Разрядник

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<1866625

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060879 (21) 2806634/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 230981. Бюллетень Но 35

Дата опубликования описания 230981 (5!)М. Кл.

Н 01 Т 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316. .933(088.8) (72) Авторы изобретения

В. Ф. Бухаров, А. И. Герасимов, В. А анин — — — — — - .. и В. П. 1(иберев ! (71) Заявитель (54) РАЗРЯДНИК

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 металли- 15 ческих токоподводах, выведенных через изолирующий корпус конденсатора в воздух и присоединенных к обкладкам секций конденсатора (11.

Недостатками разрядника являются 20 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 повелхностям 30 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 технических решений к предлагаемому является 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.

В таком разряднике стенки камеры уменьшают яркость вспышки света, а выброс продуктов эрозии электродов происходит только по направлениям против указанных отверстий.

Уровень шума практически не снижен (2).

Недостатками такого разрядника являются выброс продуктов эрозии электродов в окружающую разрядник газовую среду, большой уровень импульсного акустического шума и низ866625 кая надежность разрядника в связи с попаданием в него из окружающей газовой среды взвешенных в ней пылинок, например иэ воздуха помещения, которые, поляризуясь при создании разности потенциалов на электродах разрядника, проникают через отверстия в стенки камеры и, концентрируясь на электродах, уменьшают надежность разрядника из-за повышения вероятности его неуправляемого пробоя.

I 10

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, через которые разрядная камера сообщается 20 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

30 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 рас- 4О стояния от разрядного промежутка.

В такой полости продукты загрязнений будут распределяться по всему объему вкладыша, в результате чего ресурс его работы увеличится, 45

В таком разряднике радикально снижен уровень шума от пробоя разрядника, так как происходит отражение звуковой волны от стенки камеры, частичное поглощение 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 определен- 6О ное число, например 500 включений разрядника, зависящее от ряда Факто.ров, в частности от коммутируемой энергии и от материала электродов, вкладыш извлекается из-эа накопле- 65 ния 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 предлагаемый разрядник; на Фиг. 2 — сечение А-А на 4>иг. 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 проме>кутка. 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 вкладышу 4 (в сечении A-A 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 результа-. те 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. Увеличивающееся поперечное сечение щели по направлению к вкладышу увеличивает 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, 866625

45 то нагретый воздух во вкладыше 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 спо=обствует перемещению продуктов эрозии 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 20 эрозии от предыдущих включений,взвешивает их в воздухе, который выносит их в объем вкладыша.

После прекращения протекания тока через разрядник воздуха в камере 25 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. З5

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 40 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 воэ- я духе, 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 по- 60 высит его надежность.

Были проведены испытания предлагаемых разрядников, выполненных аналогично показанному на чертеже, камеры которых сообщались с атмос- 65 ферным 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 были изготовлены из полиэтилена, вкладыш — из паралона.

Если в разрядниках отсутствовали вкладыаи, то сила звука была практически таковой, когда электроды крепились на токоподводах без корпуса камеры. Персонал вынужден был работать в шумопоглощающих наушниках, так как уши испытывали болевые ощущения (сила звука составляла 125 дБ) .

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

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 направлению 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.

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

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

Формула 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, о т л ич а ю шийся 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

866625

ВНИИЛИ Заказ 8088/74 Тираж б 37 Подписное

Филиал ППП "Патент ",;-. Ужгород, ул. Проектная, 4 вкладыш иэ пористого материала, поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью электрода е полостью, а указанные отверстия выполнены в виде расширяющихся по направлению к вкладышу щелевых сопел, расположенных вдоль обраэующих внешней боковой поверхности электрода с полостью.

2. Раэрвдник, по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что полость и отверстия в электроде профилированн 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, N. Энергия, 1964, с.33-35

2. Комельков В.С. и др. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М., Атомиздат, 1970, с. 219. !