УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК Советский патент 1994 года по МПК H01T2/02 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в качестве коммутатора в высоковольтных установках.

Известен трехэлектродный управляемый разрядник тригатронного типа, содержащий два основных электрода и один вспомогательный поджигающий, укрепленный в отверстии одного из основных. Недостатком разрядников тригатронного типа является сильно выраженный эффект полярности, что затрудняет их использование в части высоковольтных установок, схема которых рассчитана на применение разрядников симметричной конструкции.

Известен трехэлектродный разрядник, работающий на принципе "искажения поля", содержащий два основных электрода и один инициирующий, расположенный в пространстве между основными. Данный разрядник обладает невысокой электрической прочностью по поверхности изоляционной конструкции из-за наличия участков с высокой напряженностью поля.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является трехэлектродный разрядник. Разрядник содержит два тороидальных основных электрода, установленных в изоляционном корпусе, и управляющий, расположенный между основными электродами. Недостатком данной конструкции является недостаточная для надежной работы электрическая прочность по внутренней поверхности изоляторов.

Цель изобретения - повышение надежности путем увеличения электрической прочности внутренней поверхности корпуса.

Указанная цель достигается тем, что в управляемом разряднике, содержащем изоляционный корпус, установленные в нем два основных электрода и расположенный между ними управляющий электрод, на внутренней поверхности корпуса выполнен, по крайней мере один, изоляционный выступ в виде тела вращения со сквозным отверстием, в котором закреплен основной электрод, на торцевой поверхности которого, обращенной к торцу выступа, выполнены кольцевые проточка и выступ, причем диаметр выступа электрода больше диаметра выступа корпуса, выступы корпуса и электрода взаимно перекрываются на величину, равную (0,01-0,05) диаметра торцевой части выступа корпуса, а для проточки выполняется условие, что диаметр торцевой части выступа корпуса больше меньшего, но меньше большего диаметров проточки.

Указанное выполнение конструкции разрядника позволяет увеличить его надежность за счет увеличения электрической прочности по внутренней поверхности изоляционного корпуса, что обеспечивается выравниванием электрического поля в стыках между изоляционным корпусом и электродами, ослабить напряженность электрического поля в так называемой "тройной" точке и уменьшить градиент электрического поля по поверхности диэлектрика.

На фиг. 1 представлено конструктивное выполнение разрядника; на фиг. 2 представлено выполнение разрядника прототипа в зоне контакта основного электрода и корпуса; на фиг. 3 представлено выполнение разрядника в зоне контакта основного электрода и корпуса; на фиг. 4 представлены расчетные распределения напряженностей Е вдоль поверхности корпуса для прототипа (кривая 1) и для предлагаемого разрядника (кривая 2); на фиг. 5 представлены расчетные зависимости напряженности электрического поля отдельных точек диэлектрика и основного электрода от величины перекрытия.

Разрядник содержит изоляционный корпус 1, основные электроды 2, управляющий электрод 3. Корпус может быть выполнен в виде двух "чашеобразных" изоляторов, скрепленных между собой с помощью фланцев 4 и болтов 5. Управляющий электрод 3 выполнен в виде диска с отверстием. Корпус 1 снабжен изоляционными выступами 6, выполненными в виде тела вращения, например, усеченного конуса, со сквозным отверстием, в котором герметично установлены основные электроды 2, выполненные также в виде тела вращения. На торцевой поверхности электрод 2, обращенной к торцу выступа 6, выполнены кольцевые проточка 7 и выступ 8. Диаметр выступа 8 диаметра торцевой части выступа 6, а меньший диаметр проточки 7 меньше, а больший диаметр проточки 7 больше диаметра торцевой части выступа 6. Выступы 6 и 8 взаимно перекрываются на величину Δy, равную (0,01-0,05) диаметра D₃ торцевой части выступа 6. Концевая часть выступа 8 может быть выполнена закругленной.

Разрядник работает следующим образом.

В статическом режиме рабочее напряжение приложено к основным электродам 2, управляющий электрод 3 находится под потенциалом, близким к своей эквипотенциали. В таком режиме искажение поля, вносимое управляющим электродом, минимально и возможно достижение больших рабочих напряжений. После подачи импульса управления на электрод 3 его потенциал изменяется. Искажение поля, вызванное изменением управляющего электрода 3, приводит к резкому возрастанию поля на кромках и развитию разряда в сторону основных электродов, что обуславливает срабатывание разрядника. Для исключения самопроизвольного срабатывания разрядника в результате пробоя по внутренней поверхности корпуса необходимо обеспечить достаточную электрическую прочность по поверхности корпуса. Одним из наиболее опасных участков, с которого может происходить инициирование разряда по поверхности корпуса, является "тройная точка" в зоне существования контакта электрод-корпус-газовая изоляция. Выполнение проточки и выступов позволяет обеспечить равномерность распределения поля по поверхности и снизить напряженность поля в "тройной точке", где величина напряженности достигает максимума.

Исследования показали, что именно в этой области начинаются частичные разряды. Численные расчеты показали, что распределение Е напряженности электрического поля вдоль диэлектрика носит неравномерный характер (фиг. 4, кривая 1). Предлагаемая конструкция разрядника позволяет значительно ослабить напряженность электрического поля в "тройной" точке и снизить градиент электрического поля по поверхности диэлектрика (фиг. 4, кривая 3).

Расчеты показали, что на характер распределения напряженности поля вдоль диэлектрика существенное влияние оказывает выбор параметра Δy. Экспериментально было установлено, что требуемая электрическая прочность внутренней поверхности корпуса обеспечивается при выполнении условия Δy = (0,01-0,05)D, где Δy - величина взаимоперекрытия выступа электрода и выступа корпуса, как видно из фиг. 5 в этом случае максимальный градиент электрического поля не превышает 0,1 максимальной напряженности электрического поля (Е) в основном разрядном промежутке и снижается вероятность развития разряда по поверхности корпуса при рабочих напряжениях.

Сравнение с прототипом показывает, что использование предлагаемой конструкции разрядника обеспечивает снижение максимальной напряженности примерно в 1,5 раза (фиг. 3) и обеспечивает выравнивание поля по поверхности, что позволяет повысить надежность работы. (56) Авторское свидетельство СССР N 792391, кл. H 01 T 2/02, 1978.

Авторское свидетельство СССР N 1436815, кл. H 01 T 2/02, 1988.

Журнал "Приборы и техника эксперимента", N 6, 1983, с. 16, рис. 3.

Сущность: электроды установлены в выступах изоляционного корпуса и выполнены с кольцевой проточкой и периферийным кольцевым выступом на торце, обращенном к торцевой части соответствующих выступов корпуса, причем выступы корпуса и электродов перекрываются в осевом направлении. 5 ил.

УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий изоляционный корпус, в котором герметично установлены два основных электрода и расположенный между ними управляющий электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, на внутренней поверхности корпуса выполнен, по крайней мере, один изоляционный выступ в виде тела вращения со сквозным отверстием, в котором закреплен соответствующий основной электрод, на торцевой поверхности которого, обращенной к торцу выступа корпуса, выполнены соосные кольцевая проточка и кольцевой периферийный выступ, причем внутренний диаметр выступа электрода выполнен большим внешнего диаметра торцевой части выступа корпуса, выступы корпуса и электрода взаимно перекрываются в осевом направлении на величину ΔY а внутренний D₁ и внешний D₂ диаметры кольцевой проточки электрода и величина ΔY выбраны в зависимости от внешнего диаметра торцевой части выступа корпуса в соотношениях
ΔY = (0,01 - 0,05)D₃,
D₁ < D₃ < D₂.