Многоканальный разрядник Советский патент 1981 года по МПК H01T3/00 

(54)МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РАЗРЯДНИК

Изобр тение относится к импульсной технике, а именно к управляемым разрядникам, и может быть использовано в качестве коммутатора в цепях для формирования сильноточных импульсов тока иСили )высоковольтного напряжения. Известен многоканальный разрядник, наполненный газом под давлением,содер жащий два противолежащих основных электрода и размещенные.в каналах одкого из основных электродов управляющие электроды (.УЭ) в виде стержней l При одновременной подаче на УЭ импульсов напряжения с крутым фронтом и с обратной полярностью по отношению к полярности потенциала второго основного электрода в разряднике между основными электродами инициируются параллельные разрядные каналы. Недостатком такого разрядника является узкий диапазон рабочего напряжения составляющий около 20% по отношению к напряжению управляемого пробоя промежутка между основными электродами. Кроме того общий ток распределяется по каналам неравномерно - ток в одном канале в два раза превосходит ток в другом канапе. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является многоканальный разрядник, наполненный газом и сод-ержащий два основных противостоящих электрода и ряд распол ожен1й.1х между ними угфавляющйх электрода с острыми кромками, подключенных к блоку под жиг а 2. УправляЕОЩие электроды размещены в зазоре между основными электродами по эквипотенциальной поверхности так, что УЭ не нарушают распределение электрического поля в зазоре. При резком изменении посредством блока поджига полярности потенциала УЭ возмущается распределение электрического поля в окрестности каждого управляющего электрода и на острых кпомк;ах УЭ создается электрическое поле с величиной напряженности, многократно превьшающей пробивную напряженность газа-при рабочем давлении. Эти факторы способствуют быстроь{у инициированию параллельных разрядных каналов по числу управлякщих электродов. Тако разряд1шк имеет больший диапазон:изме нения рабочего напряжения и более равномерное распределение общего тока по каналам. Недостатком этого разрядника является большая прот)1женность его основных электродов и следовательно большие габариты разрядника(в шестиканальном прототипе основные электроды имеют длину по 50 см).Связано это с тем,что смежные каналы должны быть разнесет на такое расстояние один от другого, чтобы выпол)-;ллось соотнош ,ii.K+0,0-b3, где ДТ - разброс времени задержки пробоя промежутка меж ду основными электродами время роста тока через разрядный канал между уровнями 0,1 и 0,9 от амплитудного значения то ка; - время прохождения электр магнитной волной трасстоя ния между смежными каналами . Ти1шчные значения ДХ и-Ьу для одиночного искрового канала в газе п давлением при коммутации низкоимпедансных цепей составляют соответственно около 210и 15 10 Следовательно tg 0,5 с. Так как скорость распространения электро магнитной волны в газе равна 1Сг то расстояние В между соседними каналами в разряднике, соответствующее интервалу времени Ч э равно В SiC--tg 5: 3.,5rlO -;:d5 см, в обоих описанных выше разрядниках расстояние между соседними каналами с учетом ряда конкретных условий выбрано по 8 см. Потребностью настоя щего времени является уменьшение индуктивности многоканальных разрядников и увеличение скорости нарастания тока через них,что достигается созданием между электродами несколь ких десятков дискретно распределенных разрядных каналов, В известных , многоканальных разрядниках это приводит к увеличению их габаритов и 7 массы, к усложнению изготовления и повышению трудоемкости эксплуатации. Целью изобретения является уменьшение габаритов многоканального разрядника путем уменьшения расстояния между смежными каналами в нем. Данная цель достигается тем, что в многоканальном разряднике, содержащем два основных противостоящих электрода, и ряд расположенных между ними управляющих электродов с острыми боковыми кромками, каждый управляющий электрод снабжен насаженным на него трубчатым изолятором, выполненным из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, который примыкает торцами к торцам основным электродом, а внутренней поверхностью - к кромке управляющего электрода, Кроме того, управляющие электроды могут быть выполнены со сквозными отверстиями, а трубчатые изоляторы - с проводящими покрытиями на торцах. При таком выполнении многоканального разрядника уменьшаются его габа-j риты из-за сокращения расстояния между смежными разрядными | каналами, так как в охватывающем управляющий электрод изоляторе с высокой относительной диэлектрической проницаемости его материала скорость распространения электромагнитной волны уменьшается по сравнению с ее скоростью в газе, а значит возрастает время -.д прохождения волны через стенку трубчатого изолятора по сравнению с временем прохождения волной этого расстояния в газе. Следовательно может быть уменьшена длина основных электродов, каналы меяду которыми размещены в один ряд, или уменьшена площадь электродов, при многорядном расположении каналов, а значит уменьшены и габариты разрядника в целом. Примыкание острых кромок УЭ к поверхности трубчатых изоляторов способствует при подаче управляющего импульса запуска более быстрому росту, по сравнению с ростом в прототипе, напряжености электрического поля на кромках, что ускоряет развитие разрядных каналов и уменьшает разброс ДТ времени задержки пробоя, т, е. дополнительно сокращает расстояние 6 между смежными каналами. Так как разрядники заполняются газом обычно под давлением ci 10 ат, то действующие на электроды больших размеров усилия составляют несколько тонн. Для предотвращения деформации электродов и создания механически прочной и надежной конструкции разрядника приходится усиливать все нагруженные детали разрядника и увеличйвать число и размеры крепежных элементов. Поэтому уменьшение размеров основных электродов приводит к дополнительному уменьшению габарито разрядника. Управляннцие электроды могут быть выполнены с отверстиями, через кото рые сообщаются обе части полости трубчатого изолятора, разделеннные данным электродом. Так как разряд развивается сначала быстрее между одним из основных электродов и управ ляквцим, то излучение из этого разряда через отверстия в управляющем электроде ускоряет пробой промежутка между вторым основным электродом и управляющим электродом и уменьшает таким образом разброс Д С времени задержки перемыкания разрядным каналом основных электродов, что позволяет дополнительно сократить расстоя ние между смежными каналами. Трубчатые изоляторы могут быть выполнены с проводящими покрытием на торцах, например в виде слоя возженного серебра. Это повьпаает электрическую прочность многоканального разрядника, так как в газовой п слойке между торцами и соединенными ними основными электродами не возни- кает повышения напряженность электрического поля, инициирукяцая неуправ ляемый пробой. На фиг. 1 показан предлагаемой мн гоканапьный разрядник с тремя управл щими электродами(УЭ), фронтальный раз рез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. Разрядник содержит два основных электрода 1 и 2. Между ними размеще ны на одинаковом расстоянии от элек рода 1, составляющем, например, 30% от промежутка между электродами 1 и 2, управлянзщие электрожы(УЭ)3 в ви проводящих тонких дисков с острыми кромками. Каждый, диск охвачен трубчатым изолятором 4 в виде кольца, н пример, из розионно-стойкого к разр дам цирлсонат-титаната свинца, имеющ го относительную диэлектрическую проницаемость . 1500. Острые kpo ки калщого УЭ касаются поверхности своего изолятора. В дисках управляю щих электродов выполнены отверстия (см. фиг. 2),Торцы изоляторов покрыты тонким слоем металла и прнь4 кают к электродам 1 и 2. В заземленном электроде 1 вьшолнены сквозные каналы и через них введены проводники, на каждом из которых укреплен УЭ. Разрядник работает следующим образом. На электрод 2 подается основное напряжение, например, положительного знака относительно электрода 1. Одновременно к всем УЗ прикладывается напряжение, составляющее такую часть от основного напряжения, какую част составляет расстояние ot электрода 1до УЭ по отношению к промежутку между электродами 1 и 2. При этом УЭ оказываются совпадающими с эквипотенциальной поверхностью, соответствующей потенциалу на УЭ, и они в исходном состоянии почти не возмущают распределение электрического поля. Чем тоньше УЭ, тем слабее возмущение. Эквипотенциалы пересекают стенки трубчатых изоляторов под углом около 90 толщины стенок которых много меньше протяженности основмлх электродов, поэтому изоляторы не влияют на положение эквипотенциалей. Для срабатывания разрядника одновременно на все УЭ подается импульсное напряжение с крутым фронтом и с отрицательной полярностью, обратной начальной полярности потенциала на УЭ, т.е. между УЭ и основным э тектродом 2 создается повышенная разность потенциалов. Это резко нарушает распределение поля УЭ и основными электродами. На кромках УЭ создается высокая напряженность поля дополнительно увеличивающаяся в микрозазорах между кромками и изолятором из-за большого значения относительной диэлектрической проницаемости из-за большого значения относительной диэлектрической проницаемости изолятора. В результате автоэлектронной эмиссии с кромок и перенапряжения зазора по внутренней поверхности изолятора между каждым УЭ и электродом 2 возникает скользящий диффузный или многоискровой разряд, что приводит после приложения разности потенциалов между УЭ и электродами 1 и перенапряжения этих промежутков - к одновременному -пробою их и перемыканию электродов 1 2параллельными разрядными каналами. 77 Так как трубчатые изоляторы выполйены из материала с величиной относительной диэлектрической проницаемости -1500, скорость распространения электромагнитной волны в котором меньше в т/б 39 раз по сравнению с ее скоростью в газе, то во столько же раз может быть уменьшено расстояк e между смежными каналами по сравнению с этим расстоянием в прототипе Занятый стенкой трубчатого изолятора участок между основными электродами имеет уменьшенное волновое сопротивление по сравнению с волновым сопротивлением участков с газовой изоляцией и увеличенную плотность запасенной электрической энергии. Поэтому потребляемая на развитие и формирование канала разряда в полости каждого изолятора электрическая эгергия отбирается от окружающего канал низкоимпедансного участка оказываясь достаточной для этого физического процесса, и потому не требуется подводить энергию к каждому каналу от внешнего накопителя через индуктивные цепи, что дополнительно ускоряет и стабилизирует через кавдый канал, уменьшая разброс Д 2 времени задержки пробоя каналом промежутка между основным электродами и способствуя дополнительному Уменьшению расстояния межд.у смежными каналами. Чем больше величина диэлект рической проницаемости материала труб чатых изоляторов, тем эффективнее работает разрядник. Выполнение управляющих электродов с отверстиями например как это показано на чертеже, позволяет взаимно облучать разрядами поверхность своего изолятора в обеих его полостях разделенных УЭ. Это ускоряет развитие данного токового канала и уменьшает разброс Ди времени задержки перемыкания им основных электродов. Испь тания макета трехканального воздушного разрядника с трубчатыми из ляторами из текстолита (8)вы полненного аналогично показанному на фиг.1, показали, что при сокращении длины электродов в 3 раза по сравнению с длиной при отсутствии трубчатых изоляторов, все каналы включаются синхронно, равномерность распределения общего тока по каналам выше (отклонение от среднего тока не более 8 5%}, а диапазон рабочего напряжения шире. Таким образом, в предлагаемом многоканальном разряднике в несколько раз уменьшены габариты, например диаметр или длина основных электродов, путем уменьшения расстояния между смежными разрядными каналами и дополнительно из-за снижения усилий, которые прикладываются к деталям многоканального разрядника. Кроме того, уменьшена масса разрядника, упрощены его устройства и изготовле-. ние, снижена трудоемкость эксплуатации. Многоканальный разрядник перспективен для применения в качестве низкоиндуктивного малогабаритного точно управляемого коммутатора в сильноточных высоковольтных цепях. Формула изобретения 1.Многоканальный разрядник, содержащий два основных противостоящих электрода и ряд расположенных между ними управляющих электродов с острыми боковыми кромками, подключенных к блоку поджига , отличающийс я тем ,что, с целью у 1еньшения габаритов, управлякяций электрод снабжен насаженным на него трубчатым изолятором, выполненным из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, торцы которого примыкают к торцам основных электродов. 2.Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что управляющие электроды выполнены со сквозными отверстиями. 3.Разрядник по п. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что трубчатые изоляторы выполнены с проводящими покрытиями на торцах. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ельчанинов А. С. и др. Многоискровая работа метавольного тригатрона, ПТЭ, 1974, № 2, стр. 103. 2. James Е.Т. А high current 60 KV Multiple ark gar switch of 1.7 nH inductance. Preprint CLM-P 2-12, Culham Laboratoru Abingdon Brikshire, 1969.