КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H01T1/00 

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании устройств, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от постоянного или переменного перенапряжений.

Известно коммутирующее устройство, имеющее два основных электрода, разделенные разрядным промежутком, и расположенный в разрядном промежутке пусковой электрод. Пусковой электрод соединен с основными электродами через сопротивления, величины которых подобраны таким образом, чтобы отношение пробивного напряжения в промежутке между пусковым электродом и торцом одного основного электрода к напряжению в промежутке между пусковым электродом и торцом другого основного электрода находилось в диапазоне от 0,5 до 2,0 (патент Франции №2084184, МПК H01IT 1/00, 1972 г.).

К недостаткам данного устройства относятся достаточно высокие требования к амплитуде и фронту запускающего импульса, используемого для обеспечения стабильной работы устройства.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения принято коммутирующее устройство, содержащее два основных электрода, разделенных разрядным промежутком, средства инициирования разряда в разрядном промежутке, выполненные в виде поджигающего электрода, и дополнительное коммутирующее устройство, выполненное в виде газового разрядника. Поджигающий электрод расположен с зазором в отверстии, выполненном в первом основном электроде, и касается одним своим концом второго основного электрода. Другим своим концом поджигающий электрод связан через газовый разрядник с первым основным электродом (патент РФ №2327265, МПК H01T 1/20, 2008 г.).

Недостатком коммутирующего устройства, принятого в качестве ближайшего аналога, является нестабильная работа при защите от разнополярного перенапряжения.

Указанный недостаток объясняется следующим. При подаче положительного напряжения на первый основной электрод (анод) и срабатывании дополнительного коммутирующего устройства в месте контакта поджигающего электрода и второго основного электрода (катод) образуется катодное пятно, которое быстро формирует разряд в основном разрядном промежутке. При подаче отрицательного напряжения на первый основной электрод (катод) и срабатывании дополнительного коммутирующего устройства, катодное пятно на первом основном электроде не образуется вследствие отсутствия прямого контакта первого основного электрода с поджигающим электродом. Формирование разряда в основном разрядном промежутке в этом случае происходит или за счет пробоя зазора между поджигающим электродом и первым основным электродом, или за счет формирования анодного пятна в месте контакта поджигающего электрода и второго основного электрода, что значительно повышает время срабатывания и увеличивает нестабильность работы устройства.

Технический результат, достигаемый изобретением - повышение стабильности работы коммутирующего устройства при защите от разнополярного перенапряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в коммутирующем устройстве, содержащем первый и второй основные электроды с токовводами, разделенные разрядным промежутком, дополнительное коммутирующее устройство и средства инициирования разряда в разрядном промежутке, упомянутые средства инициирования разряда в разрядном промежутке выполнены в виде первого и второго поджигающих электродов, электрически соединенных между собой через дополнительное коммутирующее устройство и касающихся, соответственно, первого и второго основных электродов, при этом поджигающие электроды выполнены из полупроводникового материала.

Указанный технический результат достигается также тем, что первый и второй поджигающие электроды касаются, соответственно, первого и второго основных электродов вне области разрядного промежутка.

Указанный технический результат достигается также тем, что дополнительное коммутирующее устройство выполнено в виде газового разрядника.

Указанный технический результат достигается также тем, что дополнительное коммутирующее устройство и поджигающие электроды размещены в корпусе, снабженном отверстиями для вывода поджигающих электродов.

Заявляемое изобретение, по мнению заявителя, не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку заявителем не выявлены решения, в которых для обеспечения стабильной работы коммутирующего устройства при защите от разнополярного перенапряжения используются два поджигающих электрода, возбуждающих на основных электродах одновременно анодные и катодные пятна независимо от полярности напряжения.

Таким образом, заявляемое изобретение удовлетворяет требованию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежом. На фиг.1 схематически показано заявляемое устройство.

Коммутирующее устройство содержит первый 1 и второй 2 основные электроды с токовводами 3 и 4, соответственно, расположенные в корпусе 5. Электроды 1 и 2 разделены разрядным промежутком 6. Электроды 1 и 2 выполнены из металла и имеют идентичную конструкцию. Коммутирующее устройство снабжено средствами инициирования разряда в разрядном промежутке 6, выполненными в виде поджигающих электродов 7 и 8.

Электроды 7 и 8 электрически соединены друг с другом через дополнительное коммутирующее устройство, выполненное, например, в виде газового разрядника 9, имеющего стабильный порог срабатывания (в этом случае разброс напряжения пробоя разрядника 9 составляет менее 10%). Поджигающие электроды 7 и 8, выполненные из полупроводникового материала, расположены таким образом, что они касаются, соответственно, основных электродов 1 и 2. В предпочтительном варианте поджигающие электроды 7 и 8 касаются своими торцами боковых поверхностей электродов 1 и 2, соответственно. В этом случае области касания поджигающими электродами 7 и 8 основных электродов 1 и 2 находятся за пределами разрядного промежутка 6.

Таким образом, поджигающие электроды 7 и 8 одним концом электрически соединены с основными электродами 1 и 2, а другим - с разрядником 9.

Поджигающие электроды 7 и 8 и газовый разрядник 9 размещены в отдельном, изолированном от корпуса 5 корпусе 10. Корпус 10 выполнен из диэлектрического материала, например, из керамики, и снабжен отверстиями для вывода поджигающих электродов.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При достижении на токоотводах 3 и 4 определенного значения напряжения происходит пробой разрядника 9. В местах касания поджигающими электродами 7 и 8 основных электродов 1 и 2 вследствие значительной разности в проводимости материалов электродов 1 и 2 и электродов 7 и 8 имеет место большая напряженность поля.

Если на основной электрод 1 подан отрицательный потенциал (электрод 1 является катодом), а на основной электрод 2 подан положительный потенциал (электрод 2 является анодом), то в местах касания поджигающими электродами 7 и 8 основных электродов 1 и 2 возникает, соответственно, катодное и анодное пятно (дуга). Катодное пятно под действием сил Лоренца, возникающих при протекании тока по основным электродам 1 и 2, быстро перемещается в разрядный промежуток 6. При возникновении катодного пятна образуются свободные электроны с большой энергией, которые двигаются к аноду и ионизируют разрядный промежуток 6. Про возникновении анодного пятна электроны остаются в анодной области, а ионизация (пробой) разрядного промежутка 6 происходит за счет движения от анода к катоду положительных ионов, которые более инерционны. Таким образом, основным инициатором возникновения разряда в разрядном промежутке 6 является катодное пятно, образующееся в данном случае между поджигающим электродом 7 и основным электродом 1.

В том случае, если на основной электрод 1 подан положительный потенциал (электрод 1 является анодом), а на основной электрод 2 подан отрицательный потенциал (электрод 2 является катодом), то в местах касания поджигающими электродами 7 и 8 основных электродов 1 и 2 возникает, соответственно, анодное и катодное пятно, и основным инициатором возникновения разряда в разрядном промежутке 6 является катодное пятно, образующееся между поджигающим электродом 8 и основным электродом 2.

Предложенное коммутирующее устройство за счет выполнения средств инициирования разряда в разрядном промежутке в виде двух поджигающих электродов, генерирующих катодные пятна при различной полярности напряжений на основных электродах (на основном электроде, который при данной полярности является катодом), позволяет надежно защищать как от постоянного, так и переменного перенапряжения при значительном сокращении времени пробоя.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании устройств, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от постоянного или переменного перенапряжений.

Технический результат, достигаемый изобретением - повышение стабильности работы коммутирующего устройства при защите от разнополярного перенапряжения.

Коммутирующее устройство содержит первый и второй основные электроды, разделенные разрядным промежутком, средства инициирования разряда в разрядном промежутке , выполненные в виде поджигающих электродов, и дополнительное коммутирующее устройство, выполненное в виде разрядника . Поджигающие электроды касаются своими торцами боковых поверхностей электродов, соответственно, с образованием катодных и анодных пятен при пробое разрядника. В результате катодные пятна, являющиеся основными инициаторами возникновения разряда в промежутке, генерируются на одном из основных электродов, который при данной полярности напряжения на электродах является катодом. 3 з.п. ф-лы,1 ил.

1. Коммутирующее устройство, содержащее первый и второй основные электроды с токовводами, разделенные разрядным промежутком, дополнительное коммутирующее устройство и средства инициирования разряда в разрядном промежутке, отличающееся тем, что упомянутые средства инициирования разряда в разрядном промежутке выполнены в виде первого и второго поджигающих электродов, электрически соединенных между собой через дополнительное коммутирующее устройство и касающихся, соответственно, первого и второго основных электродов, при этом поджигающие электроды выполнены из полупроводникового материала.

2. Коммутирующее устройство по п.1., отличающееся тем, что первый и второй поджигающие электроды касаются боковой поверхности, соответственно, первого и второго основных электродов вне области разрядного промежутка.

3. Коммутирующее устройство по п.1., отличающееся тем, что дополнительное коммутирующее устройство выполнено в виде газового разрядника.

4. Коммутирующее устройство по п.1., отличающееся тем, что дополнительное коммутирующее устройство и поджигающие электроды размещены в корпусе, снабженном отверстиями для вывода поджигающих электродов.