Разрядник Советский патент 1981 года по МПК H01T1/00 

1

Изобретение относится к импульсной технике, а конкретно - к импульсным газоразрядным коммутационным устройствам, разрядная камера которых сообщается с окружающей газовой средой, например с атмосферой воздуха, и может быть использовано в качестве коммутатора в электрических цепях для формирования импульсов большого тока и (или) высокого напряжения, в частности в генераторах умножения напряжения по методу Аркадьева-Маркса.

Известен разрядник, шаровые электроды которого укреплены на металлических токоподводах, выведенных через изолирующий корпус конденсатора в воздух и присоединенных к обкладкам секций конденсатора 1.

Недостатками разрядника являются создание в помещении яркой неэкранируемой вспышки света и большого уровня акустического шума, а также загрязнение воздуха и поверхностей, в том числе изолирующего корпуса конденсатора между выводами с его обкладок, продуктами- эрозии электродов под действием разрядов. Вспышка света ухудшает электропрочность воздушной изоляции и по поверхностям

диэлектриков, ускоряет старение твердой изоляции, загрязнение диэлектрических поверхностей продуктами эрозии, снижает их электропрочность и ресурс работы. Яркий свет, большой шум и частички распыленного металла в воздухе ухудшают условия работы обслуживающего персонала.

Наиболее близким из известных

10 технических решений к предлагаемому является разрядник, содержащий разрядную камеру, в которой соосно установлены образующие разрядный промежуток злектроды, по крайней ме15ре, один из которых выполнен с полостью и отверстиями в стенках, через которые разрядная камера сообщается с окружающей газовой средой.

В таком разряднике стенки каме20ры уменьшают яркость вспышки света, а выброс продуктов эрозии электродов происходит только по направлениям против указанных отверстий. Уровень шума практически не сни25жен 2.

Недостатка чи такого разрядника являются выброс продуктов эрозии электродов в окружающую разрядник газовую среду, большой уровень им30пульсного акустического шума и низкая надежность разрядника в связи с попаданием в него из окружающей газовой среды взвешенных в ней пылинок например из воздуха помещения,которые, поляризуясь при создании разности потенциалов на электродах разрядника, проникают через отверсти в стенки камеры и, концентрируясь на электродах, уменьшают надежность разрядника из-за повышения вероятности его неуправляемого пробоя.

Цель изобретения - повышение надежности работы и уменьшение выброса продуктов эрозии в окружающую среду.

Поставленная .цель достигается тем что в известном разряднике, содержащем разрядную камеру, в которой соосно установлены образующие разрядный промежуток электроды, по крайней мере, один из которых выполнен с полостью и отверстиями в стенках, чере кот-орые разрядная камера сообщается с окружающей газовой средой, полость в электроде выполнена с увеличивающимся поперечным сечением в направлении от разрядного промежутка, причем в полости электрода установлен дополнительно введенный вкладыш из пористого материала, поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью электрода с полостью, а указанные отверстия выполнены в виде расширяющихся по направлению к вкладышу щелевых сопел, расположенных вдоль образующих внешней боковой поверхности электрода с полостью.

Кроме того, предлагается полость и отверстия в электродах профилировать так, что площадь поперечного сечения полости на каждом расстоянии от разрядного промежутка больше суммарной площади сечений отверстий, расположенных в пределах этого расстояния от разрядного промежутка,

В такой полости продукты загрязнений будут распределяться по всему объему вкладыша, в результате чего ресурс его работы увеличится,

В таком разряднике радикально снижен уровень шума от пробоя разрядника, так как происходит отражение звуковой волны от стенки камеры, частичное пoгJiOщeниe ее в камере и „ демпфирование звуковых колебаний как стенкой, так и материалом пористого вкладыша, который предотвращает свободный выход звуковой волны из разрядника через полость в электроде. В камеру такого разрядника не попадает пыль из окружающей газовой среды в связи с задержкой пыли вкладышем, что уменьшает вероятность неуправляемого пробоя искрового промежутка разрядника. Через определенное число, например 500 включений разрядника, зависящее от ряда факторов, в частности от коммутируемой энергии и от материала электродов, вкладыш извлекается из-за накопления в нем загрязнений и заменяется новым. Выполнение отверстий в стенках электрода в виде щелей, продольная сторона каждой из которых расположена по направлению от разрядного промежутка, повышает эффективность очистки камеры от продуктов эрозии, так как распространяющаяся в камере от разрядного промежутка вдоль по щели ударная волна дополнительно перемещает вглубь пор вкладыша продукты загрязнений, как содержащиеся в нем уже от предыдущих срабатываний, так и от данного включения. Кроме того, лучше вносятся нагретым газом в объем вкладыша частички загрязнений, сепарируемые по массе, например под действием гравитации, и потому неравномерно распределяемые по объему газа в камере.

На фиг, 1 показан предлагаем1Лй разрядник; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг, 1,

В корпусе 1 разрядной камеры, например из полиэтилена, установлены электроды 2 и 3. Электрод 3 выполнен с полостью в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону разрядного промежутка, В полости размещен вкладыш 4, например из паралона. Полость сообщается с разрядной камерой посредством четырех продольных щелевых отверстий 5, выполненных в стенках электрода 3 равномерно по окружности, причем поперечное сечение каждой щели увеличивается по направлению к вклсщышу 4 (в сечении А-А показаны для упрощения только электрод 3 и вкладыш 4),

Разрядник работает следующим образом.

Пусть он окружен атмосферным воздухом и его разрядная камера тоже заполнена воздухом. После достижения рабочей разности потенциалов между электродами 2 и 3 происходит пробой. Под действием протекающего через.разрядный канал тока нагревается воздух как в канале разряда, так и в разрядной камере за счет излучения из канала и теплопроводности газа. Одновременно возникает ударная волна, распространяющаяся по направлению от канала,В результате этих факторов давление воздуха в камере повышается, и он вместе с взвешенными в нем частичками загрязнений от эрозии электродов под действием разряда начинает вытекать через щели 5 в поры вкладыша 4, Уве, личивающееся поперечное сечение щели по направлению к вкладышу увеличивае число пор, через которые газ вытекает из данной щели в объем вкладыша увеличивая активную площадь поверхностей пор сразу же за щелью. Так как поперечное сечение пор по направлению от каждой щели возрастает.

то нагретый воздух во вклалыше расширяется, остывает, кинетическая энергия воздуха уменьшается, частички загрязнений осаждаются на поверхности пор, площадь поверхности которых много больше площади поверхности полости в электроде 3, а загрязнения не выбрасываются за пределы разрядника.

Ударная волна по мере продвижения ее фронта вдоль щели по направлению к основанию электрода способствует перемещению продуктов эрозий вглубь объема вкладыша ближе к его основанию. Этот эффект улучшается и из-за увеличения поперечного сечения полости и соответственно вкладыша по направлению вытекания нагретого воздуха в атмосферу. При каждом включении разрядника ударная волна сбивает с поверхностей деталей в камере также оставшиеся продукты эрозии от предьщущих включений,взвешивает их в воздухе, который выносит их в объем вкладыша.

После прекращения протекания тока через разрядник воздуха в камере начинает остывать за счет отвода тепла деталями камеры из-за конвекции воздуха вокруг разрядника, и воздух начинает медленно, по сравнению со скоростью его нагрева током разряда, перетекать через вкладыш в камеру. Так как скорость натекания воздуха много меньше скорости выброса его из камеры, то продукты загрязнения не переносятся из пор в камеру Возникающий при срабатывании разрядника акустический импульсный шум уменьшается, так как вкладыш предотвращает свободный выход звуковых волн из разрядника через отверстия и полость в электроде, поэтому волны многократно отражаются в камере от ее стенок, в результате демпфирования которых и материала вкладыша энергия звуковых волн рассеивается и поглощается.

Выполнение камеры из полиэтилена способствует дополнительному снижению передачи звуковой волны через стенки камеры. Частички пыли, находящиеся в окружающем разрядник воздухе, не проникают через вкладыш в камеру и не концентрируются на электродах и изолирующей поверхности камеры, что повышает надежность ра боты разрядника в связи с уменьшением вероятности инициирования неуправляемого пробоя разрядника образующимися выступами и мостиками из поляризованной пыли. Аналогично описанному можно выполнить и электрод 2 разрядника, что еще более повысит его надежность.

Были проведены испытания предлагаемых разрядников, выполненных аналогично показанному на чертеже, камеры которых сообщались с атмосферным воздухом. Разрядники использовались в качестве коммутаторов в каждом из 10 каскадов воздушного генератора умножения напряжения по методу Аркадьева- Маркса с общей запасаемой энергией 3 кДж. Камеры бьши изготовлены из полиэтилена, вкладыш - из паралона.

Если в разрядниках отсутствовали вкладыши, то сила звука была практически таковой, когда электроды кре0пились на токоподводах без корпуса

камеры. Персонал вынужден был работать в шумопоглощающих наушниках, так как уши испытывали болевые ощущения (сила звука составляла 125 дБ).

5 После установки вкладышей сила звука уменьшилась в/«100 раз, что позволило работать без наушников. В таких условиях было сделано 3000 включений с заменой вклащышей через каждые

0 500 включений без каких-либо нарушений работоспособности разрядников и изоляции поверхностей генератора. Визуальный осмотр показал, что расположенные около разрядников детали генератора, в том числе по направле5нию выхода воздуха из вкладышей, совершенно не загрязняются продуктами эрозии электродов. В то же время, в порах вкладышей по их объемам было распределено очень много загрязнений.

0 Проверка воздуха на наличие в нем частичек металла показала отсутствие таковых.

Таким образом, предлагаемое техническое решение разрядника по срав5нению с известным уменьшает выброс продуктов эрозии электродов в окружающую разрядник газовую среду, снижает уровень акустического шума при пробое разрядника и повышает надеж0ность его работы. Тем самым улучшаются условия работы обслуживающего персонала, повышается належность работы окружающего разрядник оборудования, в том числе, дополнительно и по причине уменьшения камерой яркос5ти вспышки разрядного канала.

Форглула изобретения

1. Разрядник, содержащий разрядную камеру, в которой соосно установлены образующие разрядный промежуток электроды, по крайней мере, один из которых выполнен с полостью и отверстиями в стенках, через которые разрядная камера сообщается с окружающей газовой средой, отличающийся тем,что,с целью повышения надежности работы и уменьшения выброса продуктов эрозии в окружающую среду,полость в электроде выполнена с увеличивающимся поперечным сечением в направлении от разрядного промежутка,причем в полости электрода установлен дополнительно введенный

вкладьва из пористого материала, поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью электрода е полостью, а указанные отверстия выполнены в виде расширяющихся по направлению к вкладышу целевых сопел расположенных вдоль образующих внешней боковой поверхности электрода с полостью.

2. Разрядник, по п. 1, о т л и чающийся тем, что полость и отверстия в электроде профилированы так, что площадь поперечного сечения полости на каждом расстояНИИ от разрядного промежутка больше суммарной площади сечений отверстий, расположенных в пределах этого расстоянии от разрядного промежутка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Смирнов С.М., Терентьев П.В, Генераторы импульсов высокого напряжения. М., Энергия, 1964, с.33-3

2.Комельков B.C. и др. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М., Атомиздат, 1970,

с. 219.