Газонаполненный разрядник Советский патент 1991 года по МПК H01T2/00 

Изобретение относится к высоковольтной сильноточной коммутационной технике, в частности к устройству высоковольтных сильноточных газовых разрядников с периодически возобновляемой рабочей средой и приспособлением для гашения дуги, в которых поток дугогасящей среды создается сгоранием рабочей смеси в разряднике.

Цель изобретения - повышение надежности работы в режиме отключен / -, тока и расширение области применения газонаполненного разрядника.

На фиг. 1 показана конструкция газонаполненного разрядника, продольный разрез; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1

Разрядник содержит корпус 1, способный выдержать давление воспламенившейся рабочей среды в разрядной камере, стенки которого в поперечном сечении образуют сопло, в котором находится разрядный канал и которое плавно переходит в выпускной патрубок. В корпусе расположены катод 2, поджигающий электрод 3 и анод 4. Конструкция обеспечивает надежную электрическую изоляцию катода от анода,

выдерживающую рабочее напряжение разрядника, а также изоляцию поджигающего электрода от остальных электродов. Разрядник содержит также выпускной клапан 5 с приводом 6, обеспечивающим требуемую динамику работы клапана, который расположен в тракте выходного патрубка 7, по которому отводится дугогасящая смесь из камеры, а также устройство 8 напуска рабочей смеси, в качестве которой используется электроотрицательный газ с химически реагирующими при разряде компонентами, например, смесь газов SFe - Н2 - Оа.

Возможна установка дугогасительной решетки 9 внутри камеры, одновременно направляющей поток рабочей смеси в сторону выходного патрубка, а также профилирование внутреннего объема камеры установкой выступающих к оси разряда продольных (вдоль столба разряда) ребер 10 на внутренней поверхности корпуса (либо профилирование надлежащим образом самого корпуса). В этом случае внутренняя поверхность корпуса в поперечном сечении образует сопло Лаваля, в сужении которого

О

4Ь

С v

О О

находится разрядный канал а в расширяющейся части может быть установлена дуго- гасительная решетка. Расширяющаяся часть плавно переходит в выпускной патрубок. Позицией 11 обозначена зона горения разряда.

Разрядник работает следующим образом.

Внутренняя полость корпуса 1 при закрытом клапане 5 заполняется рабочей смесью через устройство 8 напуска. Параметры рабочей смеси, а именно ее состав, коэффициенты ионизации, рекомбинации и прилипания, давление и скорость движения волны горения подбирают из конкретных условий эксплуатации, придерживаясь, однако, основного соображения, что длительность проводящей стадии разрядника TZ примерно равна отношению эффективного радиуса разрядной камеры R3 (среднего расстояния от оси разряда до стенки) к скорости движения волны горения в рабочей смеси v за вычетом времени коммутации т :Т2 «Ra/v-ri .Коэффициент ионизации должен быть при этом как можно ниже, а давление и коэффициенты рекомбинации и прилипания как можно выше. Лучше, если в результате сгорания смеси степень электроотрицательности продуктов реакции будет возрастать, например, за счет термической диссоциации части электроотрицательного компонента. После подачи запускающего импульса на поджигающий электрод 3 разряд распространяется к аноду 4 с высокой скоростью, а волна горения смеси - от катода во все стороны с меньшей скоростью. За время TI межэлектродный промежуток замыкается плазмой и формируется разряд, горящий в рабочей смеси и обеспечивающий проводимость разряда.

За время t выгорает вся рабочая смесь, и давление в разрядной камере резко возрастает. Открывается клапан 5 при срабатывании привода 6, настроенного на движение при определенном давлении Рмах, и продукты сгорания рабочего газа устремляются через образовавшийся канал в выходной патрубок 7. Поток дугогасящей среды увлекает разрядный канал за собой, увеличивая его длину, кроме того разрядный канал взаимодействует с решеткой 9, дополнительно охлаждаясь. Эффективное гашение дуги происходит, во-первых, в результате возрастания давления после сгора- ния рабочей смеси, что приводит к увеличению сопротивления дугового канала, во-вторых, в результате выдувания разрядного канала в направлении выпускного патрубка 7, так как при этом увеличивается

его длина, и, следовательно, сопротивление, и в-третьих, в результате взаимодействия разрядного канала с дугогасительной решеткой 9, что приводит к дополнительному

охлаждению и разрушению канала. Повторным пробоям промежутка восстанавливающимся напряжением препятствует возросшая после сгорания рабочей смеси и повышения давления и степени электроотрицательности диэлектрическая прочность газа, заполняющего разрядную камеру,

Таким образом, рабочая смесь должна обладать двумя основными качествами: обеспечивать необходимое для работы время устойчивого существования проводящей стадии разрядника тг и обладать после сгорания горючих компонент и роста давления, по крайней мере не меньшей, чем исходная, электрической прочностью. Как уже говорилось, это может быть смесь горючих компонент типа углеводород-кислород с электроотрицательным газом. Кроме того, возможны химические процессы, проходящие при повышенной температуре продетопировавшей смеси и приводящие к образованию сильно электроотрицательных продуктов.

Эффективность предлагаемого газонаполненною разрядника по сравнению с известным заключается в том, что конструкция разрядника позволяет формировать на нагрузке импульсы с достаточно крутым (около единиц наносекунд) передним фронтом, эф- фективно гасить дугу потоком дугогасящей

среды, образующимся в результате истечения продуктов сгорания горючих компонент исходной смеси, гарантируя от повторного пробоя восстанавливающимся напряжением за счет неухудшения электрической прочности смеси после выгорания горючих компонент. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет управлять длительностью импульсов (длительностью проводящей стадии разряда) путем дозировки компонент

смеси и выбора давления. Устройство может работать в частотном режиме при частотах порядка 1-10 Гц (частота зависит от объема корпуса и конструкции клапанов).

Предлагаемый разрядник может быть

использован в схемах питания мощных импульсных устройств.

Формула изобретения 1. Газонаполненный разрядник, содержащий два основных и поджигающий элек5 троды, размещенные в заполненном электроотрицательным газом изоляционном корпусе, внутренняя поверхность которого профилирована в виде сопла, впускное устройство и выпускной клапан, установленный на выходе указанного сопла, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы в режиме отключения тока зл расширение области применения/во внутреннее пространство корпуса дополнительно введены химически реагирующие при-разряде газовые компоненты, вступающие между собой в экзотермическую реакцию.

2. Разрядник по п. .1, отличающийся тем, что между выпускным клапаном и проме h

жутком между основными электродами установлена дополнительно введенная дуго- гасительная решетка с пластинами, ориентированными по направлению потока газа.

3. Разрядник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена с сужением, ориентированным вдоль промежутка между основными электродами.

Фиг. 2

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Целью изобретения является повышение надежности работы в режиме отключения тока и расширения области применения. Изоляционный корпус разрядника выполнен с внутренней поверхностью в виде сопла и заполнен смесью из электроотрицательного газа с химически реагирующими при разряде компонентами, вступающими между собой в экзотермическую реакцию. При срабатывании разрядника воспламеняется смесь, резко возрастает давление в корпусе разрядника, происходит выброс газов через выпускной клапан, что повышает дугогаси- тельную способность разрядника 2 з. п. ф- лы, 2 ил