RU2793451C1 - Multi-channel high-current switch with surface discharge - Google Patents
Multi-channel high-current switch with surface discharge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793451C1 RU2793451C1 RU2022124610A RU2022124610A RU2793451C1 RU 2793451 C1 RU2793451 C1 RU 2793451C1 RU 2022124610 A RU2022124610 A RU 2022124610A RU 2022124610 A RU2022124610 A RU 2022124610A RU 2793451 C1 RU2793451 C1 RU 2793451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid dielectric
- extended
- control electrode
- solid
- dielectric
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электрофизике и сильноточной импульсной технике и может применяться при создании кило- и мегаамперных генераторов импульсных токов различного назначения, например, для получения импульсных давлений.The invention relates to electrophysics and high-current pulse technology and can be used to create kilo- and megaampere generators of pulsed currents for various purposes, for example, to obtain pulsed pressures.
Известен управляемый разрядник, описанный в авторском свидетельстве СССР №527786 от 16.02.1973 г., МПК Н01Т 5/00, опубл. 05.09.1976 г., содержащий токоподводящие шины, два основных электрода и один управляющий, расположенный между основными, диэлектрик и канал инициирующего импульса, например, кабель, подключенный одним полюсом к управляющему электроду, отличающийся тем, что, с целью уменьшения его индуктивности, расширения диапазона управляемости и увеличения пропускной способности по току, электроды разрядника размещены на одной стороне диэлектрика с толщиной, меньшей, чем минимальные расстояния между основными электродами, а другая сторона диэлектрика снабжена токопроводом, электрически соединенным с одним из основных электродов и другим полюсом канала инициирующего импульса.Known controlled spark gap, described in the author's certificate of the USSR No. 527786 of 16.02.1973, IPC
К недостаткам следует отнести нестабильное число формирующихся каналов, приводящее к нестабильности выходных характеристик, относительно высокие индуктивность и активное сопротивление из-за повышенного расстояния между основными электродами.The disadvantages include an unstable number of emerging channels, leading to instability of the output characteristics, relatively high inductance and active resistance due to the increased distance between the main electrodes.
Также известен управляемый разрядник, описанный в авторском свидетельстве СССР №1246852 от 20.01.1984 г., МПК Н01Т 2/02, опубл. 20.02.1995 г., содержащий два параллельно расположенных протяженных основных электрода и параллельно расположенный между ними протяженный управляющий электрод, которые выполнены в виде ряда дискретных токопроводящих элементов, равномерно распределенных по длине электродов и электрически соединенных между собой, и установлены на одной стороне твердого диэлектрика с толщиной, меньшей расстояния между основными электродами, на другой стороне которого установлен обратный токопровод, подключенный к одному из полюсов канала инициирующего импульса, другой полюс которого подключен к указанному управляющему электроду, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности инициирования многоканального скользящего разряда по поверхности диэлектрика, дискретные токопроводящие элементы каждого электрода подпружинены к поверхности указанного твердого диэлектрика с помощью дополнительно введенных прижимных устройств. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.Also known is a controlled spark gap, described in the author's certificate of the USSR No. 1246852 of 20.01.1984, IPC
К недостаткам известного устройства следует отнести выполнение протяженных основных электродов в виде дискретных токопроводящих элементов, подпружиненых к поверхности диэлектрика прижимными устройствами, что существенно усложняет изготовление основных электродов и разрядника в целом, повышает локальную эрозию основных электродов, что снижает ресурс работы разрядника, усложняет и повышает стоимость его обслуживания, повышает стоимость одной мегаамперной коммутации.The disadvantages of the known device include the implementation of extended main electrodes in the form of discrete conductive elements springed to the surface of the dielectric by clamping devices, which significantly complicates the manufacture of the main electrodes and the arrester as a whole, increases local erosion of the main electrodes, which reduces the service life of the arrester, complicates and increases the cost its maintenance, increases the cost of one megaampere switching.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно повышение ресурса работы, надежности и стабильности формирования заданного числа токовых каналов, увеличение рабочего напряжения (увеличение напряжения самопробоя), а также уменьшение индуктивности и активного сопротивления многоканального сильноточного коммутатора с поверхностным разрядом.The objective of the invention is to expand the functionality of the device, namely, increase the service life, reliability and stability of the formation of a given number of current channels, increase the operating voltage (increase in the self-breakdown voltage), as well as reduce the inductance and active resistance of a multi-channel high-current switch with surface discharge.
Технический результат заключается в обеспечении равномерного распределения тока по параллельным плазменным каналам, расположенным с заданным шагом, повышении надежности за счет увеличения электрической прочности, снижения эрозии электродов и обеспечении стабильного инициирования многоканального скользящего разряда по поверхности диэлектрика.The technical result consists in ensuring a uniform distribution of current along parallel plasma channels located with a given step, increasing reliability by increasing the electrical strength, reducing electrode erosion and ensuring stable initiation of a multichannel sliding discharge over the dielectric surface.
Это достигается тем, что в многоканальном сильноточном коммутаторе с поверхностным разрядом, содержащем два параллельно расположенных протяженных основных электрода и параллельно расположенный между ними протяженный управляющий электрод, установленные на одной стороне твердого диэлектрика с толщиной, меньшей расстояния между основными электродами, на другой стороне которого установлен обратный токопровод, подключенный к одному из полюсов канала инициирующего импульса, другой полюс которого подключен к указанному управляющему электроду, при этом каждый электрод прижат к поверхности указанного твердого диэлектрика прижимными устройствами, согласно изобретению, основные протяженные электроды выполнены сплошными и равномерно распределены по длине управляющего электрода и в зоне контакта с твердым диэлектриком выполнены ступенчатой формы и утоплены по линии соприкосновения с образованием для поверхности, перпендикулярной поверхности твердого диэлектрика, плавно-сопряженного перехода в поверхность, параллельную поверхности твердого диэлектрика с образованием большего межэлектродного промежутка вблизи поверхности твердого диэлектрика, протяженный управляющий электрод выполнен с зубцами, расположенными с фиксированным шагом h, с nз количеством зубцов, выбранным из соотношения 3≤Iт/nз≤30, где Iт - амплитуда коммутируемого импульса тока в кА, расположен несимметрично относительно основных протяженных электродов и прижат к поверхности твердого диэлектрика прижимными устройствами.This is achieved by the fact that in a multichannel high-current switch with a surface discharge, containing two parallel extended main electrodes and an extended control electrode located in parallel between them, installed on one side of a solid dielectric with a thickness less than the distance between the main electrodes, on the other side of which a reverse current conductor connected to one of the poles of the initiating pulse channel, the other pole of which is connected to the specified control electrode, with each electrode pressed against the surface of the specified solid dielectric by clamping devices, according to the invention, the main extended electrodes are made solid and evenly distributed along the length of the control electrode and in the contact zone with the solid dielectric is stepped and recessed along the line of contact with the formation for the surface perpendicular to the surface of the solid dielectric, a smoothly conjugated transition to the surface parallel to the surface of the solid dielectric with the formation of a larger interelectrode gap near the surface of the solid dielectric, an extended control electrode is made with teeth , located with a fixed step h, with n z the number of teeth selected from the
Кроме того, с целью обеспечения надежной фиксации, в качестве прижимных устройств использованы прижимной груз и/или прижимные накладки.In addition, in order to ensure reliable fixation, a clamping weight and/or clamping pads are used as clamping devices.
Кроме того, с целью повышения надежности формирования заданного количества плазменных каналов (в особенности при низком рабочем напряжении), протяженный управляющий электрод выполнен с зубцами треугольной формы.In addition, in order to increase the reliability of the formation of a given number of plasma channels (especially at low operating voltage), an extended control electrode is made with triangular teeth.
Кроме того, с целью повышения ресурса дискретных элементов протяженного управляющего электрода, он выполнен с зубцами прямоугольной формы или трапецеидальной формы.In addition, in order to increase the resource of discrete elements of an extended control electrode, it is made with rectangular or trapezoidal teeth.
Кроме того, с целью повышения ресурса основной изоляции, в качестве твердого диэлектрика использован комбинированный диэлектрик «стеклотекстолит-слоистый полиэтилен».In addition, in order to increase the resource of the main insulation, a combined dielectric "glass-textolite-laminated polyethylene" was used as a solid dielectric.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the level of technology carried out by the applicant, including the search for patent and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all essential features of the claimed invention, and the definition from the list identified analogues of the prototype, as the closest analogue in terms of the set of features, made it possible to identify a set of distinctive features in the claimed object that are significant in relation to the technical result perceived by the applicant and set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under the current legislation.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.To verify the compliance of the claimed invention with the condition of inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that coincide with the features of the claimed invention that are distinctive from the prototype, the results of which show that the claimed invention does not follow for a specialist explicitly from the known technical level of technology.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами:The present invention is illustrated by drawings:
на фиг. 1 представлен общий вид устройства;in fig. 1 shows a general view of the device;
на фиг. 2 схематически показано поперечное сечение разрядного контура с многоканальным коммутатором;in fig. 2 schematically shows a cross section of a discharge circuit with a multichannel switch;
на фиг. 3 показано схематическое изображение протяженного управляющего (инициирующего) электрода с треугольными зубцами;in fig. 3 shows a schematic representation of an extended control (initiating) electrode with triangular teeth;
на фиг. 4 показано схематическое изображение (вид сверху) прижимных устройств, используемых в многоканальном коммутаторе.in fig. 4 shows a schematic representation (top view) of clamping devices used in a multi-channel switch.
На чертежах введены следующие обозначения:The following designations are introduced in the drawings:
1 - конденсаторная батарея;1 - capacitor bank;
2 - высоковольтный основной протяженный электрод;2 - high-voltage main extended electrode;
3 - протяженный управляющий (инициирующий) электрод;3 - extended control (initiating) electrode;
4 - низковольтный основной протяженный электрод (коллектор);4 - low-voltage main extended electrode (collector);
5 - источник инициирующего импульса;5 - source of initiating impulse;
6 - твердый диэлектрик;6 - solid dielectric;
7 - изоляция;7 - insulation;
8 - обратный токопровод;8 - return conductor;
9, 10 - прижимные устройства (прижимные грузы 9 и прижимные пластины 10).9, 10 - clamping devices (clamping
В многоканальном сильноточном коммутаторе с поверхностным разрядом (фиг. 1) искровой промежуток образован двумя основными электродами высоковольтным основным протяженным 2 и низковольтным основным протяженным электродом (коллектор) 4, между которыми расположен третий, управляющий (инициирующий) электрод 3, электрически соединены между собой и установлены на одной стороне твердого диэлектрика 6 с толщиной, меньшей расстояния между основным протяженным электродом 2 и протяженным управляющим (инициирующим) электродом 3, на другой стороне твердого диэлектрика 6 расположена изоляция 7, в контакте с которой установлен обратный токопровод 8, подключенный к одному из полюсов канала источника инициирующего импульса 5, другой полюс которого подключен к протяженному управляющему (инициирующему) электроду 3. При этом основные протяженные электроды 2 и 4 прижаты к поверхности указанного твердого диэлектрика 6 прижимными устройствами 9, например прижимными грузами. Основные протяженные электроды высоковольтный 2 и низковольтный 4 выполнены сплошными и равномерно распределены по длине протяженного управляющего инициирующего электрода 3 и в зоне контакта с твердым диэлектриком 6 и выполнены, по меньшей мере один из них, ступенчатой формы (см. фиг. 1 и 2), и утоплен по линии соприкосновения с образованием для поверхности, перпендикулярной поверхности твердого диэлектрика 6, плавно-сопряженного перехода в поверхность параллельную поверхности твердого диэлектрика 6 с образованием большего межэлектродного промежутка вблизи поверхности твердого диэлектрика 6. Низковольтный основной протяженный электрод 4 может быть выполнен сплошным (без ступенчатой формы и без утопления) по линии соприкосновения с образованием для поверхности, перпендикулярной поверхности твердого диэлектрика, плавно-сопряженного перехода в поверхность, параллельную поверхности твердого диэлектрика 6 без образования большего межэлектродного промежутка вблизи поверхности твердого диэлектрика 6. Протяженный управляющий электрод 3 выполнен с зубцами, например, треугольной формы, расположенными с фиксированным шагом h мм, с n количеством зубцов, выбранным из соотношения 3≤Iт/nз≤30, где Iт - амплитуда коммутируемого импульса тока в кА. Протяженный управляющий электрод 3 расположен несимметрично относительно основных протяженных электродов 2 и 4 и прижат к поверхности твердого диэлектрика 6 прижимным устройством 10, например, прижимными накладками. Твердый диэлектрик 6 выполнен сплошным из стеклотекстолита; основная изоляция 7 выполнена сплошной из стеклотекстолита или комбинированной - из слоистого полиэтилена. В качестве источника инициирующего импульса 5 использован кабельный импульсный трансформатор. Конденсаторная батарея 1 (источник питания) подключена к высоковольтному электроду 2 и обратному токопроводу 8. Соотношение 3≤Iт/nз≤30, где Iт ∈ [1; 1200] кА (или 1 кА≤Iт≤1200 кА) - амплитуда коммутируемого импульса тока, выбрано на основе проведенных исследований и справедливо для токов кило- и мегаамперного диапазона суб-, микросекундной и субмилисекундной длительностей.In a multi-channel high-current switch with a surface discharge (Fig. 1), the spark gap is formed by two main electrodes, a high-voltage main extended 2 and a low-voltage main extended electrode (collector) 4, between which a third, control (initiating)
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Основные протяженные электроды высоковольтный 2 и низковольтный 4 подключаются к коммутируемой цепи. В заданный момент времени на протяженный управляющий электрод 3 подают высоковольтный импульс с полярностью, противоположной полярности основного протяженного высоковольтного электрода 2; формируют многоканальный разряд по поверхности твердого диэлектрика 6, и происходит коммутация электрической цепи (разрядного контура).The operation of the proposed device is as follows. The main long electrodes
Примером конкретного выполнения может являться многоканальный коммутатор с поверхностным разрядом, содержащий основной протяженный высоковольтный электрод 2 и низковольтный 4, протяженный управляющий электрод 3 выполнен с зубцами треугольной формы, расположенными с фиксированным шагом h=15 мм, с nз=30 количеством зубцов, расположен несимметрично относительно основных протяженных электродов 2 и 4 и прижат к поверхности твердого диэлектрика 6 прижимным устройством 10, например, прижимными накладками (при этом основные протяженные электроды 2 и 4 прижаты прижимными грузами 9). Низковольтный протяженный электрод 4 выполнен в контакте с твердым диэлектриком без образования большего межэлектродного промежутка вблизи поверхности твердого диэлектрика. Твердый диэлектрик 6 выполнен в виде комбинации «стеклотекстолит - слоистый полиэтилен». В качестве источника инициирующего импульса 5 использован кабельный импульсный трансформатор. Протяженный управляющий электрод 3 инициировал ~30 каналов на поверхности твердого диэлектрика 6.An example of a specific implementation can be a multi-channel switch with a surface discharge, containing the main extended high-
Предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять многоканальную замыкающую коммутацию высоковольтных электрических цепей с кило- и мегаамперными токами суб-, микросекундной и субмилисекундной длительностей.The proposed technical solution makes it possible to carry out multi-channel closing switching of high-voltage electrical circuits with kilo- and megaampere currents of sub-, microsecond and sub-millisecond durations.
Заявляемое устройство обеспечивает высокую стабильность формирования заданного числа токовых каналов и выходных характеристик, низкую индуктивность (~ единиц нГн) и активное сопротивление (~ единиц мОм) разрядника; простоту обслуживания; высокую надежность и ресурс работы (малая эрозия электродов и диэлектрика); низкую стоимость одной коммутации мега амперного тока.The inventive device provides high stability of the formation of a given number of current channels and output characteristics, low inductance (~ units of nH) and active resistance (~ units of mΩ) of the arrester; ease of maintenance; high reliability and service life (small erosion of electrodes and dielectric); low cost of one switching of mega ampere current.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получен многоканальный сильноточный коммутатор с поверхностным разрядом с улучшенными характеристиками.For the claimed invention in the form as it is characterized in the claims, the possibility of its implementation using the above-described design solutions is confirmed, namely, a multi-channel high-current switch with a surface discharge with improved characteristics is obtained.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793451C1 true RU2793451C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU527786A1 (en) * | 1973-02-16 | 1976-09-05 | Ленинградский Политехнический Институт Имени М.И.Калинина | Managed Bit |
SU961016A1 (en) * | 1980-12-26 | 1982-09-23 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Method of controlling operation of sliding-discharge gap |
SU1757002A1 (en) * | 1990-09-14 | 1992-08-23 | Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина | Multigap switching tube |
DE4402615A1 (en) * | 1993-05-31 | 1994-12-08 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Transient overvoltages protection element for supply network |
SU1246852A1 (en) * | 1984-01-20 | 1995-02-20 | Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР | Controlled arrester |
RU2138893C1 (en) * | 1997-10-16 | 1999-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Controlled solid-body discharger |
WO2008107432A3 (en) * | 2007-03-08 | 2008-12-04 | Siemens Ag | Circuit breaker device and method for producing a circuit breaker device |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU527786A1 (en) * | 1973-02-16 | 1976-09-05 | Ленинградский Политехнический Институт Имени М.И.Калинина | Managed Bit |
SU961016A1 (en) * | 1980-12-26 | 1982-09-23 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Method of controlling operation of sliding-discharge gap |
SU1246852A1 (en) * | 1984-01-20 | 1995-02-20 | Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР | Controlled arrester |
SU1757002A1 (en) * | 1990-09-14 | 1992-08-23 | Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина | Multigap switching tube |
DE4402615A1 (en) * | 1993-05-31 | 1994-12-08 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Transient overvoltages protection element for supply network |
RU2138893C1 (en) * | 1997-10-16 | 1999-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Controlled solid-body discharger |
WO2008107432A3 (en) * | 2007-03-08 | 2008-12-04 | Siemens Ag | Circuit breaker device and method for producing a circuit breaker device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190319432A1 (en) | A laser triggered multi-stage vacuum switch | |
Fugel et al. | Influence of grading capacitors on the breaking performance of a 24-kV vacuum breaker series design | |
Su et al. | A voltage-division-type low-jitter self-triggered repetition-rate switch | |
KR20080029086A (en) | Apparatus for measuring impact induced tensile-fracture | |
RU2793451C1 (en) | Multi-channel high-current switch with surface discharge | |
US3641289A (en) | High-current high-voltage switch with incisor electrode | |
Prestwich | Harp, a short pulse, high current electron beam accelerator | |
RU2135991C1 (en) | Method of realization of electric break-down of gas dielectric in abruptly non-uniform field | |
CA2206089C (en) | The method of obtaining the adjustable capacitor | |
RU2810296C1 (en) | High voltage pulse source | |
RU194484U1 (en) | TERMINAL BLOCK | |
SU930461A2 (en) | Controllable discharger | |
RU2766434C1 (en) | Method for forming current pulse in inductive load | |
Liu et al. | Note: A high-energy-density tesla-type pulse generator with novel insulating oil | |
SU638223A1 (en) | Direct-action accelerator | |
SU687509A2 (en) | Controllable discharger | |
SU144895A1 (en) | ||
US20230261586A1 (en) | Booster circuit and voltage generator | |
RU1424675C (en) | Controlled discharger | |
Widl | The influence of the shield on the breakdown behaviour of vacuum interrupters | |
RU2213400C1 (en) | Controlled discharge tube (alternatives) | |
SU1610527A1 (en) | Multichannel spark gap | |
SU524267A1 (en) | Controlled low inductance trigger | |
Gusev et al. | A Solid-State Discharger for a High-Current Energy Source Based on a Capacitive Storage with an Operating Voltage of 50 kV | |
FR3142620A1 (en) | CONNECTED ELECTRICAL CABINET |