РАЗРЯДНИК ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ С ДВУМЯ РАСХОДЯЩИМИСЯ ЭЛЕКТРОДАМИ И ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ МЕЖДУ НИМИ Российский патент 2010 года по МПК H01T4/14 

Область техники

Изобретение относится к разряднику защиты от перенапряжений, содержащему два расходящихся электрода, искровой промежуток между ними, корпус, расположенное в основании электрода устройство смещения электрической дуги, а также средства для магнитного дутья электрической дуги согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

В сетях низкого напряжения для защиты от перенапряжений между двумя активными проводами часто применяют разрядник защиты от перенапряжений на основе самогасящего искрового промежутка. Эти искровые промежутки служат также для защиты при прямом ударе молнии и поэтому должны обладать высокой возможностью отвода ударного тока. При этом имеется требование к высокой готовности аппаратуры, т.е. и в случае перенапряжения, даже при воздействии молнии, должно осуществляться исправное электропитание через сеть. Это требует от разрядников защиты от перенапряжений по возможности высокой способности гашения сопровождающего тока и к тому же эффективного ограничения сопровождающего тока, чтобы можно было предотвратить срабатывание элементов защиты сети от сверхтока. По причине стремления ко все более компактной конструкции периферийного оборудования разрядников защиты от перенапряжений наряду с корректной в смысле монтажа конструкцией современных приборов требуется предотвращать выделение ионизированных газов в окружающую среду в случае срабатывания устройства.

Предотвращение выделения ионизированных газов в окружающую среду приводит к невероятно высокому перетоку мощности в искровом промежутке. При задутом искровом разряднике в окружающую среду выделяется более 90% энергии в форме горячего газа. Стремление ограничить сопровождающий ток и связанное с этим высокое напряжение электрической дуги также требуют более высокого энергообмена в искровом промежутке. Этот переток мощности, который существенно более высокий по сравнению с нынешними разрядниками защиты от перенапряжений, требует как затрат в конструировании, так и более эффективных или более устойчивых к обгоранию и более дорогих материалов. К тому же, по причине связанного с подачей энергии старения всех используемых узлов затруднена реализация главных задач разрядника, а именно, с одной стороны, поддержание напряжения срабатывания, которое должно быть выдано в случае перенапряжения, а с другой стороны, образование высокоизолированного участка при нормальных условиях работы сети.

Из современного уровня техники известно, что у искровых промежутков с расходящимися электродами электрическая дуга по причине своего собственного магнитного поля обладает свойством перемещаться от места своего возникновения. Также известно, что из-за этого перемещения чувствительная область зажигания, которая часто имеет участок скольжения из керамики или полимеров и подобных материалов, может быть защищена от перетока мощности, по меньшей мере, в течение определенного времени, в особенности за счет сопровождающего тока. По причине физически обусловленных времен устойчивости электрической дуги, которые составляют до нескольких десятков микросекунд, снижение нагрузки при импульсных токах возможно с трудом. Наряду с эффектом снижения нагрузки области зажигания в случае расходящихся электродов часто требуется удлинение электрической дуги с целью гашения сопровождающего тока вследствие увеличения напряжения электрической дуги.

Известные к настоящему времени разрядники защиты от перенапряжений с расходящимися электродами и высоким ударным током, а также с высокой способностью гашения сопровождающего тока выполнены с функцией задувания.

По причине выхода горячих ионизированных газов в таких разрядниках может случиться повреждение соседних установок. См. например, патенты ЕР 0706245 А2, DE 4402615 A1, DE 4439730 C2 и US-PS 2608599.

Чтобы снизить опасность для окружающего пространства, вызванную задуванием, другие известные разрядники защиты от перенапряжений роговой конструкции имеют одну или несколько камер, расположенных после дуговой камеры, в которых охлаждается газ перед его выходом из разрядника. Подобные решения представлены, например, в патенте ЕР 0860918 A1 или WO 2004/015830. Тем не менее, известные меры, принятые в таких разрядниках, не изменяют принцип конструкции с задуванием дуги и могут только снизить имеющуюся опасность, но не устранить ее полностью. В особенности, применение известных мер может снизить действие газовой ударной волны только относительно.

Искровые промежутки для области среднего напряжения в том виде, как они часто применяются при последовательном включении, имеют в отдельных случаях камеры с изолирующими перемычками или также камеры с дугогасительными пластинами, но не рассчитаны на токи молнии высоких амплитуд и на стандартный на сегодняшний день монтаж на несущей планке. Подобные искровые промежутки используются, в целом, при последовательном включении с варисторами, которые принимают на себя большую часть ограничения тока. В уже известных приборах движение электрической дуги поддерживается с помощью включенных последовательно дугогасительных катушек высокой индуктивности. Наряду с этими дугогасительными катушками корпус и в особенности электроды выполнены из материалов, которые не могут выдерживать номинальные токи молнии.

Для эффективного ограничения сопровождающего тока в случае искровых промежутков необходимо напряжение электрической дуги в диапазоне напряжения сети. В известных задувающих разрядниках низкого напряжения с расходящимися электродами требуемое напряжение электрической дуги достигается с помощью расположения дугогасительных пластин, деления электрической дуги на несколько частичных электрических дуг и удлинения электрической дуги. Наряду с выдуванием ионизированных газов известные искровые промежутки, обладающие возможностью выдерживать ток молнии, имеют и другие недостатки.

Так, например, электрическая дуга должна пройти относительно большой путь до вхождения в камеру с дугогасительными пластинами, вследствие чего в момент пуска сопровождающего тока напряжение электрической дуги низкое, и тем самым сопровождающий ток может повышаться почти неограниченно, и ограничение сопровождающего тока в этой фазе достигает только небольших значений. Ток достигает тем самым высоких мгновенных значений, снижение которых опять же является очень сложной задачей.

Вхождение дуги во множество дугогасительных пластин и, возможно, также разделение на частичные электрические дуги приводит, несмотря на относительно продолжительное время прохождения электрической дуги до достижения дугогасительной камеры, к почти скачкообразному увеличению напряжения электрической дуги. Это часто приводит к обратному зажиганию электрической дуги сопровождающего тока в термически сильно нагруженных участках, например в месте зажигания электрической дуги, которая также была подвержена предшествовавшему импульсному ударному току, или в конструктивно обусловленных точках перегиба, в которых часто возникает длительная устойчивость электрической дуги.

Однако эти обратные зажигания приводят к повторному провалу напряжения электрической дуги и тем самым к более длительным временам электрической дуги и более высоким интегралам пропускания.

По причине задувающего исполнения этих известных разрядников электрическая дуга в общем, несмотря на многократные обратные зажигания, снова входит в дугогасительную камеру.

При этом принцип работы такого возникающего гашения сопровождающего тока соответствует, насколько возможно, принципу работы силового выключателя низкого напряжения. Силовые выключатели низкого напряжения сравнимого размера и со способностью гашения сопровождающего тока сети имеют теперь, насколько возможно, открытые отверстия для задувания. По сравнению с искровыми промежутками выключатели обладают тем преимуществом, что движение электрической дуги ускоряется за счет открытия и немедленного удлинения электрической дуги к дуговой камере. Подвижность короткой электрической дуги, как она возникает на искровых разрядниках по причине небольших расстояний, напротив, ограничена.

Далее искровые промежутки обладают тем недостатком, что зажигание может начаться с высоким импульсным током; тем самым, особенно в случае капсулированного исполнения, мгновенно возникает необычайно высокое давление, которое очень сильно влияет на начало и движение электрической дуги. Однако это возникновение давления является не только более быстрым, но часто и явно более высоким, чем то, которое возникает вследствие ограничивающих сопровождающих токов сети в коммутационных аппаратах.

Резюмируя сказанное, в настоящее время преобладают варианты исполнения с задуванием, чтобы изначально обойти недостатки, возникающие при заключении этих приборов в капсулу. Заключение в капсулу принципиально приводит к резкому снижению мощности и продолжительности срока службы вплоть до полного отказа соответствующих приборов.

При заключении в капсулу разрядника, а также силового выключателя с расходящимися электродами возникают, среди прочего, следующие проблемы.

При зажигании электрической дуги повышается давление в искровом промежутке. Это способствует увеличению времени устойчивости электрической дуги и снижению ее скорости. Из-за мгновенного увеличения давления в капсулах возникает отражение ударных волн. Дуга бежит навстречу своей собственной ударной волне и плотность вытесняемого газа увеличивается. Это может привести к тому, что сила собственного магнитного поля электрической дуги более не достаточна для движения электрической дуги вдоль электродов. Тем самым вхождение дуги в камеру с дугогасительными пластинами происходит очень поздно или вообще не происходит, из-за чего более не может быть гарантировано быстрое ограничение сопровождающего тока.

Раскрытие изобретения

Из вышесказанного следует, что задачей настоящего изобретения являлось создание доработанного разрядника защиты от перенапряжений с двумя расходящимися электродами и искровым промежутком между ними, причем создаваемый разрядник выполняется в капсуле и наряду со способностью выдерживать ток молнии должен обладать высокой способностью гашения и ограничения сопровождающего тока.

Задача изобретения решена с помощью разрядника для защиты от перенапряжений согласно п.1 формулы изобретения, причем зависимые пункты содержат по меньшей мере целесообразное развитие признаков изобретения признаками, характеризующими изобретение в частных случаях его выполнения.

Таким образом, повышается подвижность электрической дуги непосредственно после ее зажигания с помощью комбинации мер для усиления собственного магнитного поля, обусловленного электрической дугой, и с помощью ступенчатой циркуляции газа в капсулированном разряднике.

С этой целью по меньшей мере один из электродов покрыт ферромагнитным материалом для поддержания движения электрической дуги. Далее внутри кожуха расположена дуговая камера, которая окружает электроды по меньшей мере частично, причем стенки камеры выполнены из ферромагнитного материала или покрыты ферромагнитным материалом. За счет вышеуказанных мер область зажигания и перемещения электрической дуги между электродами окружена, преимущественно U-образно, ферромагнитным материалом.

Дополнительно к этому, характеристика движения электрической дуги на расходящихся электродах улучшается благодаря направленной и ступенчатой циркуляции газа в искровом промежутке, которая также снижает реакцию давления и способствует ведению электрической дуги в щелевидной камере.

Наряду с упомянутыми мерами улучшению вхождения дуги в устройство ограничения тока может способствовать также вид области вхождения электрической дуги.

Конкретно, электроды имеют в области электрической дуги выемки, через которые газовый поток для поддержания движения электрической дуги попадает во внутреннее пространство дуговой камеры.

Стенки дуговой камеры могут иметь и другие, дополнительные, выемки, через которые газовый поток для поддержания движения электрической дуги проводится во внутреннее пространство дуговой камеры.

Для целенаправленного подведения газа электроды в области основания имеют просверленное отверстие или отверстие, выполненное другим образом. Отверстие имеет связь с пазом, который имеется на электродах изнутри, причем через отверстие и паз к месту зажигания электрической дуги может подаваться газ для деионизации.

К дуговой камере примыкает согласно изобретению деионная камера, причем эта деионная камера имеет один вход, направленный к расходящимся электродам, и множество боковых щелевидных выходных отверстий.

Между боковыми щелевидными выходными отверстиями деионной камеры, выемками в дуговой камере и отверстием в основании электрода предусмотрены газоведущие каналы.

В канале, который ведет к отверстию в основании электрода, предусмотрены охладительные каскады или же этот канал для охлаждения газа проходит меандрообразно (т.е. изгибающийся под прямым углом).

Газ, который попадает к отверстию в основании электрода, может быть смешан с воздухом из внешней среды и тем самым также может быть охлажден.

Для смешивания газа имеется расположенная под основанием электрода смесительная камера, которая имеет одно или несколько отверстий малого сечения для выравнивания давления с внешней средой.

Отверстия в основании электрода доходят до смесительной камеры или связаны с ней другим образом.

Далее в области основания электрода может быть расположен магнит для ускорения движения электрической дуги.

Вышеуказанные газопроводящие каналы изолированы друг от друга и выполнены раздельно, чтобы гарантировать направленный обратный поток и циркуляцию к области зажигания и к области движения электрической дуги.

Для точной настройки газового потока каналы могут иметь определенные заданные площади поперечного сечения.

В следующем варианте реализации изобретения с целью поддержания и усиления магнитного поля в случае сопровождающих токов может быть предусмотрена дугогасительная катушка, которая образует шунт к одному из электродов, причем перед точкой подключения катушки в направлении движения электрической дуги соответствующий электрод имеет высокоомный участок или изоляционный участок.

Чтобы время устойчивости электрической дуги было небольшим, а также чтобы можно было ускорить образование основания электрической дуги и движение дуги, согласно настоящему изобретению увеличивается действие собственного магнитного поля уже вблизи области зажигания электрической дуги.

Это может происходить за счет по возможности длительного шлейфа тока токоведущих контактов до места зажигания. За счет применения дополнительных магнитных полей дугогасительных катушек или магнитов либо за счет покрытия или U-образной облицовки электродов железом или другими ферромагнитными материалами возможно дальнейшее усиление желаемого эффекта.

Предложенная мера по покрытию электродов ферромагнитным материалом с целью поддержания движения электрической дуги может быть просто реализована и экономично внедрена. При этом данные материалы могут быть соединены с расходящимися электродами с возможностью прохождения электрического тока. Но целесообразной формой реализации является изолированное расположение. В особенности это увеличивает магнитное поле на основании электрической дуги, т.е. непосредственно на электродах.

В следующем примере реализации изобретения предлагается интегрировать ферромагнитные материалы в выполненные из жаростойкого материала электроды непосредственно за поверхностью движения электрической дуги или рядом с этой поверхностью. Если ферромагнитный материал интегрируется непосредственно рядом с поверхностью перемещения электрической дуги, то материал может быть закрыт изолятором во избежание отрицательных явлений износа. Подвижность основания электрической дуги может быть дополнена или повышена также за счет покрытия или интегрирования постоянных магнитов в один или в оба электрода.

Исследования показали, что еще более высокая подвижность электрической дуги может быть достигнута, если и столб электрической дуги будет подвержен воздействию магнитного поля, способствующего движению. Это может быть реализовано, например, за счет предложенной U-образной облицовки одного из электродов и всей области разряда между обоими расходящимися электродами. Силовые линии, порожденные электрической дугой в ферромагнитном материале, вследствие дуги замыкаются между электродами и тем самым целенаправленно воздействуют на них. При этом будет целесообразно, если один электрод без U-образной облицовки не будет иметь ферромагнитного покрытия или вкладок, так как иначе силовые линии замыкаются над этим материалом, вследствие чего снижено влияние на столб электрической дуги. Покрытие, содержащее ферромагнитный материал, может быть заменено или дополнено U-образным окружением электродов.

Выполненный таким же образом ферромагнитный материал по конструктивным причинам может быть прерывистым или может состоять из покрытия на один электрод и две пластины либо может быть L-образной формы с пластиной рядом с расходящимися электродами.

Кроме того, временем устойчивости электрической дуги можно целесообразно управлять путем выбора материала электрода. Особенно предпочтительным является то, когда электроды состоят из различных материалов или сплавов или металлокерамических материалов.

Далее положительно влияет неоднородность поверхности. Неоднородность может быть обусловлена и материалом. Особенно предпочтительны микроскопические или даже макроскопические структуры, лежащие параллельно направлению перемещения электрической дуги. Вызванная этой мерой более высокая автоэлектронная эмиссия способствует скачкообразному движению основания электрической дуги, вследствие чего может быть увеличена скорость перемещения.

Движению основания электрической дуги на шинах перемещения дуги может также способствовать вид профиля шины, причем особенно положительное воздействие оказывают реборды шин в направлении перемещения. Далее шины перемещения могут состоять из шихтованных в направлении перемещения одинаковых или различных материалов, вследствие чего уменьшается распространение дуги в направлении, перпендикулярном к направлению перемещения. Материал шин перемещения дуги может содержать тугоплавкие и низкоплавкие компоненты или может быть составлен только из них, так что в направлении движения возникают кромки или острия, к которым преимущественно переходит основание электрической дуги, вследствие чего возрастает скорость электрической дуги и снижается время устойчивости дуги. Для этого возможно использовать волокнистые металлы, слоистые металлы или соответствующие ламинаты.

Вышеуказанные меры снижают устойчивость электрической дуги и ускоряют ее начальное движение. После фазы старта электрическая дуга должна быть по возможности быстро удлинена и подведена к дугогасительной камере. Но теперь непрерывному движению противодействуют повышенное давление и отраженные ударные волны в разряднике, выполненном капсулировано.

Чтобы достичь эффективного ограничения тока в случае капсулированных искровых промежутков с расходящимися электродами, предлагается ввести электрическую дугу в течение как можно более короткого промежутка времени в дуговую камеру, в которой напряжение электрической дуги повышается так сильно, что достигается или превышается мгновенное значение напряжения сети.

В качестве дуговой камеры могут применяться все системы, известные из области силовых выключателей низкого напряжения. Сюда относятся, среди прочего, камеры с изоляционными перемычками, камеры с дугогасительными пластинами, деионные камеры, меандровые камеры и их комбинации. Принцип действия этих камер основывается на удлинении, охлаждении и, частично, на разделении электрической дуги.

Согласно изобретению наряду с поддержанием поведения (характеристики) движения электрической дуги за счет указанных магнитных полей достигается ее вход в препятствие дуговой камеры или деионной камеры.

Основной предпосылкой для эффективного действия являются циркуляция газа и охлаждение газа, которые способствуют движению электрической дуги к дуговой камере и в нее.

Для этого применяются конструктивные способы по настоящему изобретению, которые позволяют совершать газовую циркуляцию в нескольких контурах с различными функциями.

Как выход газов из дуговой камеры, так и обратная подача газа в дуговую камеру происходят по меньшей мере по двум каналам.

Обратная подача и охлаждение горячих газов производятся предпочтительно сбоку от дуговой камеры. Обратная подача охлажденных газов происходит на небольшом участке непосредственно в области зажигания электрической дуги между расходящимися электродами и их основанием и служит для деиоинизации в этой области.

Чтобы снизить опасность повторного зажигания за счет еще горячих газов, то небольшое количество газа, которое вводится в эту область, проходит для интенсивного охлаждения через дополнительную область. В этой области газ проводится по узким каналам, выполненным предпочтительно из металла с высокой теплоемкостью. В случае массивного исполнения электродов или ферромагнитного покрытия электродов эти каналы могут быть интегрированы в электроды, не требуя дополнительного места. Отверстие с малым поперечным сечением для выравнивания давления, необходимое для капсулированного разрядника, может быть расположено таким образом, что оно имеет связь с каналом, содержащим интенсивно охлажденный газ.

Обратная подача существенно большего количества газа, которое образует основной циркуляционный контур, происходит через отдельные каналы сбоку от расходящихся электродов или рядом с ними над местом зажигания, но под участком входа в дуговую или деионную камеру. Эта подача может осуществляться с помощью одного или нескольких каналов вдоль шин перемещения дуги. Особенно выгодной для такой подачи является та область электрода, которая лежит практически над основной областью нагрузки импульсным током. Таким образом, дуга попадает в эту область только после окончания времени устойчивости дуги и после преодоления определенного участка вдоль расходящихся электродов. В этой начальной области для движения электрической дуги еще достаточно поддержки, осуществляемой за счет собственного поля, за счет ферромагнитного покрытия электродов и, возможно, за счет газоотдающего устройства смещения электрической дуги.

Вследствие ступенчатой обратной подачи газа предотвращается то, что продолжительные импульсные токи будут преждевременно возбуждены для ускоренного движения или охлаждены, вследствие чего переток мощности и нагрузка искрового промежутка могут быть ограничены. Тем самым вследствие газовой циркуляции, по существу, поддерживается только электрическая дуга сопровождающего тока в своем движении перед вхождением в дугогасительную камеру. За счет вида подачи газа охватывается не только столб электрической дуги, но и области оснований на обоих электродах, ответственные за движение электрической дуги.

Чтобы повысить действие газового потока на столб электрической дуги, область перемещения электрической дуги до дугогасительной камеры представлена далее щелевидной. Благодаря этому может быть достигнуто то, что также и электрические дуги с еще относительно небольшой силой тока имеют поперечное сечение в диапазоне ширины щели и тем самым газ не может течь рядом с дугой вдоль по ней, а на дугу оказывается по возможности большое силовое воздействие.

За счет по возможности небольшой ширины щели, с одной стороны, ускоряется движение электрической дуги вдоль электродов. С другой стороны, образование щели в этой области движения не приводит к экстремальному уменьшению поперечного сечения по сравнению с областью разряда импульсного тока, так как в противном случае уже в этой нижней области движения дуги могут возникнуть сильные отражения давления, что отрицательно влияет на характеристику движения.

Поперечное сечение разрядного пространства электрической дуги в области зажигания определяется, по существу, искомой величиной импульса, а также прочностью при сжатии электродов и материалов стенки.

В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения стенки камеры могут быть выполнены эластичными. Таким образом, при сильном давлении стенки камеры могут двигаться в сторону. Благодаря этой мере одновременно уменьшается опасность электропроводящего соединения между электродами через боковые стенки камеры.

В соответствии с изобретением выпуск газа из дуговой камеры происходит не только над камерой, но и ступенчато при протекании его через камеру, содержащую боковые конструкции. В случае камер с дугогасистельными пластинами или деионных камер эти конструкции изолированы, поэтому может быть предотвращен перехват дуги. Таким же образом концы металлических пластин дугогасительных камер защищены от перехвата дуги с помощью изоляционных участков. Горячие газы после того, как они покидают дугогасительные камеры, вводятся в каналы, которые проходят предпочтительно по обеим сторонам камеры параллельно ей. В этих каналах газ охлаждается и, в заключение, подводится к расширительному пространству, из которого происходит его подача в дуговую камеру описанным выше способом.

Поверхность предусмотренных каналов и полостей должна быть по возможности большой, а материалы стенок должны обладать высокой теплоемкостью и теплопроводностью. В качестве внутренних стенок могут тем самым служить магнитные направляющие пластины или, если имеется, также ферромагнитная U-образная облицовка дугогасительных камер, вследствие чего она несет одновременно две функции.

Дальнейшее повышение эффективности ферромагнитных веществ может происходить за счет полной U-образной облицовки всей области электрической дуги. Эта закрытая ферромагнитная облицовка оказывает притягивающее воздействие на электрическую дугу. Для прерывания вихревых токов, которые тормозят движение электрической дуги, облицовку целесообразно сделать ламинированной. Для того чтобы через облицовку не возникло короткого замыкания электрической дуги, облицовка должна быть на внутренней стороне тонкостенно изолирована материалом, устойчивым к электрической дуге. В идеальном случае эта изоляция может быть выполнена в виде изолирующей щели, меандровой камеры или камеры с изолирующими перемычками. Этот вариант реализации гарантирует в зависимости от вида постепенное или же, наоборот, скачкообразное увеличение напряжения электрической дуги при вхождении дуги в щелевую область. Если изоляционный материал к тому же выполнен из газовыделяющих веществ, то это может вызвать дополнительное повышение давления и тем самым непосредственное повышение напряжения электрической дуги.

Для повышения гасящей способности дуговой камеры целесообразным будет дополнительное размещение деионных пластин в изоляционной камере. В идеальном случае они должны иметь различную высоту, так что количество частичных электрических дуг будет увеличиваться постепенно, т.е. с задержкой по времени. В качестве альтернативного варианта, входные щели пластин также могут быть выполнены различными или асимметричными, чтобы добиться постепенного разделения электрической дуги.

Вхождение электрической дуги в дугогасительную камеру должно быть достигнуто непосредственно после области зажигания электрической дуги или после очень короткого участка ускорения, так как в противном случае невозможно эффективное ограничение тока.

Чем короче область вхождения, тем выше опасность обратного зажигания в области зажигания искрового разрядника, так как охлаждение и деоинизация области зажигания возможны в течение короткого времени и только ограниченно. Для снижения этой опасности возможно удлинение ускоряющего участка или изменение направления электрической дуги. Распространение электрической дуги может при этом происходить с наклоном на определенный угол к направлению возникновения электрической дуги, или, например, электрическая дуга может быть смещена в меандровой камере в сторону от своего места возникновения. С помощью этих способов можно избежать прямого излучающего воздействия электрической дуги на место зажигания.

Касательно усиления магнитного поля предлагаются и другие возможности. В особенности, в настоящем изобретении могут применяться так называемые дугогасистельные катушки. При постоянном напряжении однородное поле, которое не зависит от силы тока, может быть реализовано также за счет применения постоянных магнитов. Далее, подвод подключений до места зажигания может быть выполнен таким образом, что дополнительная сила затягивает электрическую дугу в камеру. В этом случае, например, подключение может быть выполнено петлеобразно вокруг дугогасительной камеры.

В случае применения дугогасительных катушек, например, с магнитной направляющей пластиной число витков должно быть совсем небольшим по причине высоких ударных токов молнии, а также по причине габаритных размеров, вследствие чего сильное магнитное поле возникает только при относительно высоких токах. Однако, поскольку эти высокие токи как раз должны быть сильно ограничены, то преимущество будет состоять в том, чтобы и при сравнительно малых токах уже иметь сильное магнитное поле.

По смыслу вышесказанного предлагается, чтобы ударный ток, который течет вследствие зажигания искрового промежутка, пропускался к месту зажигания по отдельному питающему проводу без дугогасительной катушки или по отдельной обмотке дугогасительной катушки, содержащей небольшое число витков. А сопровождающий ток должен проводиться через дугогасительную катушку с относительно высоким числом витков, которая и при малых токах производит сильное магнитное поле. Технически это реализуется за счет двух токоподводов, ведущих по меньшей мере к одному искровому рогу или одному электроду. Для этого электрод развивается в одном месте без возможности электропроводности или выполняется высокоомным. После зажигания электрической дуги и после ударного тока электрическая дуга перепрыгивает эту область и сопровождающий ток течет через дугогасительную катушку или через часть дугогасительной катушки, содержащую более высокое число витков.

В области зажигания ударных токов электроды изготовлены из жаростойкого материала. Однако ширина и высота этих жаростойких поверхностей на электродах в области зажигания не должна быть менее 4 мм.

Краткий перечень фигур чертежей

Далее изобретение более подробно поясняется на примере реализации, а также с помощью прилагаемых фигур чертежей.

Фигуры показывают следующее:

Фиг.1 - вид в разрезе с торца разрядника защиты от перенапряжений по настоящему изобретению;

Фиг.2 - поперечное сечение одного из разрядников по настоящему изобретению;

Фиг.3 - форма выполнения разрядника (вид с торца), у которого электроды и область зажигания уже окружены дугогасительной камерой;

Фиг.4 - вид сбоку искрового промежутка, у которого для усиления магнитного поля при сопровождающем токе предусмотрена дугогасительная катушка.

Осуществление изобретения

Разрядник защиты от перенапряжений по фиг.1 имеет внешний корпус, который представляет собой квазигерметичную капсулу.

Внутри этого корпуса имеются электроды 1, причем электроды 1а и 1b (см. фиг.2) расходятся рогообразно.

Электроды 1 имеют сквозное отверстие 14, а также расположенную на их внутренней стороне вертикальную выемку 13, которые вместе образуют канал, через который газ 8 может быть подведен между электродами для деионизации места 4 зажигания во внутреннем пространстве искрового промежутка.

Вместо сквозного отверстия 14 могут быть предусмотрены боковые или торцевые выемки на электродах 1.

Электроды 1 дополнительно имеют в области перемещения электрической дуги боковые выемки 2, через которые ко внутреннему пространству искрового разрядника подводится основная часть циркулирующего газа 7 для поддержания движения электрической дуги.

Одновременно или в качестве альтернативного варианта подача газа в этой области может происходить также за счет боковых выемок 3 или за счет соответствующих проемов или отверстий в стенках дуговой камеры 11. Эти стенки камеры могут быть покрыты ферромагнитным материалом 10 для поддержания движения электрической дуги.

Из внутреннего пространства искрового промежутка газ выходит через множество ступенчато расположенных боковых отверстий, а также полностью проходит предусмотренную над ними деионную камеру 6, которая представляет собой квазисоставную часть дуговой камеры.

При этом газ течет в один, предпочтительно в несколько отдельных каналов 12, которые проходят с одной стороны или с обеих сторон дуговой камеры 11.

Чем больше количество этих каналов, особенно в концевой области деионной камеры 6, тем меньше опасность соединения частичных электрических дуг вне деионной камеры 6.

После того как газ попал в отдельные каналы, он охлаждается в них и через отверстия 2, 3 и, частично, через отверстие 14 снова подводится ко внутреннему пространству искрового промежутка.

При этом охлаждение может происходить как на имеющихся изоляционных материалах, так и на металлических узлах.

Газ 8, который служит для деионизации области зажигания, вследствие прохождения в канале внутри электродов охлаждается и далее. Дополнительное охлаждение может быть реализовано за счет прохождения газа между меандрообразными выступами 5 вдоль охлаждающих стен.

Далее имеется возможность дополнительно смешать газ 8 с воздухом из внешней среды, который через отверстие 9 выравнивания давления попадает в искровой промежуток. Получается, что в нижней области разрядника имеется смесительная камера. Кроме того, это отверстие с минимальным поперечным сечением необходимо, чтобы предотвратить продолжительный, то есть кумулятивный рост давления внутри искрового промежутка.

Фиг.2 (один из вариантов реализации изобретения, вид сбоку) показывает еще раз основные электроды 1а и 1b, причем один из основных электродов (1b) покрыт ферромагнитным материалом 10, что способствует движению электрической дуги. Вместе с ферромагнитным материалом в стенках дуговой камеры 11 (см. фиг.1) или на этих стенках область зажигания и перемещения электрической дуги охватывается U-образно между обоими основными электродами 1а и 1b.

По одному из вариантов реализации изобретения в области зажигания может быть расположен магнит 15, что способствует движению основания электрической дуги.

Выход газа из дугогасительной камеры 6 (деионной камеры) происходит как через боковые отверстия 17 камеры, так и на верхней стороне камеры.

Улетучивающийся газ на боковых сторонах, а также газ на верхней стороне может проводиться по отдельным изолированным по отношению друг к другу каналам. Обратная подача газа для завершения циркуляции происходит как в области зажигания с помощью электродов, так и в области перемещения электрической дуги через отверстия 2.

Фиг.3 показывает вид торцевой стороны разрядника согласно изобретению. На этой фигуре основные электроды 1 и область зажигания уже окружены дугогасительной камерой (деионной камерой) 6.

Благодаря этой мере, может быть сокращено время до вхождения электрической дуги в камеру, а ферромагнитный материал деионной камеры уже в момент зажигания ускоряет движение электрической дуги.

Представленная на фиг.3 схема дополнительно показывает возможность окружения всей дуговой камеры 6 U-образной ферромагнитной облицовкой 18. Эта облицовка, а также отверстия для циркуляции газа целесообразно расположены изолированно к дуговой камере 6.

Согласно представленному на фиг.4 чертежу для усиления магнитного поля при сопровождающем токе устанавливается дугогасительная катушка 19.

Эта катушка образует шунт к одному из основных электродов 1. Электрическая дуга зажигается при импульсной нагрузке в месте 4 зажигания между основными электродами 1. Импульсный ток течет при этом прямо через основной электрод 1, а не через катушку 19.

По причине короткой продолжительности импульсного разряда электрическая дуга остается в области 20 между основными электродами. В случае длительных импульсов или в случае сопровождающего тока электрическая дуга достигает также область между электродами, обозначенную номером 30.

Основание электрической дуги достигает поз.22 на электроде с подключенной дугогасительной катушкой 19. На этом месте электрод разорван высокоомным или изолирующим образом. После перехода этого места ток течет через дугогасительную катушку 19, что способствует движению электрической дуги.

Дугогасительная катушка 19 может при этом дополнительно иметь так называемые направляющие пластины, которые охватывают опять же U-образным образом область перемещения электрической дуги.

На фиг.4 отверстия 21 для деионизации места 4 зажигания выполнены в виде поперечных пазов, а не в виде сквозных отверстий в электродах. Отверстия циркуляции газа для поддержания поведения движения электрической дуги 2 могут быть расположены вверху, а частично и внизу места 22 прерывания.

Резюмируя сказанное выше, предложенное решение позволяет создать капсулированный разрядник защиты от перенапряжений на основе искрового промежутка с расходящимися электродами, причем специальная циркуляция газа происходит таким образом, что горячий газ ступенчато и по разделенным каналам выводится из устройства токоограничения и охлаждается, а холодный газ снова подводится по каналам дуговой камеры к отверстиям, сдвинутым и разделенным по меньшей мере в направлении перемещения электрической дуги. В области зажигания холодный газ и далее может подводиться извне через отверстие выравнивания давления. Расположенный U-образно ферромагнитный материал способствует усилению собственного магнитного поля вокруг по меньшей мере одного электрода, причем также и дуговая камера может быть окружена ферромагнитным материалом.

Разрядник защиты от перенапряжений выполнен капсулированным и содержит два расходящихся электрода, искровой промежуток между ними, корпус, а также расположенное в основании электрода устройство смещения электрической дуги и средства для магнитного дутья электрической дуги. Подвижность электрической дуги непосредственно после ее зажигания повышается с помощью комбинации мер по усилению собственного магнитного поля электрической дуги и с помощью ступенчатой циркуляции газа в капсулированном разряднике. Электроды в области перемещения электрической дуги имеют выемки, через которые газовый поток попадает во внутренний объем дуговой камеры для поддержания движения электрической дуги. Технический результат - повышение способности гашения и ограничения сопровождающего тока наряду со способностью выдерживать ток молнии. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Разрядник защиты от перенапряжений, содержащий два расходящихся электрода, искровой промежуток между ними, корпус, а также расположенное в основании электрода устройство смещения электрической дуги и средства для магнитного дутья электрической дуги, отличающийся тем, что он выполнен капсулированным, в котором подвижность электрической дуги непосредственно после ее зажигания повышается с помощью комбинации мер по усилению собственного магнитного поля электрической дуги и с помощью ступенчатой циркуляции газа в капсулированном разряднике, причем электроды в области перемещения электрической дуги имеют выемки, через которые газовый поток попадает во внутренний объем дуговой камеры для поддержания движения электрической дуги.

2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из электродов покрыт ферромагнитным материалом для поддержания движения электрической дуги, причем внутри корпуса выполнена дуговая камера, охватывающая электроды по меньшей мере частично, а стенки камеры выполнены из ферромагнитного материала или покрыты таким материалом, так что область зажигания и перемещения электрической дуги между электродами охвачена преимущественно U-образно ферромагнитным материалом.

3. Разрядник по п.2, отличающийся тем, что стенки дуговой камеры имеют дополнительные выемки, через которые газовый поток попадает во внутренний объем дуговой камеры для поддержания движения электрической дуги.

4. Разрядник по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что электроды в основании имеют отверстие и соединенный с ним изнутри паз или выемку, причем через это отверстие и паз может подаваться газ для деионизации к месту зажигания электрической дуги.

5. Разрядник по п.2 или 3, отличающийся тем, что к дуговой камере примыкает дугогасительная камера, в особенности деионная камера, причем деионная камера имеет один вход, направленный к расходящимся электродам, и множество выходных отверстий, также боковых и щелевидных.

6. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере между боковыми, щелевидными выходными отверстиями деионной камеры и выемками в дугогасительной камере, а также отверстием в основании электрода предусмотрены газоведущие и газонаправляющие каналы, которые полностью разделяют пространство камер.

7. Разрядник по п.4, отличающийся тем, что в канале, ведущем к отверстию в основании электрода, предусмотрены охладительные каскады, или канал выполнен меандрообразно.

8. Разрядник по п.7, отличающийся тем, что газ, подаваемый к отверстию в основании электрода, смешивается с воздухом окружающей среды.

9. Разрядник по п.8, отличающийся тем, что для смешивания газа под основанием электрода расположена смесительная камера, которая имеет одно или несколько отверстий малого поперечного сечения для выравнивания давления.

10. Разрядник по п.9, отличающийся тем, что отверстие в основании электрода входит в смесительную камеру или имеет связь с ней.

11. Разрядник по одному из пп.1-3, 6-10, отличающийся тем, что в области основания электрода расположен магнит для ускорения движения электрической дуги.

12. Разрядник по п.6, отличающийся тем, что каналы проведены изолированно и отдельно друг от друга, чтобы гарантировать целенаправленный возврат потока к области зажигания и к области перемещения электрической дуги.

13. Разрядник по п.12, отличающийся тем, что каналы имеют определенные заданные поперечные сечения.

14. Разрядник по п.12, отличающийся тем, что ферромагнитный материал расположен изолированно относительно дугогасительной камеры.

15. Разрядник по одному из пп.1-3, 6-10, 12-14, отличающийся тем, что для усиления магнитного поля при сопровождающих токах предусмотрена дугогасительная катушка, которая образует шунт к одному из электродов, причем в направлении перемещения электрической дуги перед точкой подключения катушки соответствующий электрод имеет высокоомный участок или изолированный участок.