КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК H01T1/20 

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано для защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Известно коммутирующее устройство (см. патент РФ №2366051, кл. Н01Т 1/20), содержащее основные электроды, разделенные воздушным разрядным промежутком, и дополнительный электрод, расположенный вблизи одного из основных электродов. В этом основном электроде расположен поджигающий электрод в виде стержня, касающийся одним торцом дополнительного электрода, а другим через вспомогательное коммутирующее устройство с основным электродом, вблизи которого расположен дополнительный электрод.

Недостатком этого устройства являются большой разброс напряжения зажигания (порядка 30%) и небольшое число срабатываний (порядка 10). Эти недостатки обусловлены тем, что в устройстве используется мощный дуговой разряд в воздухе. В разряде образуются соединения материала электродов с кислородом и азотом - оксиды и нитриды. Воздух в процессе разряда выгорает, а после окончания разряда в разрядный промежуток засасывается новая порция воздуха, которая может содержать влагу, пыль, органические частицы (пыльцу) и т.д. Это приводит к образованию карбидов. Оксиды, нитриды, карбиды, пыль и влага будут осаждаться на поджигающий электрод и на контактирующие с ним поверхности. В результате условия поджига от разряда к разряду будут ухудшаться. Поэтому работа известного коммутирующего устройства будет сильно зависеть от погоды, времени года и от окружающей местности. Другим недостатком известного устройства являются отсутствие механизмов, ограничивающих величину разрядного тока. Поэтому в ряде случаев, например удар молнии, он может превышать допустимую величину. Кроме того, для срабатывания защитных устройств достаточны токи порядка 1 кА.

Техническим результатом изобретения является коммутирующее устройство, выдерживающее несколько сотен мощных разрядов при изменении напряжения зажигания не более 10%.

Технический результат достигается путем использования в устройстве газонаполненного разрядника, разрядный промежуток которого ограничен с боков двумя коаксиально расположенными керамическими цилиндрами путем использования металлического стержня, установленного коаксиально с керамическими цилиндрами, путем использования гибкой металлической пластины (мембраны), путем закрепления гибкой металлической пластины на выводе одного из основных электродов, путем закрепления одного конца металлического стержня на гибкой пластине.

Заявленное устройство показано на фиг. 1. Оно состоит из металлического цилиндрического кожуха 1, внутри которого коаксиально с ним расположены керамические цилиндры 2 и 3, образующие кольцевой разрядный промежуток 4. К торцам цилиндров 2 и 3 припаяны электроды 5 и 6, на рабочие части которых нанесено активное вещество. Цилиндры 2 и 3 и электроды 5 и 6 образуют объем, заполненный рабочим газом, например смесью аргона и водорода при давлении 5-20 Торр. К выводам электрода 6 приварена чашка 7, дно которой представляет собой мембрану, способную прогибаться под воздействием прикладываемых к ней усилий. На чашке 7 коаксиально с ней закреплена втулка 8, по оси которой выполнено отверстие с резьбой. Коаксиально с цилиндрами 2 и 3 установлен металлический стержень 9 с резьбой на конце для закрепления в отверстии втулки 8. Кожух 1 и вывод электрода 5 крепятся болтами 10 к металлической чашке 11 так, что между выводом электрода 5 и кожухом 1 обеспечивается надежный электрический контакт. На стержне 9 вблизи электрода 5 установлена втулка 12, выполненная из изоляционного материала. Она устанавливается в чашку 11 и ограничивает смещение стержня 9 в боковых направлениях, изолирует его от выводов электрода 5 и предохраняет чашку 7 от механических повреждений. На кожухе 1 закреплен стержень 13. Стержнями 9 и 13 устройство присоединяется к защищаемому объекту. В кожухе 1 коаксиально с ним установлен цилиндр 14, выполненный из изоляционного материала. Он предотвращает пробои между корпусом 1 и выводом электрода 6.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение, возникающее на защищаемом объекте, через стержни 9 и 13, кожух 1, втулку 8 и чашку 7 подается на электроды 5 и 6. Когда оно достигает величины, достаточной для пробоя разрядного промежутка 4, между электродами 5 и 6 происходит разряд. Ток разряда идет по стержню 9 и создает вокруг него магнитное поле, направление силовых линий которого перпендикулярно направлению протекания тока в разряде. В результате проводимость газоразрядной плазмы в направлении протекания тока значительно снижается. Таким образом, происходит ограничение величины разрядного тока его собственным магнитным полем. Напряженность магнитного поля вокруг стержня 9 пропорционально величине разрядного тока и обратно пропорционально расстоянию до стержня 9. Оперируя диаметром стержня 9, диаметром и длиной разрядного промежутка 4 и давлением наполняющего газа, можно добиться, чтобы разрядный ток не превышал заданной величины.

Кожух 1 защищает цилиндры 2 и 3 и выводы электродов 5 и 6 от воздействия влаги, пыли и других загрязняющих веществ. Чашка 7 соединяет электрод 6 со стержнем 9 и за счет гибкости донца снимает механические напряжения, возникающие в цилиндрах 2 и 3 и в стержне 9 вследствие их нагрева разрядом. Ограничение величины разрядного тока увеличивает долговечность устройства, а также снижает уровень помех, создаваемых мощными разрядами. Отношение внешнего диаметра внутреннего цилиндра 3 к внутреннему диаметру внешнего цилиндра 2 выбирают в пределах 0,7-0,9. При большей величине этого отношения разряд становится затрудненным. При меньшей величине этого отношения магнитное поле по радиусу разрядного промежутка будет существенно отличаться по величине.

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано при создании коммутирующих устройств, предназначенных для защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений. Устройство содержит коаксиально установленные относительно друг друга диэлектрические цилиндры (2, 3), ограничивающие с боков разрядный промежуток (4). На торцах цилиндров (2, 3) установлены электроды (5, 6), которые образуют разрядный промежуток (4). Коаксиально с диэлектрическими цилиндрами (2, 3) установлен металлический стержень (9), соединенный втулкой (8) и чашкой (7) с выводом электродов (6). Дно чашки (7) выполнено гибким. Газоразрядный промежуток (4), заполнен рабочим газом, например, смесью аргона и водорода при давлении 5-20 Торр. Технический результат - создание коммутирующего устройства, выдерживающего несколько сотен мощных разрядов и обеспечивающего надежную защиту объекта от перенапряжений. 1 ил.

Коммутирующее устройство, содержащее два электрода, разделенных разрядным промежутком, заполненным рабочим газом, отличающееся тем, что разрядный промежуток ограничен с боков двумя коаксиально расположенными относительно друг друга диэлектрическими цилиндрами, коаксиально с которыми установлен металлический стержень, закрепленный одним концом на гибкой металлической пластине, закрепленной на выводе одного из электродов, при этом отношение внешнего диаметра внутреннего диэлектрического цилиндра к внутреннему диаметру внешнего диэлектрического цилиндра находится в пределах 0,7-0,9.