Шунтирующий разрядник Советский патент 1990 года по МПК H01T2/02 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для коммутации в разрядных цепях больших импульсных токов.

Цель изобретения - формирование импульса тока, по форме близкого к прямоугольному, путем обеспечения надежного многоканального срабатывания.

На фиг.1 показан предлагаемый шунтирующий разрядник в четырехка- нальном исполнении со схемой запуска, общий вид; на фиг.2 - го же, вид сбоку.

Разрядник содержит основные электроды 1 и 2, выполненные в виде ряда подключенных к общей шине пластин, четыре заостренных сменных уп-. равляющих электрода 3, расположенные напротив соплообразных отверстий 4, омический делитель 5 напряжения. Электроды 1 и 2 имеют на рабочих поверхностях эрозионностойкие ппасти- ны 6. Между основными электродами t и 2 расположен двуслойный твердый диэлектрик 7 В основном электроде 2, переходящем в обратный токопро- вод 8 и перемещающемся с помощью петлевого узла 9, установлены четыре камеры поджига, которые состоят из металлического тела 10, вкручивающегося в основной электрод 2, с соп- лообразным отверстием 4, внутренней изоляции 11, поджигающего электрода 12, резистора 13. Поджигающий электрод 12 соединяется посредством малоиндуктивных кабелей 14 определенной длины с общим звеном стзячи, состоящим из вспомогательного искри вЕ&

€Л D1

О

SS

31

вого промежутка 15 и накопительного конденсатора 16. Все кабели 14 однотипны, а длины их одинаковы и таковы, что время двойного пробега волны по ним превышает разброс времени срабатывания поджигающих и искровых промежутков, расположенных в камерах поджига, и следовательно, кабели 14 являются независимыми друг от друга источниками одинаковых и одновременных волн поджига.

Таким образом, наличие надежной электромагнитной развязки цепей поджига за счет выбора оптимальной дли- ны кабелей 14 обеспечивает стабильное параллельное включение всех поджигающих искровых промежутков, происходит формирование многоканального пробоя основного искрового проме- жутка.

Разрядник управляется с помощью первого 17 и второго 18 генераторов импульсных напряжений, блока 19 задержки и блока 20 поджига. Ос- новные электроды 1 и 2 подсоединены параллельно нагрузке 21. Вследствие того, что электрод 2 выполнен пово- путем вращения в петлевом узле 9, то токовый контакт в месте вращения электрода осуществляется через гибкие соединения. Это дает возможность быстро и удобно менять рабочий твердый диэлектрик 7 разрядника. Сменные пластины 6, выполненные из эрозионностойкого материала, увеличивают срок службы разрядника.

Между основными электродами 1 и 2 расположен двухслойный твердый диэлектрик 7 (полиэтиленовая пленка) и четыре управляющих электрода 3 (полоска из алюминиевой фольги). Раз меры слоев диэлектрика 7 определяются зарядным напряжением батареи кон- денсаторов 22. Сопротивления R резисторов 5 делителей напряжения вы- .браны (R 100 МОм) таким образом, чтобы напряженность электрического поля в полиэтиленовой пленке в промежутках -1-3 и 3-2 составляла при- близительно 50 кВ/мм. При срабатывании батареи конденсаторов 22 на управляющем электроде 3 обеспечивается половина зарядного напряжения, а в момент включения шунтирующего

разрядника с твердым диэлектриком импульс напряжения от генератора 18 амплитудой 80 кВ с длительностью фро

Q

n

5 Q

5

134

та 10 НС и скоростью изменения напряжения dy/dt 8 кВ/НС.

Следовательно, обеспечение од-в повременных проколов в твердом диэлектрике осуществляется за счет создания перенапряжения и искажения поля на заостренных концах управляющих электродов.

Управляющий электрод 3 заострен на конце с целью создания дополнительной зоны с повышенной напряженностью электрического поля и фиксации места прокола в полиэтиленовой пленке. Напротив места прокола изоляции расположены камеры поджига, создающие одновременные плазменные струи. Камера, состоящая из металлического тела 10, соплообразного отверстия 4, внутренней изоляционной втулки 11, поджигающего электрода 12, устанавливается в основном электроде 2. Резистор 13 сопротивлением (50 кОм) служит для привязки потенциала поджигающего электрода 12 к земле. На поджигающий электрод 12 камеры разряжается емкость накопительного конденсатора 16 через вспомогательный искровой промежуток 15 и кабели 14 развязки. Искровой промежуток 15 управляется от генератора 18 импульсных напряжений. Внутренняя изоляция разрядника с твердым диэлектриком между основным электродом 1 и обратным токопроводом 8 выполнена из листового лавсана.

Управление первым 17 и вторым 18 генераторами осуществляется от высоковольтного блока 20 поджига. Генератор 18 запускается в момент времени t Т/4 (где Т - период основной цепи разряда, состоящей из батареи конденсаторов 22, коммутатора 23 и нагрузки 21). Необходимая задержка времени Lt Т/4 обеспечивается блоком 19 задержки.

Шунтирующий разрядник работает следующим образом.

От блока 20 поджига запускается генератор 18 и блок 19 задержки. Генератор 18 запускает коммутатор 23 и ток основной цепи разряда протекает через нагрузку 21. В момент времени t Т/4, когда ток основной цепи разряда имеет максимальное значение, а напряжение на основных электродах равно нулю, блок 19 задержки выдает импульс напряжения на запуск шунти5 1557613

рующего генератора 19. Осуществляется поджиг вспомогательного искрового промежутка 15 данного шунтирующего разрядника. В полиэтиленовой пленке на заостренных концах управляющих

электродов 3 одновременно создаются проколы за счет использования высоковольтного импульса напряжения

/dU

с крутым фронтом (:-- at

8 кВ/НС). пленки обраПри этом в проколах эуются высокоомные искры вследствие того, что энергии, которая выделяется в образовавшихся отверстиях полиэтиленовой пленки, недостаточно для подпитки и образования проводящего канала с малой индуктивностью и активным сопротивлением. Это связано с тем, что для одновременного создания проколов в диэлектрике используются устройства, которые обеспечивают высокую скорость нарастани импульса напряжения на управляющих электродах и, следовательно, обладают малой собственной емкостью. Увеличение емкости и запасаемой энергии в устройствах поджига приводит к увеличению фронта поджигающего импульса и нарушению синхронного образования проколов в твердом диэлектрике данного разрядника. Вследствие этого, ток основной цепи разряда не протекает через шунтирующий разрядник и затягивание импульса тока в нагрузке не происходит.

Одновременно с проколом полиэтиленовой пленки накопительный конденсатор 16 включается на камеры поджига. За счет надежной электромагнитной развязки целей поджига синхронно происходит разряд в камерах по поверхностям изоляционных втулок 11, что обеспечивает резкое повышение давления в воздушных полостях со- плообразных отверстий 4, под действием которого струи плазмы через отверстия в электроде 2 направляются к противоположному электроду 1, заполняя плазмой проколы диэлектрика. Промежуток 1-2 перемыкается четырьмя каналами с образованием рекордно низкого сопротивления закоротки при нулевом напряжении на батарее конденсаторов 22. Шунтирующий раз- рядннк срабатывавт,и в нагрузке 21 получается униполярный импульс тока по форме, близкой к прямоугольному.

5

Индуктивность данного разрядника, найденная из оциллограмм тока, составляет 1,6 Гн. Вследствие этого малая величина индуктивности не оказывает влияние на провал тока после закорачивания нагрузки 21.

Таким образом, в изобретении достигается четырехканальное срабатывание шунтирующего разрядника из-за применения перенапряжения и искажения поля (одновременое создание параллельных каналов в диэлектрике и использование струй плазмы , уменьшение активного спротивления каналов) при напряжении на основных электродах разрядника, равном нулю. При этом происходит переход от колебательного к апериодическому импульсу тока, имеющего прямоугольную форму, что способствует существенному повышению использования накопленной энергии, увеличению ресурса и надежности элементов емкостного накопителя энергии.

Формула изобретения

Шунтирующий разрядник,содержащий разделенные твердым диэлектриком противостоящие основные элект.роды, первый из которых выполнен с сопло- образным отверстием, в котором установлен поджигающий электрод, подключенный к этому основному электроду через последовательно соединенные накопительный конденсатор и вспомогательный управляемый искровой промежуток, управляющий электрод которого подключен к первому генератору импульсных напряжений, отличающийся тем, что, с целью формирования импульса тока, по форме близкого к прямоугольному, путем обе- спечения надежного многоканального срабатывания, основные электроды выполнены каждый в виде ряда подключенных к общей шине пластин, попарно образующих параллельно соединен- ные основные искровые промежутки, первый из основных электродов выполнен с допонительными соплообразными отверстиями, в которых установлены дополнительно введенные поджигающие электроды, причем все поджигающие электроды электрически соединены с электродом, в котором они установлены, через малоиндуктивные кабели, последовательно соединенные с общим

звеном связи, состоящим из последовательно включенных накопительного конденсатора и вспомогательного искрового промежутка, твердый диэлектрик выполнен двуслойным,, а между его слоями перпендикулярно осям соп- лообразных отверстий установлены подключенные к дополнительно введенному второму генератору импульсных напряжений дополнительно введенные заостренные управляющие электроды, число которых равно числу поджигающих электродов, причем острия управляющих электродов расположены напротив соответствующих соплообразных отверстий основного электрода.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения - формирование импульса тока, по форме близкого к прямоугольному, путем обеспечения многоканального срабатывания. За счет создания перенапряжения на заостроенных концах управляющих электродов обеспечивается одновременное прокалывание твердого диэлектрика в зонах, расположенных напротив камер поджига, одновременно создающих плазменные струи, закорачивающие основные электроды при напряжении на них, равном нулю. 2 ил.

Фие2