RU198701U1

RU198701U1 - PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE

Info

Publication number: RU198701U1
Application number: RU2019125339U
Authority: RU
Inventors: Александр Дмитриевич Сиваев
Original assignee: Акционерное общество "Янтарьэнерго"
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Полезная модель относится к электрическим устройствам для защиты от импульсных перенапряжений, например, грозовых, принцип действия которых основан на электрическом разряде. Представлено устройство защиты от импульсных перенапряжений, состоящее из диэлектрического корпуса, включающего в себя цилиндрическую стенку, внешние плоские стенки и внутренние плоские стенки, кольцеобразных металлических основных электродов, размещенных в цилиндрическом корпусе и разделенных кольцеобразными диэлектрическими прокладками, между которыми размещен кольцеобразный промежуточный электрод, клапанов, промежуточных камер и выхлопных камер, а также электрических выводов, соединенных с основными электродами, проходящими через цилиндрическую стенку корпуса и расположенных снаружи корпуса. Основные электроды, диэлектрические прокладки и промежуточный электрод ограничивают разрядную камеру. Кроме того, основные электроды совместно с внутренними плоскими стенками корпуса и цилиндрическими стенками корпуса ограничивают промежуточные камеры, а внешние плоские стенки корпуса совместно с внутренними плоскими стенками корпуса и цилиндрическими стенками корпуса ограничивают выхлопные камеры. Промежуточный электрод выходит в разрядную камеру и формирует разрядные зазоры с основными электродами, каждый из которых меньше разрядного зазора между основными электродами. В основных электродах выполнены отверстия, которые закрыты клапанами, установленными в промежуточных камерах с возможностью выпускания газов и продуктов разрядов из разрядной камеры в промежуточную камеру. Во внутренних плоских стенках корпуса выполнены отверстия, выполненные с возможностью выпускания газов из промежуточных камер в выхлопные камеры. Во внешних плоских стенках выполнены отверстия, выполненные с возможностью выпускания газов из выхлопных камер в окружающее пространство. Отверстия в основных электродах и внешних плоских стенках выполнены в их центральных участках, а отверстия во внутренних плоских стенках выполнены в их периферийных участках. Технические результаты заключаются в уменьшении длительности протекания разряда устройства защиты от импульсных перенапряжений, снижении порога срабатывания (пробоя) этого устройства, повышении надежности разрядника, предотвращении выхода из устройства искр и других продуктов электрического разряда, обеспечении компактности устройства защиты от импульсных перенапряжений и стабильности его рабочих параметров. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to electrical devices for protection against surge voltages, for example, lightning, the principle of operation of which is based on an electrical discharge. A surge protection device is presented, consisting of a dielectric body including a cylindrical wall, outer flat walls and inner flat walls, ring-shaped metal main electrodes located in the cylindrical body and separated by ring-shaped dielectric gaskets, between which there is an annular intermediate electrode, valves, intermediate chambers and exhaust chambers, as well as electrical leads connected to the main electrodes passing through the cylindrical wall of the housing and located outside the housing. The main electrodes, dielectric spacers, and the intermediate electrode define the discharge chamber. In addition, the main electrodes together with the inner flat walls of the casing and the cylindrical walls of the casing define the intermediate chambers, and the outer flat walls of the casing together with the inner flat walls of the casing and the cylindrical walls of the casing define the exhaust chambers. The intermediate electrode goes into the discharge chamber and forms discharge gaps with the main electrodes, each of which is smaller than the discharge gap between the main electrodes. Openings are made in the main electrodes, which are closed by valves installed in the intermediate chambers with the possibility of releasing gases and discharge products from the discharge chamber into the intermediate chamber. In the inner flat walls of the housing, openings are made, made with the possibility of exhausting gases from the intermediate chambers into the exhaust chambers. Openings are made in the outer flat walls, made with the possibility of releasing gases from the exhaust chambers into the surrounding space. Holes in the main electrodes and outer flat walls are made in their central portions, and holes in the inner flat walls are made in their peripheral portions. The technical results consist in reducing the duration of the discharge of the surge protection device, lowering the response (breakdown) threshold of this device, increasing the reliability of the arrester, preventing sparks and other electrical discharge products from leaving the device, ensuring the compactness of the surge protection device and the stability of its operating parameters. ... 7 p.p. f-ly, 1 dwg.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model belongs

Настоящая полезная модель относится к электрическим устройствам для защиты от импульсных перенапряжений, например, грозовых, принцип действия которых основан на электрическом разряде.This utility model relates to electrical devices for protection against surge voltages, such as lightning, the principle of operation of which is based on electrical discharge.

Уровень техникиState of the art

Из авторского свидетельства SU1461361 известно устройство защиты от импульсных перенапряжений, представляющее собой разрядную камеру, содержащую два электрода, между которыми размещен диэлектрический элемент с отверстием по его оси. Каждый электрод снабжен соосной отверстию цилиндрической диэлектрической вставкой с напыленным на нее слоем металла, обращенным к изолятору. From copyright certificate SU1461361, a surge protection device is known, which is a discharge chamber containing two electrodes, between which a dielectric element with a hole along its axis is placed. Each electrode is equipped with a cylindrical dielectric insert coaxially with a hole with a metal layer deposited on it, facing the insulator.

Импульсная разрядная камера используется следующим образом. После подачи импульса напряжения (или перенапряжения) пробивается разрядный промежуток в отверстии диэлектрического элемента, и по последовательной цепи из электродов, напыленного слоя металла и разрядного промежутка, образованного отверстием в диэлектрическом элементе, начинает течь ток. При протекании тока напыленный слой металла взрывается, и образуется токопроводящий плазменный слой. Этот слой соединяет электроды с разрядным промежутком, образованным в отверстии, к которому и передается энергия от источника питания.The pulse discharge chamber is used as follows. After applying a voltage (or overvoltage) pulse, the discharge gap is broken through in the hole of the dielectric element, and a current begins to flow through the series circuit of the electrodes, the deposited metal layer and the discharge gap formed by the hole in the dielectric element. When current flows, the deposited metal layer explodes, and a conductive plasma layer is formed. This layer connects the electrodes to the discharge gap formed in the hole, to which energy is transferred from the power source.

Преимуществом такого разрядника является то, что вследствие ионизации паров сопротивление такого слоя становится значительно меньше сопротивления паров метала, из которого выполнены электроды, благодаря чему снижаются потери на нагрев, и увеличивается КПД передачи энергии. Кроме того, вследствие увеличения плотности тока увеличивается плотность энергии в разряде. The advantage of such a spark gap is that, due to vapor ionization, the resistance of such a layer becomes significantly lower than the resistance of the metal vapors from which the electrodes are made, thereby reducing heating losses and increasing the efficiency of energy transfer. In addition, due to an increase in the current density, the energy density in the discharge increases.

Недостатком такого разрядника является то, что гашение разряда происходит через весьма длительный промежуток времени, поскольку токопроводящий плазменный слой находится внутри разрядной камеры все время и поддерживает разряд даже при невысоких токах и напряжениях вследствие наличия в камере ионов напыленного металла. Кроме того, такая разрядная камера имеет высокое напряжение инициации разряда. Эти недостатки отрицательно сказываются на оборудовании, для защиты которого от перенапряжений может использоваться разрядная камера. The disadvantage of such a spark gap is that the discharge is quenched after a very long period of time, since the conductive plasma layer is inside the discharge chamber all the time and maintains the discharge even at low currents and voltages due to the presence of sprayed metal ions in the chamber. In addition, such a discharge chamber has a high discharge initiation voltage. These disadvantages adversely affect the equipment for which a discharge chamber can be used to protect against overvoltage.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of a utility model

Задачей полезной модели является уменьшение длительности прохождения разряда в устройстве защиты от импульсных перенапряжений, для чего необходимо повысить величину тока, при которой заканчивается разряд, снижение порога срабатывания (пробоя) этого устройства, т.е. снижение величины перенапряжения, при котором происходит развитие (инициация) электрического разряда внутри устройства, а также повышение надежности разрядника путем снижения риска разрушения устройства из-за повышенного давления внутри разрядной камеры устройства с одновременным предотвращением выхода из устройства искр и других продуктов электрического разряда, и, дополнительно к этому и одновременно с этим, обеспечение компактности устройства защиты от импульсных перенапряжений и стабильности его рабочих параметров путем предотвращения изменения размеров разрядных зазоров и выноса искр продуктов электрического разряда из разрядной камеры.The task of the utility model is to reduce the duration of the passage of the discharge in the surge protection device, for which it is necessary to increase the value of the current at which the discharge ends, to decrease the triggering (breakdown) threshold of this device, i.e. reduction of the overvoltage value, at which the development (initiation) of an electric discharge occurs inside the device, as well as an increase in the reliability of the arrester by reducing the risk of destruction of the device due to increased pressure inside the discharge chamber of the device, while preventing sparks and other products of an electric discharge from leaving the device, and, in addition to this and at the same time, ensuring the compactness of the surge protection device and the stability of its operating parameters by preventing changes in the dimensions of the discharge gaps and the removal of sparks from the electric discharge products from the discharge chamber.

Задача полезной модели решается с помощью устройства защиты от импульсных перенапряжений, состоящего из диэлектрического корпуса, включающего в себя цилиндрическую стенку, внешние плоские стенки и внутренние плоские стенки, кольцеобразных металлических основных электродов, размещенных в цилиндрическом корпусе и разделенных кольцеобразными диэлектрическими прокладками, между которыми размещен кольцеобразный металлический промежуточный электрод, клапанов, промежуточных камер и выхлопных камер, а также электрических металлических выводов, соединенных с основными электродами, проходящими через цилиндрическую стенку корпуса и расположенных снаружи корпуса. Основные электроды, диэлектрические прокладки и промежуточный электрод ограничивают разрядную камеру. Кроме того, основные электроды совместно с внутренними плоскими стенками корпуса и цилиндрическими стенками корпуса ограничивают промежуточные камеры, а внешние плоские стенки корпуса совместно с внутренними плоскими стенками корпуса и цилиндрическими стенками корпуса ограничивают выхлопные камеры. Промежуточный электрод выходит в разрядную камеру и формирует разрядные зазоры с основными электродами, каждый из которых меньше разрядного зазора между основными электродами. В основных электродах выполнены отверстия, которые закрыты клапанами, установленными в промежуточных камерах с возможностью выпускания газов из промежуточных камер в выхлопные камеры. Во внешних плоских стенках выполнены отверстия, обеспечивающие возможность выпускания газов из выхлопных камер в окружающее пространство. Отверстия в основных электродах и внешних плоских стенках выполнены в их центральных участках, а отверстия во внутренних плоских стенках выполнены в их периферийных участках.The task of the utility model is solved with the help of a surge protection device consisting of a dielectric housing including a cylindrical wall, external flat walls and internal flat walls, ring-shaped metal main electrodes located in a cylindrical housing and separated by ring-shaped dielectric spacers, between which an annular a metal intermediate electrode, valves, intermediate chambers and exhaust chambers, and electrical metal leads connected to the main electrodes passing through the cylindrical wall of the housing and located outside the housing. The main electrodes, dielectric spacers, and the intermediate electrode define the discharge chamber. In addition, the main electrodes together with the inner flat walls of the body and the cylindrical walls of the body define the intermediate chambers, and the outer flat walls of the body together with the inner flat walls of the body and the cylindrical walls of the body define the exhaust chambers. The intermediate electrode goes into the discharge chamber and forms discharge gaps with the main electrodes, each of which is smaller than the discharge gap between the main electrodes. Openings are made in the main electrodes, which are closed by valves installed in the intermediate chambers with the possibility of releasing gases from the intermediate chambers into the exhaust chambers. Openings are made in the outer flat walls, allowing the release of gases from the exhaust chambers into the surrounding space. Holes in the main electrodes and outer flat walls are made in their central portions, and holes in the inner flat walls are made in their peripheral portions.

Клапаны могут состоять из центральных упоров, имеющих размеры меньше размера отверстий в основных электродах, а также краевых пластин, установленных вокруг центрального упора и имеющих внешние размеры больше размера отверстий в основных электродах. Вышеуказанное устройство может быть размещено во внешнем корпусе, имеющем разъем для установки на DIN-рейку. Центральные участки внешних плоских стенок ограничены радиусом не более 50% или 30% или 20% от радиусов внешних плоских стенок, а периферийный участки внутренних плоских стенок ограничены радиусом не менее 50% или 70% или 80% от радиусов внутренних плоских стенок. Размеры отверстий во внешних и внутренних плоских стенках преимущественно составляют не более 10% или даже не более 5% от радиусов соответствующих плоских стенок, в которых выполнены эти отверстия.The valves may consist of center stops that are smaller than the holes in the main electrodes, and edge plates installed around the center stop and have outer dimensions that are larger than the holes in the main electrodes. The above device can be housed in an external enclosure with a DIN rail connector. The central sections of the outer flat walls are limited to a radius of no more than 50% or 30% or 20% of the radii of the outer flat walls, and the peripheral sections of the inner flat walls are limited to a radius of at least 50% or 70% or 80% of the radii of the inner flat walls. The dimensions of the holes in the outer and inner flat walls are preferably no more than 10% or even no more than 5% of the radii of the corresponding flat walls in which these holes are made.

Технический результат, достигаемый устройством защиты от импульсных перенапряжений в соответствии с полезной моделью, представляют собой одновременное повышение надежности разрядника и предотвращение выхода из устройства искр и других продуктов электрического разряда. Кроме того, одновременно с этим достигаются такие технические результаты, как уменьшение длительности прохождения разряда в устройстве защиты от импульсных перенапряжений, снижение порога срабатывания (пробоя) этого устройства, обеспечение компактности устройства защиты от импульсных перенапряжений и стабильности его рабочих параметров.The technical result achieved by the surge protection device in accordance with the utility model is a simultaneous increase in the reliability of the arrester and prevention of sparks and other products of electrical discharge from the device. In addition, at the same time, technical results are achieved such as reducing the duration of the discharge in the surge protection device, lowering the operation (breakdown) threshold of this device, ensuring the compactness of the surge protection device and the stability of its operating parameters.

Уменьшение длительности прохождения разряда в устройстве защиты от импульсных перенапряжений обеспечивается тем, что разрядный зазор между основными электродами, в котором проходит и заканчивается основная разрядная дуга, имеет больший размер, чем разрядные зазоры между промежуточным электродом и основными электродами, в которых инициируется разряд. Это увеличивает длину разрядной дуги, в результате чего она имеет большее сопротивление и прерывается при более высоких токах разряда, чем в прототипе. Кроме того, увеличенный зазор повышает напряжение окончания разряда, вследствие чего при снижении перенапряжения разряд заканчивается раньше.Reducing the duration of the passage of the discharge in the surge protection device is ensured by the fact that the discharge gap between the main electrodes, in which the main discharge arc passes and ends, is larger than the discharge gaps between the intermediate electrode and the main electrodes, in which the discharge is initiated. This increases the length of the discharge arc, as a result of which it has a greater resistance and is interrupted at higher discharge currents than in the prototype. In addition, the increased gap increases the discharge termination voltage, so that when the overvoltage is reduced, the discharge ends earlier.

Снижение порога срабатывания (пробоя) этого устройства обеспечивается тем, что разрядные зазоры между промежуточным электродом и основными электродами, в которых инициируется разряд, имеют меньшие размеры, чем разрядный зазор между основными электродами, в котором проходит и гасится основная разрядная дуга. Вследствие этого снижается величина перенапряжения, при котором происходит развитие (инициация) электрического разряда внутри устройства.A decrease in the triggering (breakdown) threshold of this device is ensured by the fact that the discharge gaps between the intermediate electrode and the main electrodes, in which the discharge is initiated, are smaller than the discharge gap between the main electrodes, in which the main discharge arc passes and is extinguished. As a result, the amount of overvoltage decreases, at which the development (initiation) of an electric discharge occurs inside the device.

Повышение надежности разрядника обеспечивается наличием отверстий в основных электродах, внешней и внутренней стенках корпуса, что обеспечивает возможность выхода газов из разрядной, промежуточный и выхлопной камер, вследствие чего снижается риск разрушения устройства из-за повышенного давления внутри разрядной камеры и других камер устройства. Кроме того, надежность разрядника обеспечивается тем, что инициация разряда в разрядной камере происходит в разрядных зазорах между промежуточным электродом и основными электродами, а основная разрядная дуга проходит и гасится между основными электродами, благодаря чему разрядные зазоры между промежуточным электродом и основными электродами остаются неизменными вследствие устранения воздействия на них (разрядные зазоры) основной разрядной дуги. Надежность разрядника также обеспечивается наличием клапана, который позволяет газам с продуктами разряда (искрами, сажей, копотью) выйти из разрядной камеры, но предотвращает попадание продуктов разряда обратно в разрядную камеру, вследствие чего разрядная камера остается чистой и сохраняет свою работоспособность и рабочие параметры при прохождении через нее множества импульсов перенапряжения и разрядов.An increase in the reliability of the arrester is ensured by the presence of holes in the main electrodes, the outer and inner walls of the housing, which makes it possible for gases to escape from the discharge, intermediate and exhaust chambers, thereby reducing the risk of device destruction due to increased pressure inside the discharge chamber and other chambers of the device. In addition, the reliability of the spark gap is ensured by the fact that the initiation of the discharge in the discharge chamber occurs in the discharge gaps between the intermediate electrode and the main electrodes, and the main discharge arc passes and is extinguished between the main electrodes, due to which the discharge gaps between the intermediate electrode and the main electrodes remain unchanged due to the elimination impact on them (discharge gaps) of the main discharge arc. The reliability of the arrester is also ensured by the presence of a valve that allows gases with discharge products (sparks, soot, soot) to leave the discharge chamber, but prevents discharge products from entering the discharge chamber, as a result of which the discharge chamber remains clean and retains its operability and operating parameters during passage through it, a multitude of overvoltage impulses and discharges.

Предотвращение выхода из устройства искр и других продуктов электрического разряда обеспечивается тем, что разрядная камера отделена от окружающего пространства множеством элементов устройства: основными электродами, клапанами, внутренними и внешними плоскими стенками, а также промежуточными и выхлопными камерами, которые задерживают искры и другие продукты электрического разряда в промежуточных и выхлопных камерах на их стенках. Кроме того, предотвращение выхода из устройства искр и других продуктов электрического разряда также обеспечивается тем, что отверстия в основных электродах и внешних плоских стенках выполнены в их центральных участках, а отверстия во внутренних плоских стенках выполнены в их периферийных участках, благодаря чему удлиняется и искривляется путь выхода газов с искрами и другими продуктами электрического разряда из разрядной камеры в окружающее пространство, вследствие чего искры и другие продукты электрического разряда задерживаются в промежуточных и выхлопных камерах и оседают на их стенках.Preventing sparks and other electrical discharge products from leaving the device is ensured by the fact that the discharge chamber is separated from the surrounding space by many elements of the device: main electrodes, valves, inner and outer flat walls, as well as intermediate and exhaust chambers that trap sparks and other electrical discharge products in the intermediate and exhaust chambers on their walls. In addition, prevention of sparks and other electrical discharge products from the device is also ensured by the fact that holes in the main electrodes and outer flat walls are made in their central sections, and holes in the inner flat walls are made in their peripheral sections, due to which the path is lengthened and curved. the exit of gases with sparks and other products of the electric discharge from the discharge chamber into the surrounding space, as a result of which sparks and other products of the electric discharge are retained in the intermediate and exhaust chambers and settle on their walls.

Компактность устройства защиты от импульсных перенапряжений обеспечивается выполнением основных электродов металлическими, что исключает необходимость использования графитовых электродов в дополнение к металлическим электродам, которые осуществляли бы только подвод электрического напряжения лишь как металлические пластины. Компактность устройства также обеспечивается конфигурацией плоских промежуточных и выхлопных камер.The compactness of the surge protection device is ensured by making the main electrodes metal, which eliminates the need to use graphite electrodes in addition to metal electrodes, which would only supply electrical voltage as metal plates. The compactness of the device is also ensured by the configuration of the flat intermediate and exhaust chambers.

Стабильность рабочих параметров устройства защиты от импульсных перенапряжений обеспечивается применением трех электродов – двух основных и одного промежуточного – благодаря которым инициация разряда в разрядной камере происходит на разрядных зазорах между промежуточным электродом и основными электродами, а основная разрядная дуга проходит и гасится между основными электродами, что позволяет сохранять разрядные зазоры между промежуточным электродом и основными электродами неизменными вследствие устранения воздействия на них (разрядные зазоры) основной разрядной дуги. Стабильность рабочих параметров устройства также обеспечивается с помощью клапанов, через которые искры и другие продукты электрического разряда выносятся из разрядной камеры вследствие повышенного давления в разрядной камере, создаваемого разрядной дугой, и разрядная камера остается чистой.The stability of the operating parameters of the surge protection device is ensured by the use of three electrodes - two main and one intermediate - due to which the initiation of the discharge in the discharge chamber occurs at the discharge gaps between the intermediate electrode and the main electrodes, and the main discharge arc passes and is extinguished between the main electrodes, which allows keep the discharge gaps between the intermediate electrode and the main electrodes unchanged due to the elimination of the effect on them (discharge gaps) of the main discharge arc. The stability of the operating parameters of the device is also ensured by valves through which sparks and other products of the electric discharge are carried out of the discharge chamber due to the increased pressure in the discharge chamber created by the discharge arc, and the discharge chamber remains clean.

Все указанные технические результаты достигаются с помощью устройства защиты от импульсных перенапряжений в соответствии с настоящей полезной моделью одновременно и неразрывно друг от друга.All specified technical results are achieved by using a surge protection device in accordance with this utility model simultaneously and inseparably from each other.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На фиг. 1 показан разрядник, содержащий разрядную камеру по полезной модели, в разрезе.FIG. 1 shows an arrester containing a discharge chamber according to a utility model, in section.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Далее полезная модель поясняется со ссылкой на фиг. 1, на которой в разрезе показано устройство защиты от импульсных перенапряжений, содержащее в своем составе разрядную камеру в соответствии с настоящей полезной моделью. В представленной форме реализации устройство, разрядная камера и многие элементы имеют осевую симметрию и представляют собой или содержат круговые, дисковые или кольцеобразные элементы. Next, the utility model is explained with reference to FIG. 1, which shows a sectional view of a surge protection device containing a discharge chamber in accordance with the present invention. In the presented form of implementation, the device, the discharge chamber, and many elements have axial symmetry and represent or contain circular, disc, or annular elements.

Как показано на фиг. 1, в диэлектрическом корпусе 1, включающем в себя цилиндрическую стенку, внешние плоские стенки 10 и внутренние плоские стенки 9, расположены металлические основные электроды 2 с металлическими выводами 6, которые имеют соединение с основными электродами 2 и выходят из корпуса 1 через его стенки наружу. Выводы 6 соединяются с внешней электрической цепью и подводят напряжение, а также импульсные перенапряжения к основным электродам 2, между которыми и происходит импульсный электрический разряд, обеспечивающий защиту от перенапряжений. Корпус выполнен из твердого и прочного диэлектрика, например, такого как полиэтилен, стеклотекстолит или другие виды пластика или других диэлектрических материалов.As shown in FIG. 1, in the dielectric housing 1, which includes a cylindrical wall, outer flat walls 10 and inner flat walls 9, metal main electrodes 2 with metal leads 6 are located, which are connected to the main electrodes 2 and exit the housing 1 through its walls to the outside. Conclusions 6 are connected to an external electrical circuit and supply voltage, as well as pulse overvoltages to the main electrodes 2, between which a pulsed electric discharge occurs, which provides protection against overvoltages. The body is made of a solid and durable dielectric, such as polyethylene, glass fiber or other types of plastic or other dielectric materials.

Металлические плоские электроды 2 имеют кольцевую форму, что упрощает конструкцию устройства и обеспечивает его компактность (малогабаритность) ввиду отсутствия необходимости в дополнительных (например, графитовых) основных электродах. Графитовые электроды в дополнение к металлическим электродам обычно применяются для предотвращения изменения величины разрядного промежутка, а в предложенном устройстве воздействие на инициирующие разрядные зазоры между металлическими электродами 3 и 2 устранено тем, что основной разряд происходит между основными электродами 2 вдали от разрядных зазоров между металлическими электродами 3 и 2.Metal flat electrodes 2 have an annular shape, which simplifies the design of the device and ensures its compactness (small size) due to the absence of the need for additional (for example, graphite) main electrodes. Graphite electrodes, in addition to metal electrodes, are usually used to prevent a change in the size of the discharge gap, and in the proposed device the effect on the initiating discharge gaps between the metal electrodes 3 and 2 is eliminated by the fact that the main discharge occurs between the main electrodes 2 far from the discharge gaps between the metal electrodes 3 and 2.

Кроме того, выполнение электродов 2 из металла обеспечивает долговечность работы устройства и стабильность его рабочих параметров, поскольку металлические электроды 2 имеют большую площадь и даже при частичном выгорании при прохождении между ними нескольких разрядных дуг в результате импульсных перенапряжений расстояние между ними остается неизменным на тех участках, где разрядные дуги не проходили. Кроме того, такая конструкция основных электродов 2 и выводов 6 также упрощает изготовление электродов, например, вырубкой штампом из листового металла элементов, представляющих собой объединенные между собой основные электроды 2 и выводы 6.In addition, the implementation of the electrodes 2 of metal ensures the durability of the device and the stability of its operating parameters, since the metal electrodes 2 have a large area and even with partial burnout when several discharge arcs pass between them as a result of pulse overvoltages, the distance between them remains unchanged in those areas, where the discharge arcs did not pass. In addition, such a design of the main electrodes 2 and the leads 6 also simplifies the manufacture of the electrodes, for example, by punching out elements from the sheet metal with a die, which are the main electrodes 2 and leads 6 combined with each other.

Основные электроды 2 разделены двумя диэлектрическими, например, фторопластовыми, полиэтиленовыми или из другого материала, прокладками 4, между которыми расположен промежуточный металлический электрод 3. Все они имеют кольцевую форму и вместе образуют разрядную камеру 5. Промежуточный электрод 3 выходит в разрядную камеру 5 и формирует разрядные зазоры с основными электродами 2, каждый из которых меньше разрядного зазора между основными электродами 2. Благодаря промежуточному электроду 3, отделенному от основных электродов 2 тонкими прокладками 4, обеспечивается низкое напряжение срабатывания разрядника, поскольку разрядные промежутки между промежуточным электродом 3 и каждым из основных электродов 2 имеют небольшую величину, определяемую толщиной прокладок 4. The main electrodes 2 are separated by two dielectric, for example, fluoroplastic, polyethylene or other material, spacers 4, between which there is an intermediate metal electrode 3. All of them have an annular shape and together form the discharge chamber 5. The intermediate electrode 3 goes into the discharge chamber 5 and forms discharge gaps with the main electrodes 2, each of which is smaller than the discharge gap between the main electrodes 2. Due to the intermediate electrode 3, separated from the main electrodes 2 by thin spacers 4, a low triggering voltage of the spark gap is provided, since the discharge gaps between the intermediate electrode 3 and each of the main electrodes 2 have a small value determined by the thickness of the spacers 4.

Одновременно с низким напряжением начала разряда обеспечивается долговечность и надежность устройства, повышенные величины тока и напряжения гашения разряда и стабильность напряжения срабатывания разрядника ввиду того, что после инициации разрядов между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2 за счет сил электромагнитного взаимодействия, процессов плазмообразования и снижения прикатодного падения напряжения происходит объединение инициирующих разрядных дуг в одну мощную разрядную дугу, которая проходит уже между основными электродами 2. Основные электроды 2 имеют большую толщину и площадь, чем промежуточный электрод 3, а также разделены между собой большим разрядным промежутком, чем разрядные промежутки между промежуточным и основными электродами, что обеспечивает долговечность и надежность устройства, а также повышенные ток и напряжение гашения разряда. Simultaneously with the low voltage of the beginning of the discharge, the durability and reliability of the device, increased values of the current and voltage of the discharge quenching and the stability of the operation voltage of the spark gap are ensured due to the fact that after the initiation of discharges between the intermediate electrode 3 and the main electrodes 2 due to the forces of electromagnetic interaction, plasma formation processes and a decrease in the voltage drop, the initiating discharge arcs are combined into one powerful discharge arc, which passes already between the main electrodes 2. The main electrodes 2 have a greater thickness and area than the intermediate electrode 3, and are also separated from each other by a larger discharge gap than the discharge gaps between the intermediate and main electrodes, which ensures the durability and reliability of the device, as well as increased current and voltage quenching the discharge.

Стабильность напряжения срабатывания устройства, как один из важнейших его рабочих параметров, обеспечивается переходом разрядов из малых разрядных зазоров между промежуточным электродом 3 и каждым из основных электродов 2, в мощный разряд, удаленный от этих малых разрядных зазоров, благодаря чему на указанные малые зазоры (промежутки) не воздействует мощный разряд, который мог бы уменьшить или увеличить зазор или вообще устранить его вследствие спекания электродов из-за малого расстояния между ними и мощной разрядной дуги.The stability of the operation voltage of the device, as one of its most important operating parameters, is ensured by the transition of discharges from small discharge gaps between the intermediate electrode 3 and each of the main electrodes 2, into a powerful discharge remote from these small discharge gaps, due to which the indicated small gaps (gaps ) is not affected by a powerful discharge, which could reduce or increase the gap or even eliminate it due to the sintering of the electrodes due to the small distance between them and the powerful discharge arc.

Основные электроды 2 имеют круглые отверстия 7 в их центральных участках, размеры которых меньше размеров круглых отверстий в промежуточных электродах 3 и прокладках 4. Через отверстия 7 в электродах 2 продукты разряда, в том числе искры, сажа, копоть, выходят в промежуточные камеры 11 корпуса 1. Со стороны камер 11 отверстия 7 закрыты эластичными и упругим клапанами 8, которые выпускают продукты разряда из разрядной камеры 5 в промежуточные камеры 11, а обратно ничего не пропускают. The main electrodes 2 have round holes 7 in their central sections, the dimensions of which are smaller than the sizes of the round holes in the intermediate electrodes 3 and gaskets 4. Through the holes 7 in the electrodes 2, the discharge products, including sparks, soot, soot, exit into the intermediate chambers 11 of the body 1. From the side of the chambers 11, the openings 7 are closed with elastic and resilient valves 8, which discharge the discharge products from the discharge chamber 5 into the intermediate chambers 11, and do not let anything back through.

Клапаны могут быть выполнены, например, из силиконовой резины, и содержат в одном из вариантов центральный упор, который упирается в стенку 9 и имеет диаметр меньше диаметра отверстия 7, а также краевые пластины, установленные вокруг центрального упора с прилеганием к основным электродам 2 и закрывающие отверстия 7. Для этого внешний диаметр краевых пластин должен быть больше диаметра отверстия 7. Механические свойства краевых пластин должны обеспечивать возможность их отгибания под воздействием повышенного давления, появляющегося в разрядной камере 5 при прохождении в ней электрического разряда.The valves can be made, for example, of silicone rubber, and contain, in one of the options, a central stop, which abuts against the wall 9 and has a diameter less than the diameter of the hole 7, as well as edge plates installed around the central stop adjacent to the main electrodes 2 and covering holes 7. For this, the outer diameter of the edge plates must be greater than the diameter of the hole 7. The mechanical properties of the edge plates must ensure the possibility of bending them under the influence of the increased pressure appearing in the discharge chamber 5 when an electric discharge passes through it.

Наличие клапанов 8 обеспечивает возможность многократного разряда, надежность устройства в целом и долгосрочную стабильность его рабочих параметров, поскольку продукты разряда, такие как искры, копоть, сажа, выносятся из разрядной камеры за счет повышенного давления, создаваемого разрядной дугой, а обратно не попадают, так как клапан 8 препятствует движению газов в разрядную камеру 5, которая благодаря этому остается чистой.The presence of valves 8 ensures the possibility of multiple discharges, the reliability of the device as a whole and the long-term stability of its operating parameters, since the discharge products, such as sparks, soot, soot, are carried out of the discharge chamber due to the increased pressure created by the discharge arc, and do not come back. as the valve 8 prevents the movement of gases into the discharge chamber 5, which thereby remains clean.

Промежуточные камеры 11 ограничены основными электродами 2, стенками 9 и цилиндрическими стенками корпуса 1. Промежуточные камеры 11 отделены стенками 9 от выхлопных камер 12, которые в свою очередь отделены от окружающего пространства стенками 10. В стенках 9 в краевых областях выполнены отверстия 13, которыми промежуточные камеры 11 соединены с выхлопными камерами 12. Выхлопные камеры соединены с окружающим пространством отверстиями 14, выполненными в центральных областях стенок 10. Наличие отверстий 7, 13 и 14 обеспечивает выход газов из разрядной камеры 5 в пространство, окружающее устройство, благодаря чему снижается давление как в разрядной камере 5, так и в промежуточных камерах 11 и выхлопных камерах 12, что обеспечивает надежность и долговечность устройства благодаря предотвращению его разрушения или изменения расположения его элементов вследствие высокого давления, вызываемого разрядом.The intermediate chambers 11 are bounded by the main electrodes 2, the walls 9 and the cylindrical walls of the housing 1. The intermediate chambers 11 are separated by the walls 9 from the exhaust chambers 12, which in turn are separated from the surrounding space by the walls 10. In the walls 9 in the edge regions there are holes 13, which are intermediate chambers 11 are connected to exhaust chambers 12. The exhaust chambers are connected to the surrounding space by openings 14 made in the central regions of the walls 10. The presence of openings 7, 13 and 14 allows gases to escape from the discharge chamber 5 into the space surrounding the device, thereby reducing the pressure as in the discharge chamber 5, and in the intermediate chambers 11 and exhaust chambers 12, which ensures the reliability and durability of the device by preventing its destruction or changing the arrangement of its elements due to the high pressure caused by the discharge.

Благодаря тому, что отверстия 13 расположены в краевых (периферийных) областях, а отверстия 14 в центральных областях соответствующих стенок, причем отверстия 13 и 14 имеют малые размеры, предотвращается выход из разрядника продуктов разряда (искр, сажи, копоти и т.п.), которые оседают в камерах 11 и 12 из-за того, что путь выхода наружу удлинен и искривлен с помощью препятствий в виде стенок 9 и 10 с отверстиями в отличающихся областях стенок. Due to the fact that the holes 13 are located in the edge (peripheral) regions, and the holes 14 are in the central regions of the corresponding walls, and the holes 13 and 14 are small in size, the discharge of discharge products (sparks, soot, soot, etc.) which settle in chambers 11 and 12 due to the fact that the exit path to the outside is elongated and curved by obstacles in the form of walls 9 and 10 with holes in different regions of the walls.

Центральные участки внешних плоских стенок могут быть ограничены радиусом не более 50% от радиусов внешних плоских стенок, а периферийный участки внутренних плоских стенок могут быть ограничены радиусом не менее 50% от радиусов внутренних плоских стенок. В таком варианте разнесение отверстий в разных стенках будет, но может иметь небольшую величину. Для большего предотвращения выхода искр из устройства центральные участки внешних плоских стенок могут быть ограничены радиусом не более 30% или даже не более 20% от радиусов внешних плоских стенок, а периферийный участки внутренних плоских стенок могут быть ограничены радиусом не менее 70% или даже не менее 80% от радиусов внутренних плоских стенок. Радиус стенки преимущественно меньше радиуса корпуса устройства на толщину цилиндрической стенки.The central sections of the outer flat walls can be limited to a radius of no more than 50% of the radii of the outer flat walls, and the peripheral sections of the inner flat walls can be limited to a radius of at least 50% of the radii of the inner flat walls. In this case, the spacing of the holes in different walls will be, but may be small. To further prevent the escape of sparks from the device, the central sections of the outer flat walls can be limited to a radius of no more than 30% or even no more than 20% of the radii of the outer flat walls, and the peripheral sections of the inner flat walls can be limited to a radius of at least 70% or even no less 80% of the radii of the inner flat walls. The radius of the wall is preferably less than the radius of the device body by the thickness of the cylindrical wall.

Размеры самих отверстий преимущественно составляют не более 10% или даже не более 5% от радиусов соответствующих плоских стенок, в которых выполнены эти отверстия. Такие размеры позволяют в большей степени обеспечить защиту от выхлопа искр. Таким образом, стенки 9 и 10 с отверстиями, выполненными с разнесением относительно центра-края стенок, выполняют роль фильтра, обеспечивающего выход из разрядника газа без продуктов разряда. При этом выход непосредственно газа (воздуха) необходим, чтобы разрядник не взорвался и сохранял свою работоспособность при множестве разрядов.The dimensions of the holes themselves are advantageously no more than 10% or even no more than 5% of the radii of the respective flat walls in which these holes are made. These dimensions allow for a greater degree of protection against exhaust sparks. Thus, the walls 9 and 10 with holes, made with a spacing relative to the center-edge of the walls, act as a filter that ensures the exit of the gas from the spark gap without discharge products. In this case, the outlet of the gas (air) directly is necessary so that the spark gap does not explode and retains its operability at multiple discharges.

При подаче на выводы 6 импульса перенапряжения оно также попадает на основные электроды 2 внутри корпуса 1. Вследствие того, что промежуточный электрод 3 не соединен с основными электродами 2 и имеет отличающийся от них потенциал, а также из-за того, что разрядные зазоры между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2 (задаваемые толщинами прокладок 4) меньше, чем расстояние между основными электродами 2, происходит пробой этих малых разрядных зазоров при величине перенапряжения, задаваемого величинами этих разрядных зазоров (и толщинами прокладок 4). Разряды происходят с образованием разрядных дуг.When an overvoltage pulse is applied to terminals 6, it also hits the main electrodes 2 inside the housing 1. Due to the fact that the intermediate electrode 3 is not connected to the main electrodes 2 and has a different potential from them, and also due to the fact that the discharge gaps between the intermediate electrode 3 and main electrodes 2 (specified by the thickness of the spacers 4) is less than the distance between the main electrodes 2, breakdown of these small discharge gaps occurs at the overvoltage value specified by the values of these discharge gaps (and the thickness of the spacers 4). The discharges occur with the formation of discharge arcs.

Далее образовавшиеся малые разрядные дуги при дальнейшем росте тока в результате импульсного перенапряжения увеличиваются и объединяются, замыкая объединенной разрядной дугой основные электроды 2, минуя промежуточный электрод 3. Таким образом, основной разряд не воздействует на малые разрядные зазоры между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2, обеспечивая тем самым стабильность напряжения инициации разряда. При этом благодаря разрядной дуге импульс перенапряжения проходит в предложенном устройстве, а не в защищаемом оборудовании, тем самым обеспечивая осуществление назначения устройства защиты от импульсных перенапряжений.Further, the formed small discharge arcs with a further increase in the current as a result of a pulse overvoltage increase and combine, closing the main electrodes 2 with a combined discharge arc, bypassing the intermediate electrode 3. Thus, the main discharge does not affect the small discharge gaps between the intermediate electrode 3 and the main electrodes 2, thereby ensuring the stability of the discharge initiation voltage. In this case, due to the discharge arc, the overvoltage pulse passes in the proposed device, and not in the protected equipment, thereby ensuring the implementation of the purpose of the surge protection device.

Вследствие прохождения разрядной дуги между основными электродами 2 в разрядной камере 5 растут температура и давление, и в некоторый момент, определяемый характеристиками клапанов, клапаны открываются, и газ с продуктами разряда, такими как искры, сажа, копоть, выносится из разрядной камеры 5 через отверстия 7 в промежуточные камеры 11, где продукты разряда частично оседают на внутренних стенках 9. Далее избыточный газ через отверстия 13 в стенках 9 стравливается в выхлопные камеры 12, в которых на внешних стенках 10 оседают остатки продуктов разряда, и избыточный газ, очищенный от них, выходит в окружающее пространство через отверстия 14. Тем самым устраняется как опасность разрушения устройства повышенным давлением, так и опасность выноса из устройства искр, которые могут неблагоприятно воздействовать на окружающее оборудование.Due to the passage of the discharge arc between the main electrodes 2 in the discharge chamber 5, the temperature and pressure increase, and at some point, determined by the characteristics of the valves, the valves open, and the gas with discharge products, such as sparks, soot, soot, is carried out of the discharge chamber 5 through the holes 7 into the intermediate chambers 11, where the discharge products partially settle on the inner walls 9. Then, the excess gas through the holes 13 in the walls 9 is vented into the exhaust chambers 12, in which the residues of the discharge products settle on the outer walls 10, and the excess gas purified from them, escapes into the surrounding space through openings 14. This eliminates both the risk of destruction of the device by increased pressure and the risk of sparks escaping from the device, which can adversely affect the surrounding equipment.

После окончания импульса перенапряжения разрядная дуга между основными электродами 2 гаснет быстрее, чем погасла бы разрядная дуга между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2, а также быстрее, чем в прототипе и других подобных устройствах из уровня техники ввиду того, что расстояние между основными электродами 2 больше, чем расстояние между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2, а также больше расстояния между электродами в устройствах из уровня техники, поскольку его величина должна соответствовать расстоянию между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2 для обеспечения одного и того же напряжения инициации разряда. After the end of the overvoltage pulse, the discharge arc between the main electrodes 2 extinguishes faster than the discharge arc between the intermediate electrode 3 and the main electrodes 2 would go out, and also faster than in the prototype and other similar devices from the prior art due to the fact that the distance between the main electrodes 2 greater than the distance between the intermediate electrode 3 and the main electrodes 2, and also greater than the distance between the electrodes in devices from the prior art, since its value must correspond to the distance between the intermediate electrode 3 and the main electrodes 2 in order to provide the same discharge initiation voltage.

Благодаря такой разнице расстояний между основными электродами 2 по сравнению с расстояниями между промежуточным электродом 3 и основными электродами 2 основная разрядная дуга погаснет быстрее, чем если бы в устройстве был только один разрядный зазор, в котором происходит как инициация, так и гашение разряда, как это выполнено в разряднике из уровня техники. При увеличенном размере разрядного зазора дуга не может самоподдерживаться при обычных штатных напряжениях работы после окончания импульса перенапряжения из-за увеличенной длины разрядной дуги, что соответствует повышенному сопротивлению разрядной дуги, а также повышенному напряжению разряда.Due to such a difference in the distances between the main electrodes 2 compared to the distances between the intermediate electrode 3 and the main electrodes 2, the main discharge arc will extinguish faster than if there was only one discharge gap in the device, in which both initiation and extinguishing of the discharge occur, as is made in the arrester from the prior art. With an increased size of the discharge gap, the arc cannot self-sustain at normal standard operating voltages after the end of the overvoltage pulse due to the increased length of the discharge arc, which corresponds to an increased resistance of the discharge arc, as well as an increased discharge voltage.

После самостоятельного гашения разрядной дуги и выноса из разрядной камеры излишнего газа с продуктами разрядной дуги устройство вновь готово к работе.After self-extinguishing of the discharge arc and removal of excess gas with discharge arc products from the discharge chamber, the device is again ready for operation.

Описание реализации полезной модели дано в отношении устройства защиты от импульсных перенапряжений. Также устройство может быть использовано в составе устройства защиты, имеющего внешний корпус различных конструктивных исполнений, например, имеющего исполнение для крепления на стандартную рейку ТН 35 (ГОСТ Р МЭК 60715-2003) (также может называться DIN-рейка). То есть устройство по полезной модели может быть размещено во внешнем корпусе, имеющем разъем для установки на DIN-рейку.The description of the implementation of the utility model is given in relation to the surge protection device. Also, the device can be used as a part of a protection device with an external case of various designs, for example, having a version for mounting on a standard TN 35 rail (GOST R IEC 60715-2003) (also called a DIN rail). That is, the device according to the utility model can be placed in an external case with a connector for mounting on a DIN rail.

Claims

1. A surge protection device consisting of a dielectric body, which includes a cylindrical wall, outer flat walls and inner flat walls, ring-shaped metal main electrodes located in the cylindrical body and separated by ring-shaped dielectric spacers, between which there is an annular metal intermediate electrode, valves, intermediate chambers and exhaust chambers, as well as metal leads connected to the main electrodes passing through the cylindrical wall of the body and located outside the body, and the main electrodes, dielectric spacers and the intermediate electrode limit the discharge chamber, and the main electrodes together with the inner flat walls of the body and cylindrical walls of the body define the intermediate chambers, and the outer flat walls of the body together with the inner flat walls of the body and cylindrical walls of the body limit the exhaust e chambers, and the intermediate electrode goes into the discharge chamber and forms discharge gaps with the main electrodes, each of which is smaller than the discharge gap between the main electrodes, and holes are made in the main electrodes, which are closed by valves installed in the intermediate chambers with the possibility of releasing gases and discharge products from the discharge chamber to the intermediate chamber, moreover, holes are made in the inner flat walls of the housing, allowing the release of gases from the intermediate chambers into the exhaust chambers, and holes are made in the outer flat walls that allow the release of gases from the exhaust chambers into the surrounding space, and the holes in the main electrodes and outer flat walls are made in their central sections, and holes in the inner flat walls are made in their peripheral sections.

2. The device according to claim. 1, characterized in that the valves consist of central stops having dimensions smaller than the holes in the main electrodes, as well as edge plates installed around the central stop and having external dimensions larger than the holes in the main electrodes.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is housed in an external casing with a connector for mounting on a DIN rail.

4. The device according to claim 1, characterized in that the central sections of the outer flat walls are limited to a radius of no more than 50% of the radii of the outer flat walls, and the peripheral sections of the inner flat walls are limited to a radius of at least 50% of the radii of the inner flat walls.

5. The device according to claim. 1, characterized in that the central sections of the outer flat walls are limited to a radius of no more than 30% of the radii of the outer flat walls, and the peripheral sections of the inner flat walls are limited to a radius of at least 70% of the radii of the inner flat walls.

6. The device according to claim 1, characterized in that the central sections of the outer flat walls are limited to a radius of no more than 20% of the radii of the outer flat walls, and the peripheral sections of the inner flat walls are limited to a radius of at least 80% of the radii of the inner flat walls.

7. The device according to claim 1, characterized in that the dimensions of the holes in the outer and inner flat walls are no more than 10% of the radii of the corresponding flat walls in which the holes are made.

8. The device according to claim 1, characterized in that the dimensions of the holes in the outer and inner flat walls are no more than 5% of the radii of the corresponding flat walls in which the holes are made.