Коммутатор Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области электротехники, преимущественно высо ковольтной импульсной техники и может быть использовано в установках для формирования высоковольтных импульсов напряжения и тока. Известны высоковольтные наносекундные коммутаторы - искровые разря ники, состоящие из двух основных электродов, между которыми размещено устройство запуска (средний и управляющий электроды),коммутирующие токи в несколько десятков килоампер и более, в которых управляющая искра зажигается в области основного разрядного промежутка между управлякяцим и средним электродами l3. Однако в указанных коммутаторах основной электрический разряд с помощью управляющей искры фиксируется по оси электродной системы, вызывая интенсивную электрическую эрозию центральной части электродов. При больших импульсных токах (до сотен килогинпер) и большой частоте повторения импульсов/ центральная часть электродов обгорает, что увеличивает разброс по времени между срабатываниями разрядника и выводит из строя весь коммутатор. Замена электродной системы возможна только после остановки машины и частичной ее разборки, что требует дополнительных материальных затрат и времени. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ком-, мутатор - искровой разрядник. Коммутатор содержит два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин, разделенных изоляционной прокладкой и снабженное центральные сквозным отверстием 2. В предлагаемом коммутаторе управляющая искра Зажигается в устройстве запуска при перекрытии изоляционной, прокладки в центральном сквозном отверстии. Основной электрический разряд происходит всегда между одними и теми же у астками на поверхностях основных электродов, расположенных против отверстия в устройстве запус ка. Вследствие интегрального эрозионного эффекта при многократном воздействии электрического разряда эти участки поверхностей основных электродов значительно разрушаются, что уменьшает надежность и долговечность разрядника,как коммутатора,ведет к искажению электрического поля в промежутке, снижает его электрическую прочность и ухудшает стабильность запуска коммутатора. Кроме того, в этом коммутаторе весьма слабо выражен эффект искажения электрического поля в разрядном промежутке, поэтому время срабатывания последнего сравнительно велико, а стабильность запуска составляет десятки наносекунд.

Цель изобретения - повышение надежности, увеличение срока службы коммутатора и повышение стабильности его запуска.

Поставленная цель достигается тем что в коммутаторе, содержащем два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин, размещенных между основными электродами и разделенных изоляционной прокладкой, причем эти металлические пластины и изоляционная прокладка снабжены сквозньом отверстием, одна из пластин подсоединена к активному делителю напряжения и заземлена через дополнительный резистор и закорачивающий разрядник, устройство запуска снабл ело несколькими сквозными отверстиями, а изоляционная прокладка выполнена с буртиками по периметру отверстий, выступающими за края металлических пластин.

Так как управляющая искра с равнйй вероятностью зажигается в любом из отверстий устройства запуска, то основной электрический разряд с тако же вероятностью и синхронно с управляющей искрой перемещается по.всей поверхности основных электродов, против которой находятся отверстия в устройстве, запуска, что уменьшает поверхностную плотность электрических разрядов и, следовательно, увеличивает эрозионную стойкость и срок службы электродной системы и коммутатора в целом. Кроме того, временные характеристики в предлагаемой конструкции коммутатора значительно стабилизируются.

Выполнение изоляционной прокладки с буртиками обеспечивает одновременное воздействие на разрядный промежуток ультрафиолетовой подсветки от поджигающей искры, значительного перенапряжения и сильного искажения электрического поля, возникающего при- перекрытии поджигающей искрой буртиков изоляционной прокладки. Причем все три указанных эффекта воздейст вуют на оба искровых зазора образованные при помещении устройства запуска между основными электроДс1ми. Поэтому оба искровых зазора пробиваются с малым запаздыванием и разбросом по времени.

На фиг. 1 изображен схематически коммутатор; на фиг. 2 - узел устройства запуска, где изоляционная прокладка выполнена с буртикагми по периметрам отверстий.

Коммутатор (см.фиг.1) содержит два основных электрода 1 и 2 устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин 3 и 4, разделенных изоляционной прокладкой 5. . Металлические пластины 3, 4 и изоляционная прокладка 5 снабжены сквозными отверстиями 6. Пластина 4 подсоединена к активному делителю напряжения с резисторами 7 и 8 и одновременно заземлена, через дополнительный резистор 9 и закорачивающий разрядник 10. Резистор 11 выполняет роль разрядного сопротивления. Изоляционная прокладка 5 может быть снабжена буртиками 12 (см.фиг. 2) по периметрам отверстий 6.

Коммутатор работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на пластине 4 (U) и на закорачиваю0 Щем разряднике 10 (, ) равны:

RS

Ux и

U

fO

R т + Rr

VT - rig

и - разность потенциалов

где

между основными электродами 1 и 2;

R, и

Rg - резисторы 7 и 8, соответственно . Потенциал пластины 3 (Ue,) определится

как;

RS

Uo, и

RT + Rg ъ-4

где и С,|, - емкости между плас -xf-2тиной 4 и электродом 2 и между пластинами 3 и 4, соответственно. Соотношение емкостей С. и Cj и расстояние по перекрытию края изоляционной прокладки 5 в отверстиях 6 между пластинами 3 и 4 выбираются

0 таким образом, чтобы до срабатывания закорачивающего разрядника 10 не произошло перекрытие прокладки 5. После пуска закорачивающего разрядника 10 потенциал пластины 4 с постоянной

5 времени t 9 сопротивление резистора 9) принимает значение потенциала земли. С такой же постоянной времени возрастает разность потенциалов между пластинами 3 и 4. Расстояние по поверхности изоляционной прокладки 5 между пластинами 3 и 4 вы6HpaetcH меньше в отверстиях, чем на краях. После перекрытия по поверхности изоляционной прокладки в отверстии 6 искровой зазор между электродом 1 и пластиной 4 оказывается под перенапряжением равным отношению R + Rg/Rf и под воздействием ультрафиолетовой, подсветки от поджигающей искры. В результате этого зазор 1-4

0 пробивается с малым временным разбросом и все напряжение прикладывается к рез-истору 9. Искровой зазор 4-2 оказывается под перенапряжением равным отношению Я| + R8/R7 На него

5 также воздействует подсветка от поджигающей искры и от искры при пробое искрового зазора 1-4. Поэтому зазор 4-2 пробивается с малым запаздыванием и временным разбросом. .

Выбирая постоянную времени t .rj . (1 - 2)цс и минимальное падение напряжения на Rp (после пробоя искрового зазора 1-4) равным 2U/3, т.е. Rp 7/ 2R, , где R, - разрядное сопротивление, получаем условие для выбора емкости С и соответственно толщины изоляционной прокладки 5:

12:1 сз.4 «- (RT + Rg)ЕЦП -1

2R

-11

где Ejjp и - напряженность перекрытия и длина по поверхности изоляционной прокладки 5 в отверстиях между пластинами 3 и 4. Кроме того, должно выполняться условие Е . d, где Efjp и d - пробивная напряженност материала прокладки и ее толщина.

Выполнение изоляционной прокладки 5 с буртиками 12 по периметрам отверстий 6 приводит к улучшению условий формирования основного электрическог разряда коммутатора. Поджигающая искра при своем развитии вынуждена огибать буртики 12 изоляционной прокладки по краям отверстий. В результате этого искра, как острие выносится в области обоих искровых зазоров, тем самым сильно искгижая электрическое поле вблизи металлических пластин. В последнем случае к эффектам перенапряжения и ультрафиолетовой подсветки, воздействующим на искровы зазоры в коммутаторе с изоляционной прокладкой без буртиков, добавляется еще эффект сильного искажения электрического поля. Совместное воздейст-i вие этих трех факторов приводит к снжению времени запаздывания основного разряда в коммутаторе и уменьшению его разброса. Проведенные предварительные испытания на опытных образцах коммутаторов показали, что, поджигающая искра с равной вероятностью зажигается в каждом из сквозных отверстий устройства запуска, синхронно с которой развивается и основной электрический разряд. В предлагаемом коммутаторе (на порядок и более) увеличивается площадь рабочей поверхности основных электродов, значительно увеличивается срок службы электродной системы, и, следовательно, стабилизация времени срабатывания коммутатора .

Кроме того в коммутаторе с изоляционной прокладкой с буртиками по

0 периметрам отверстий устройства запуска уменьшается в 3 раза время запаздывания пробоя и в 5 раз его разброс.

Формула изобретения

1.Коммутатор, содержащий два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин, размещенные между основными электродами и разделенных изоляционной прокладкой, причем эти металлические пластины и изоляционная прокладка снабжены сквозным отверстием, одна из пластин подсоединена к активному делителю напряжения и заземлена через дополнительный резистор и закорачивающий разрядник,

Отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности и увеличения срока службы ком 4утатора, устройство запуска выполнено с несколькими сквозными отверстиями.

2.Коммутатор поп.1, отличаю-щийся угем, что, с целью уменьшения времени запаздывания срабатывания коммутатора и повышения стабильности его пуска, прокладка выполнена с буртиками по периметру отверстий, выступающими за края металлических лластин.

Источники инфО 1ации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 441663, кл. Н 03 К 3/53, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 525376, кл. Н 03 К 3/53, 1976.

12 К

f J

Фиъ.