SU790159A1 - Коммутатор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области электротехники, преимущественно высо ковольтной импульсной техники и может быть использовано в установках дл  формировани  высоковольтных импульсов напр жени  и тока. Известны высоковольтные наносекундные коммутаторы - искровые разр  ники, состо щие из двух основных электродов, между которыми размещено устройство запуска (средний и управл ющий электроды),коммутирующие токи в несколько дес тков килоампер и более, в которых управл юща  искра зажигаетс  в области основного разр дного промежутка между управл к цим и средним электродами l3. Однако в указанных коммутаторах основной электрический разр д с помощью управл ющей искры фиксируетс  по оси электродной системы, вызыва  интенсивную электрическую эрозию центральной части электродов. При больших импульсных токах (до сотен килогинпер) и большой частоте повторени  импульсов/ центральна  часть электродов обгорает, что увеличивает разброс по времени между срабатывани ми разр дника и выводит из стро  весь коммутатор. Замена электродной системы возможна только после остановки машины и частичной ее разборки, что требует дополнительных материальных затрат и времени. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  ком-, мутатор - искровой разр дник. Коммутатор содержит два основных электрода и устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин, разделенных изол ционной прокладкой и снабженное центральные сквозным отверстием 2. В предлагаемом коммутаторе управл юща  искра Зажигаетс  в устройстве запуска при перекрытии изол ционной, прокладки в центральном сквозном отверстии . Основной электрический разр д происходит всегда между одними и теми же у астками на поверхност х основных электродов, расположенных против отверсти  в устройстве запус ка. Вследствие интегрального эрозионного эффекта при многократном воздействии электрического разр да эти участки поверхностей основных электродов значительно разрушаютс , что уменьшает надежность и долговечность разр дника,как коммутатора,ведет к искажению электрического пол  в промежутке , снижает его электрическую прочность и ухудшает стабильность запуска коммутатора. Кроме того, в этом коммутаторе весьма слабо выражен эффект искажени  электрического пол  в разр дном промежутке, поэтому врем  срабатывани  последнего сравнительно велико, а стабильность запуска составл ет дес тки наносекунд.

Цель изобретени  - повышение надежности , увеличение срока службы коммутатора и повышение стабильности его запуска.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в коммутаторе, содержащем два основных электрода и устройство запуска , выполненное в виде двух металлических пластин, размещенных между основными электродами и разделенных изол ционной прокладкой, причем эти металлические пластины и изол ционна  прокладка снабжены сквозньом отверстием , одна из пластин подсоединена к активному делителю напр жени  и заземлена через дополнительный резистор и закорачивающий разр дник, устройство запуска снабл ело несколькими сквозными отверсти ми, а изол ционна  прокладка выполнена с буртиками по периметру отверстий, выступающими за кра  металлических пластин.

Так как управл юща  искра с равнйй веро тностью зажигаетс  в любом из отверстий устройства запуска, то основной электрический разр д с тако же веро тностью и синхронно с управл ющей искрой перемещаетс  по.всей поверхности основных электродов, против которой наход тс  отверсти  в устройстве, запуска, что уменьшает поверхностную плотность электрических разр дов и, следовательно, увеличивает эрозионную стойкость и срок службы электродной системы и коммутатора в целом. Кроме того, временные характеристики в предлагаемой конструкции коммутатора значительно стабилизируютс .

Выполнение изол ционной прокладки с буртиками обеспечивает одновременное воздействие на разр дный промежуток ультрафиолетовой подсветки от поджигающей искры, значительного перенапр жени  и сильного искажени  электрического пол , возникающего при- перекрытии поджигающей искрой буртиков изол ционной прокладки. Причем все три указанных эффекта воздейст вуют на оба искровых зазора образованные при помещении устройства запуска между основными электроДс1ми . Поэтому оба искровых зазора пробиваютс  с малым запаздыванием и разбросом по времени.

На фиг. 1 изображен схематически коммутатор; на фиг. 2 - узел устройства запуска, где изол ционна  прокладка выполнена с буртикагми по периметрам отверстий.

Коммутатор (см.фиг.1) содержит два основных электрода 1 и 2 устройство запуска, выполненное в виде двух металлических пластин 3 и 4, разделенных изол ционной прокладкой 5. . Металлические пластины 3, 4 и изол ционна  прокладка 5 снабжены сквозными отверсти ми 6. Пластина 4 подсоединена к активному делителю напр жени  с резисторами 7 и 8 и одновременно заземлена, через дополнительный резистор 9 и закорачивающий разр дник 10. Резистор 11 выполн ет роль разр дного сопротивлени . Изол ционна  прокладка 5 может быть снабжена буртиками 12 (см.фиг. 2) по периметрам отверстий 6.

Коммутатор работает следующим образом.

В исходном состо нии напр жение на пластине 4 (U) и на закорачиваю0 Щем разр днике 10 (, ) равны:

RS

Ux и

U

fO

R т + Rr

VT - rig

и - разность потенциалов

где

между основными электродами 1 и 2;

R, и

Rg - резисторы 7 и 8, соответственно . Потенциал пластины 3 (Ue,) определитс 

как;

RS

Uo, и

RT + Rg ъ-4

где и С,|, - емкости между плас -xf-2 тиной 4 и электродом 2 и между пластинами 3 и 4, соответственно . Соотношение емкостей С. и Cj и рассто ние по перекрытию кра  изол ционной прокладки 5 в отверсти х 6 между пластинами 3 и 4 выбираютс 

0 таким образом, чтобы до срабатывани  закорачивающего разр дника 10 не произошло перекрытие прокладки 5. После пуска закорачивающего разр дника 10 потенциал пластины 4 с посто нной

5 времени t 9 сопротивление резистора 9) принимает значение потенциала земли. С такой же посто нной времени возрастает разность потенциалов между пластинами 3 и 4. Рассто ние по поверхности изол ционной прокладки 5 между пластинами 3 и 4 вы6HpaetcH меньше в отверсти х, чем на кра х. После перекрыти  по поверхности изол ционной прокладки в отверстии 6 искровой зазор между электродом 1 и пластиной 4 оказываетс  под перенапр жением равным отношению R + Rg/Rf и под воздействием ультрафиолетовой , подсветки от поджигающей искры. В результате этого зазор 1-4

0 пробиваетс  с малым временным разбросом и все напр жение прикладываетс  к рез-истору 9. Искровой зазор 4-2 оказываетс  под перенапр жением равным отношению Я| + R8/R7 На него

5 также воздействует подсветка от поджигающей искры и от искры при пробое искрового зазора 1-4. Поэтому зазор 4-2 пробиваетс  с малым запаздыванием и временным разбросом. .

Выбира  посто нную времени t .rj . (1 - 2)цс и минимальное падение напр жени  на Rp (после пробо  искрового зазора 1-4) равным 2U/3, т.е. Rp 7/ 2R, , где R, - разр дное сопротивление, получаем условие дл  выбора емкости С и соответственно толщины изол ционной прокладки 5:

12:1 сз.4 «- (RT + Rg)ЕЦП -1

2R

-11

где Ejjp и - напр женность перекрыти  и длина по поверхности изол ционной прокладки 5 в отверсти х между пластинами 3 и 4. Кроме того, должно выполн тьс  условие Е . d, где Efjp и d - пробивна  напр женност материала прокладки и ее толщина.

Выполнение изол ционной прокладки 5 с буртиками 12 по периметрам отверстий 6 приводит к улучшению условий формировани  основного электрическог разр да коммутатора. Поджигающа  искра при своем развитии вынуждена огибать буртики 12 изол ционной прокладки по кра м отверстий. В результате этого искра, как острие выноситс  в области обоих искровых зазоров, тем самым сильно искгижа  электрическое поле вблизи металлических пластин . В последнем случае к эффектам перенапр жени  и ультрафиолетовой подсветки, воздействующим на искровы зазоры в коммутаторе с изол ционной прокладкой без буртиков, добавл етс  еще эффект сильного искажени  электрического пол . Совместное воздейст-i вие этих трех факторов приводит к снжению времени запаздывани  основного разр да в коммутаторе и уменьшению его разброса. Проведенные предварительные испытани  на опытных образцах коммутаторов показали, что, поджигающа  искра с равной веро тностью зажигаетс  в каждом из сквозных отверстий устройства запуска, синхронно с которой развиваетс  и основной электрический разр д. В предлагаемом коммутаторе (на пор док и более) увеличиваетс  площадь рабочей поверхности основных электродов, значительно увеличиваетс  срок службы электродной системы, и, следовательно, стабилизаци  времени срабатывани  коммутатора .

Кроме того в коммутаторе с изол ционной прокладкой с буртиками по

0 периметрам отверстий устройства запуска уменьшаетс  в 3 раза врем  запаздывани  пробо  и в 5 раз его разброс.

Claims (2)

1.Коммутатор, содержащий два основных электрода и устройство запуска , выполненное в виде двух металлических пластин, размещенные между основными электродами и разделенных изол ционной прокладкой, причем эти металлические пластины и изол ционна  прокладка снабжены сквозным отверстием , одна из пластин подсоединена к активному делителю напр жени  и заземлена через дополнительный резистор и закорачивающий разр дник,

Отличающийс  тем, что, с целью повьшени  надежности и увеличени  срока службы ком 4утатора, устройство запуска выполнено с несколькими сквозными отверсти ми.

2.Коммутатор поп.1, отличаю-щийс  угем, что, с целью уменьшени  времени запаздывани  срабатывани  коммутатора и повышени  стабильности его пуска, прокладка выполнена с буртиками по периметру отверстий, выступающими за кра  металлических лластин.

Источники инфО 1ации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 441663, кл. Н 03 К 3/53, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 525376, кл. Н 03 К 3/53, 1976.

12 К

f J

Фиъ.