SU764027A1 - Разр дник - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к высоковольтной импульсной технике, а конкретно - к сильноточным импульсным газонаполненным разр дникам, предназначенным дл  использовани  в качестве коммутаторов в высоковольт-, ных цеп х при формировании импуль- сов высокого напр жени  или большого тока.

Известны разр дники, содержащие два и более электродов, которые дл  ускорени  срабатывани , уменьшени  их индуктивности и увеличени  крутизны нарастани  тока, -заполнены газом под давлением выше 1 ат (1.

Недостатком таких разр дников  вл етс  то, что в сжатом газе разр д происходит в узком канале, в результате чего в нем создаютс  высокие плотности тока, вызыва ющие более сильную эрозию элек тродов, чем в разр дниках при атмосферном или меньшем давлении. Высока  температура в канале способствует разложению газа на активные составл ющие , которые, взаимодейству  с продуктами эрозии электродов и с поверхност ми деталей, вызывают их ,кор- , розию и образуют остаточные продукты , дополнительно загр зн ющие поверхности электродов и изол торов. Кроме того, при разр де в сжатом га.зе инициируетс  ударна  волна, создающа  ц дополнение, к механическим статическим нагрузкам импульсное нагружение элементов и узловразр днИка . Перечисленные факторы уменьшают надежность и ресурс работы раз- р дников, особенно при сильноточной

10

коммутации.

Наиболее близким по своей технической сущности к данному изобретению  вл етс  разр дник, содержащий заполненные га.зом под давлением со15 осно расположенные с6Ь|5щаю1ЩЙесд разр дную камеру и расширительную камеру, разделенные токопровод щей дисковой диафрагмой с отверсти ми, и два электрода, расположенные в

20разр дной камере по оси, причем один из электродов закреплен в центре указанной диафрагмы 2.

В расширительной камере расшир етс  газ при поВьпиении давлени  в

21разр дном промежутке под действием проход щего через него коммутируемого тока, уменьша  тем самым импульсное нагружение несущих элементов конструкции разр дника, а непрерывный поток воздуха под давлением

30

через разр дный промежуток способствует охлаждению изол тора, повьала  тем его электрическук прочность, и очищает поверхности изол тора и электродов, удал   продукты эрозии электродов и окислы азота.

Недостатком указанного разр дника  вл етс  сложность его эксплуа тации в св зи с необходимостью принудительной продувки разр дника, .котора  не позвол ет поддерживать посто нньп«1 во времени давление воздуха в разр днике, что приводит к разбросу пусковых характеристик разр дника. Такой разр дник и система его газообеспечени  не позвол ют продувать через разр дник сильноэлетроотрицательные газы (например, злегаз), улучшающие пусковые и электропрочйостные характеристики коммутаторов , выпуск таких газов в атмосферу нецелесообразен вследствие их высокой стоимости, и потому должна юбеспечиватьс  принудительна  циркул ци  Газа в замкнутом контуре с очисткой и регенерацией газа.

Цель изобретени  - повышение надежности , упрощение эксплуатации и повышение срока службы заполн ющего газа.

Цель достигаетс  тем, что в известном разр днике, содержащем заполненные газом под давлением соощающиес  изол ционную разр дную камеру и расширительную камеру, разделенные токопровод щей дисковой диафрагмой с отверсти ми, и два электрода, расположенные в разр дно камере, один из котогэых закреплен в указанной диафрагме, внутренн   бокова  поверхнобть разр дной лс амеры выполнена соплообразной и образует с боковой поверхностью электрода, закрепленного на диафрагме, кольцевое сопло, диафрагма снабжена выпусными в расширительную камеру и впусным из расширительной камеры клапанами , установленными в указанных отверсти х, из которых отверсти  выпускных клапанов выполнены соплообразными , причем пропускна  способность выпускных клапанов выбрана большей,чем пропускна  способность впускного клапана, а внутренн   поверхность расширительной камеры выполнена с наклоннь1ми в направлении открывани  выпускных клапанов ребрги ш, а сообщающиес  разр дна  . и расишрительна  камеры герметизированы .

Дл  уравновешивани  давлени  газа в разр дной к амере и в расширительной камере очередным инициированием .срабатывани  разр дника кг1меры соедин йны посредством дополнительного перепускного (дросселирующего ) устройства, например в виде отверсти  в раздел ющем

объемы диафрагме, а именно во впускном клапане, причем пропускна  способность перепускного отверсти  меньше пропускной способности впускного клапана.

Дл  улучшени  очистки объема разр дника при наполнении его элегазом или в смеси его с другими газами в расширительную камеру помещен селективный поглотитель низших фторидов, например активированный глинозем.

Йа фиг. 1 показан предложенный

-разр дник с трем  электродами; на фиг. 2 - разрез по Б-Б; на фиг. 3разрез по А-тА.

Управл ющий электрод 1 герметично установлен во втулке 2 из дизлектрика, и размещен соосно в отверстии основного электрода 3,

.герметично закрепленного в изол ционной разр дной камере 4, другой основной электрод 5 присоединен к токопровод щей диафрагме 6 с отверсти ми , раздел ющей разр дную камеру 4 и расширительную камеру 7. В отверсти х диафрагмы 6 установлены симметрично вокруг электрода 5 выпускные клапаны 8, например в количестве -6 шт., а в электроде 5, расположенном на диафрагме - выпускной клапан 9, тарелка этого клапана выполнена с перепускным отверстием 10. Поверхность разр дной камеры 4 имеет внутри обтекаемую форму и не образует совместно с другими детал ми разр дника п.азух или уступов, где могли бы концентрироватьс  продукты эрозии электродов и коррозии поверхностей, а образует совместно с поверхностью основного электрода 5 кольцевое сопло, плавно сопр женное с поверхност ми отдельных , также соплообразной формы, отверстий выпускных клапанов в диафрагме 6. Отверсти  разделены ребрами , кра  которых, обращенные в расширительную камеру, служатбёдлами выпускных клапанов. Внутренн   поверхность расширительной камеры выполнена с наклонными ребрами 11. Каждый из выпускных и впускных клапанов представл ют собой подпружиненИую с нaиkeньшeй массой тарелку в виде полого конуса из тонкого

диэлектрического материала или из провод щего, не приваривающегос  к материалу диафрагмы или злектроконтактной сварке, например конус выполнен из титановой фольги, а диафрагма - из. меди. Такое сочетани металлов не позвол ет при протекан разр дного тока по диафрагме свариватьс г им между собой при возможной искрении в местах их контактов или при размыкании контактов; седла клапанов можно выполн ть из диэлектрического материала. При совмещении оси разр дника с вертикалью возврат

впускного клапана в закрытое положение может осуществл тьс  только силой собственного веса тарелки. В расширительном объеме помещен поглотитель 12 активных продуктов разложени  газа в разр де, например активированный глинозем, при наличии в рабочей смеси газов элегаза, электроды подключены к токонесущим шинам 13. Разр дна  и расширительна  выполнены разъемными, например имеют болтовое соединение с уплотн ющей прокладкой из резины. Выступ 14 диафрагмы в тело разр дной камеры 4 позвол ет уменьшить напр женность электрического пол  в зоне примыкани  изол тора к диафрагме.

Принцип действи  разр дника состоит в следующем. Разр дник заполн етс  рабочей газовой средой до требуемого давлени  ( 1 ат) . -При подаче на электрод 1 импульса управл ющего напр жени  пробиваетс  промежуток между электродами 3 и 5. Под воздействием протекающего через разр дный канал тока происходит нагрев газа как в канале разр да, так и в разр дном объеме за счет иелучёни  из канала и теплопроводности газа. Одновременно с возникновением ударной волны, распростран ющейс  по направлению от канала, повышаетс  давление газа в разр дном объеме, в результате чего открываютс  клапаны 8, пропуска  в расшири-тельную камеру нагретый газ вместе с взвешенными в газе продуктами эрозии электродов и остаточными про дуктами разложени  газа в разр дах. При этом движущийс  газ очищает поверхности элементов разр дного объема , что особенно характерно дл  сильноточных разр дов, высоких давлений и т желых газов. Направление перемещени  газа показано на чертеже стрелками. По мере прохождени  расширительной камеры газ остывает, периодически расшир  сь в пазухи между ребрами, кинетическа  энерги  движущегос  газа уменьшаетс , взвешенные частицы осаждаютс  на поверхност х ребер. При этом максимальное количество загр знений будет концентрироватьс  в пазухах из-за .меньших начальных температур поверхностей в них. Чем ниже температура поверхностей ребер и чем больше площадь этих поверхностей, тем эффективней будет очищатьс  . Охлаждению разр дной камеры способствует , конвекци  окружающей её среды. например жидкого диэлектрика. По ;окончании протекани  тока через разр дный канал газа в разр дной камере охлаждаетс  за счет отвода тепла детал ми, образующими ее замкнутый объем, давление в объеме снижаетс ,

и по достижении равенства давлений

в камерах - разр дной и расширитель, ной - выпускные клапаны 8 закрываютс . При последующем уменьшении в разр дном объеме давлени  открываетс  выпуйкной клапан 9 и очищенный газ начинает через него перетекать в разр дную камеру до тех пор , пока не уравновес тс  давлени  в обеих камерах. Разъемность корпусов разр дного и расширительного

Q объемов позвол ет через определенное число включений разр дника замен ть корпус расширительного объема другим, предварительно подготовленным , а также обеспечивает смену

селективного пйглотител  ;или очистку

расширительного объема отнакопившихс  продуктов эрозии и коррозии. Кольцевое сопло наиболее целесообразно создавать вокруг ,того основного электрода, наличие гр зи

0 около которого в наибольшей степени критично к возможности неуправл емого пробо  Tto объему газа или по поверхности изол тора между основными электродами; при .наполнении

5 элегазом и статическом Напр жении наиболее веро тен пробой с катодного электрода,при импульсном напр жении - с анодного. При необходимости разр дник может быть

0 снабжен и вторым расширительным

объемом со стороны другого основного электрода.

При таком выполнении разр дника отпадает необходимость в присоединении к нему громоздких газопро1аодов - дл  непрерывной подачи и отвода газа, так как разр дник может быть поставлен на рабочее место , будучи предварительно наполненд ным рабочим газом до требуемого давлени  и загерметизированным; возникающие при срабатывании разр дника и оседсш дие -на поверхност х продукты эрозии электродов и коррозии пое верхностей деталей будут срыватьс  С; поверхностей ударной волной и взвешиватьс  в газе, который, расшир  сь в расширительный объем, будет там очищатьс , причем твердые частицы будут концентрироватьс  на

0 поверхност х расширительного объема, особенно в пазухах, например между ребрами; замена газа при таком выполнении разр дника необходима только после серии его запусков,

Claims (2)

1. 5 например в количестве До нескольких тыс ч раз; сокращаетс  также к рас .ход газа в св зи с периодическим наполнением разр дника, а это дает возможность использовать в нем силь0 ноэлектропрочные т желые дорогосто щие газы, а также смеси из сильноэле1 троотрицательных т желых и легких газов, ибо длина соединительных участков между разр дным и расшириS тельным объемами сведена к минимуму и разделени  компонентов смеси не будет. Соплообразность поверхносте разр дного объема и плавное сопр  жение их с отверсти ми выпускных клапанов (то есть отсутствие по на правлению движени  газа каких-либо уступов или пазух) позвол ет зффек тивно очищать поверхности изолирую его корпуса и электродов от загр  нений, повыша  электрическую прочно изол ции разр дника, понижа  тем салолм веро тность его неуправл емо го пробо  с числом включений и увели1ива  ресурс его стабильных срабатываний . Размещение отверстий кла панов около того электрода, вёро тйость самопробо  которого больше позвол ет дополнительно увеличить электропрочность коммутатора за счёт особо эффективной очистки этог электрода и поверхности примыкани  изолирующего корпуса к раэдел кицей объемы диафрагме., . Авторами быди проведены с положительным результатом испытани  макета предложенного разр дника,тригатронного типа. Разр дник, запол .ненный смесью 30% SP, + 70%N2 до давлени  20 ат, коммутировал емкост ной накопитель с запасйемой энергией -2 ,5 кДж, импульсно зар жаемый ,7 МКС до напр жени  500 кВ, г1мплитуда- разр дного тока составл ла «-100 КА, то есть зар д и энергоемкость накопител  были рйвны максимальным аналогичным парайетрам накопител  при испытании, прототипа в рабочем режиме. Исследовани  показали, что после, заполнени  тригатрона газом, герметичного уплотне ни  его объема и последующего подсоединени  в разр дную цепь пусковые и электропрочностные характерис тики тригатрона не изменились в течение З.Ю срабатываний. Осмот тригатрона показал, что поверхности деталей в разр дном промежутке не загр знены, в то врем  как загр знени  сосредоточены на поверхност х расширительного объема при этом толщина отложений продуктов э розии и коррозии в пазухах этого объема достигала 3 мм. За врем  испытаний наблюдалось случаев каких-либо пробоев по поверхности или по объему изолирующего корпуса разр дника. Формула изобретени  1.Разр дник, содержащий заполненные газом под давлением сообщгиощиес  изол ционную разр дную камеру и расширительную камеру, разделенные токопровод щей дискрвой диафрагмой с отверсти ми, и два электрода, расположенные в разр дной камере, один из которых закреплен в указанной диафрагме,отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежностИ и срока службы заполн ющего газа и упрощени  эксплуатации, внутренн   бокова  поверхность разр дной камеры выполнена соплообразной и образует с боковой поверхностью электрода , закрепленного на диафрагме, кольцевое сопло, диафрагма снабжена выпускными в расширительную камеру и впускным из расширительной камеры клапанами, установленными в указанных отверсти х, из которых отверсти  выпускных клапанов выполнены соплообразными , причем пропускна  способность выпускных клапанов выбрана большей, гем пропускна  способность впускного клапана, внутренн   поверхность расширительной камеры выполнена с наклонными в направлении открывани  выпускных клапанов ребрами, а сообщающиес  разр дна  и расширительна  камеры герметизированы. 2.Разр дник по п. 1, о т л и ч аю щ и и с   тем, что диафрагма выполнена с перепускным отверстием, йропускна способность которого выбрана меньшей, чем пропускна  способность впускного клапана. 3.Разр дник по пп. 1 и 2, о тличающийс  тем, что при выборе в качестве заполн ющего газа элегаза или его смеси с другими газами, он снабжен поглотителем низших фторидов, помещённым в расширительной камере. Источники информации, прин тые во.внимание при экспертизе 1.Комельков B.C. Книга. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М., Атомиздат, 1970, с. 322.
2. 2.Бабыкин М.В. Долговечные малоиндуктивные разр дники с непрерывным потоком газа.-ПТЭ, 1974, № 2, с. 105-107.

   е-в

   Фиг.Ъ