполнены с расходящимися или параллельными друг другу рабочими поверхностями. Технический результат - повышение надежности и устойчивости работы в сильноточном режиме с большим протекаемым разрядом за импульс. 2 ил.

Коммутирующее устройство, содержащее два основных электрода разделенных разрядным промежутком, в котором расположен поджигающий электрод в виде стержня, и токовводы, отличающееся тем, что в одном из основных электродов выполнено сквозное отверстие, через которое с зазором проходит поджигающий электрод, изготовленный из полупроводникового или неметаллического материала, обладающего резистивными свойствами, один конец поджигающего электрода контактирует с другим основным электродом, а противоположный конец поджигающего электрода подключен через дополнительное коммутирующее устройство, например газонаполненный разрядник, к основному электроду со сквозным отверстием или к генератору пусковых импульсов, при этом токовводы подключены к основным электродам по одну сторону от поджигающего электрода, а по другую сторону от него основные электроды выполнены с расходящимися или параллельными друг другу рабочими поверхностями.