SU978253A1 - Вентильный разр дник - Google Patents

Description

(5) ВЕНТИЛЬНЫЙ РАЗРЯДНИК

1

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к разр дникам, предназначенным дл  защиты электрических сетей от перенапр жений, и может быть использовано при конструи- , ровании вентильных разр дников.

Известны вентильные разр дники, содержащие последовательно соединенные искровые промежутки, образованные парами электродов, и нелинейные ю резисторы Г 13

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  вентильный разр дник, содержащий последовательно соединенные ,, по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изо- 20 л ционного материала. В этом разр днике после пробо  дуга выдуваетс  из искрового промежутка и движетс , удлин  сь, по роговым электродам под

действием силы электромагнитного взаимодействи  тока дуги с магнитным полем. Магнитное поле создаетс  последовательно включенными катушками магнитного дуть  2,

В этом вентильном разр днике дугогасительна  способность ограничена величиной удлинени  дуг в плоских дугогасительных камерах. Кроме того, в цепь разр дника дл  создани  магнитного.пол  введены катушки ма1- нитного дуть , что усложн ет его схему и конструкцию.

Целью изобретени   вл етс  увеличение дугогасительной способности вентильного разр дника при одновременном упрощении его электрической схемы.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в вентильном разр днике, содержащем последовательно соединенные по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изол ционного материала, дугогасительные камеры искровых промежутков выполнены едиными в виде винтовой лопасти , навитой на центральном цилинд ре, роговые электроды-искровых промежутков располоухены по винтовой линии между витками винтовой лопасти и закреплены на поверхности указанно го центрального цилиндра. Кроме того, дл  повышени  пропускной способности разр дника нелинейный резистор можно включить между соседними искровыми промежутками. На фиг. 1 схематично изобрак ен вентильный разр дник,.общий вид,, диметри , частичный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1. Вентильный разр дник содержит дугогасительнуга камеру 1 искровых промежутков ,- стенки которой образованы винтовой лопастью 2,. располо : енной (навитой) на поверхности полого цент рального цилиндра 3 с малым шагом Д. (около 1-2 см и менее). -Лопасть 2 и цилиндр 3 можно изготовить из различ ных электроизол ционных материалов, например из пластмасс, таких как полисульфон , поликарбонат,.листьева  полиэтилентерефталатна  смола (лавсан )/ методами лить  или штамповки, .Возможно выполнение камеры 1 сборной из отдельных элементое. Винтова  полость дугогасительной камеры 1, выполн юща  роль дугогасительной щели, имеет ширину h,,обычно около 1-6 8 зависимости Ът величины расчетного тока сопровождени  разр дника. Толщина винтовой.лопасти равна  ( Х h) определ етс  техноло гией изготовлени  и расчетным ресурсом работы разр дника и может состав л ть около 2-10 мм. Размеры дугогасительной камеры 1: диаметр D, длина Н и диаметр централ ного цилиндра d определ ютс  соотношени ми t D - I V(t)-dt 1Г (ШЦ).У . Ш(А э4 fi:i:(t)-D где Е - напр женность электричес кого пол  в винтовой дуге отнесенна  к наружному краю этой дуги (к длине переднего фронта расшир ющейс  а радиальном направлении дуги); V(t) - радиальна  скорость движени  дуги; z(t) - индуктивность винтовой дуги; 3(t) - ток сопровождени ,  вл ющиес  функци ми времени t; и - амплитудное значение номинального напр жени  защищаемой сети; - врем  гашени  тока сопровождени  . Величина d задает индуктивное сопротивление вентильного разр дника в момент пробо  и определ ет (совместно с нелинейным последовательным сопротивлением ) величину тока сопровождени  в этотмомент. Можно выполнить вентильный разр дник даже с d О, при этом электровыводы к искровым промежуткам, например, дл  . подключени  шунтирующих резисторов могут быть выполнены в теле винтовой лопасти 2, Внутри дугогасительной камеры 1 на поверхности центрального цилиндра 3 по винтовой линии расположены образующие искровые проме хутки пары роговых электродов , последовательно соединенные токопроводами 5- Дл  примера на фиг. 1 в п том сверху витке дугогасительной камеры 1 показан искровой промежуток со своими роговыми электродами , а в третьем сверху витке - токопровод 5 с роговыми электродами соседних искровых промежутков. Роговые электроды предназначены дл  задани  направлени  движени  опорных п тен дуг 6 тока сопровождени , движущихс  в винтовой полости дугогасительной камеры 1 в радиальном направлении под действием силы электромагнитного взаимодействи  тока дуг 6 с магнитным полем разр дника . I После выхода дуг 6 отдельных искровых промежутков на концы своих роговых электродов Ц происходит их сли ние в единую винтовую дугу 7. Дуги 6 и 7 на фиг. 1 дл  простоты показаны только в п том витке. Длина роговых электродов Ц и высота их подъема в радиальном направлении определ ют врем  работы токопроводов 5 и роговых электродов 4 отдельных искровых промежутков до сли ни  дуг 6 в единую дугу 7.

Дл  перемещени  опорных п тен единой винтовой дуги 7 в процессе расширени  этой дуги 6 в радиальном направлении в начале и конце винтовой полости дугогасительной камеры расположены входной 8 и выходной 9 роговые электроды разр дника, ориентированные радиально. К электроду 8 подключен ввод 10 разр дника, а к электроду 3 - нелинейный последовательный резистор 11 или непосредственно вывод 12 разр дника. Входной роговый электрод 8 разр дника электрически соединен с токопроводом 5 первого искрового промежутка, а выходной роговый электрод 9 - с токопроводом 5 последнего искрового промежутка .

На фиг. 2 дл  по снени  работы разр дника показано поло;: ение дуг 6 в двух моментах времени О и (5 и дуги 7. Положение дуги 6q соответствует начальному моменту горени  дуги 6 на начальных участках роговых электродов h. Положение дуги 66 соответствует моменту подхода дуги 6 к концам роговых электродов t, когда происходит переброс одного ее кон |да (фиг. 2, штриховые линии) на входной роговый электрод 8 разр дника и сли ние д угого ее конца с аналгичной дугой 66 второго искрового промежутка (фиг. 2, штриховые линии) дуги 7 соответствует некот .рому моменту расширени  образовавшейс  винтовой дуги, причем одно из опорных п тен этой дуги 7 перемещаетс  по входному роговому электроду 8 разр дника.

Через отверсти  13 в стенке центрального цилиндра 3 к токопроводам 5 подключен параллельно первому искровому промежутку шунтирующий его резистор 1 дл  задани  распределени  потенциала по искровым промежуткам, расположенный во внутренней полости центрального цилиндра 3. Аналогично подключаютс  шунтирующие резисторы (или резисторы .и конденсаторы) к остальным искровым промежуткам.

На фиг. 3 представлен разрез вен .тильного разр дника в средней части дугогасительной камеры 1, показывающий электрическое соединение соседних искровых промежутков через нелинейный последовательный резистор (не

показан), шунтируемый при образовании единой винтовой дуги 7- Дл  этого к.участкам 15 и 1б одного из токопрхэводов 5 выполненного с разрывом , через отверсти  13 в стенке центрального цилиндра 3 подключены электровыводы 17 и 18, расположенные во внутренней полости центрального цилиндра 3, дл  подключени  нелинейного резистора (не показан).

При положении 6 искровых промежутков, когда происходит их сли ние в винтовую дугу 6, измен етс  обтекание током сопровождени  элементов разр дника (на фиг.З направление протекани  тока указано стрелками). До сли ни  дуг ток протекает через нелинейный резистор (не показан), подключенный к электровыводам 17 и 18, после сли ни  дуг 6 в единую дугу 7 через этот резистор ток не протекает.

Дл  исключени  пробо  между роговыми электродами соседних искровых промежутков или участками 15 и 16 токопровода, электрически соединенными через нелинейный последовательный резистор, подключенный к электровыводам 17 и 18, до момента сли ни  дуг 6 в единую дугу 7 целесообразно расположить между концами этих участков 15 и 1б токопровода 5 электрически соединенными через нелинейный последовательный резис.тор, подключенный к электровыводам 1 и 18, и примыкающими роговыми электро ,дами Ц радиально ориентированную перегородку .винтовой полости, выполненную из электроизол ционного материала и имеющую высоту в радиальном направлении, несколько превышающую высоту расположени  концов этих роговых электродов.

Электровыводы 17 и 18 к нелинейному последовательному резистору, если он располагаетс  во внутренней полости центрального цилиндра 3. целесообразно выполнить винтовыми с направлением навивки, обратным навивке винтовой лопасти 2 дугогасительной камеры 1, и расположить во внутренней полости центрального цит линдра 3. Такое исполнение электровыводов 17 и 18 усиливает магнитное поле разр дника..Дл  повышени  электрической прочности разр дника внутреннюю полость центрального цилиндpa ,3 можно залить электроизол ционным материалом,, например смолой. Винтовую лопасть 2 дугогасительной камеры I целесообразно выполнить зигзагообразной в радиальном направлении дл  экранировани  искровых промежутков от излучени  отошедшей ду ги 6 или дуги 7 токасоп ровождени . Это способствует ускорению восстанов лени  электрической прочности искровых промежутков, т.е. увеличению величины их пробивного напр жени  до номинального значени . Вентильный разр дник работает сле дующим образом.. После пробо  искровых промежутков при наложении на разр дник перенапр  жени  через него,по винтовой линии протекает ток сопровомдени , что при водит к созданию продольного относительно оси дугогасительной камеры 1 магнитного пол . Иными словами, рас .положение электродов k искровых промежутков с токопроводами 5, их соеди н ющими, по винтовой линии позвол ет совместить их основные функции с функци ми катушек магнитного дуть . Дуги 6, загорающиес  в искровых промежутках после их пробо , в результате взаимодействи  тока каждой дуги 6 с продольным магнитным полем разр дника двигаютс  в радиальном (наружу) и азимутальном (концы дуг 6 как бы напиваютс  в противоположные стороны на роговые электроды i) направлени х , эффективно удлин  сь. При выходе дуг 6 на концы роговых электродов А происходит их сли ние в единую дугу 7 имеющую винтовую форму. Врем  от момента пробо  разт р дника до сли ни  дуг 6 зависит от длины и высоты подъема в радиальном направлении, роговых электродов Ц, что задает длину дуг 6, и тем самым их сопротивление на момент сли ни , Сли ние, дуг 6 приводит к шунтированию нелинейных последовательных ре зисторов, вкж)ченных между соседними искровыми промежутками, что приводит к скачкообразному уменьшению сопротивлени  разр дника в момент сли ни  дуг 6 и соответствующему увеличению тока сопровождени , отбираемого через разр дник из за1цищаемой сети, к увеличению пропускной способности разр дника и, тем самым, к ускорению сн ти  перенапр жени  в этой сети. При этом энерги , рассеиваема  538 в шунтируемых нелинейных резисторах, уменьшаетс , что позвол ет уменьшить их габариты. Выполн   отдельные пары роговых электродов разной длины и высоты расположени  их концов (и перегородок между ними) в радиальном направлении, можно задать разное врем , шунтировани  нелинейных последовательных резисторов разной величины, подключенных к этим роговым электродам А с помощью учостков 15 и 16 токопроводов 5 и электровыводов 17 и 18 с тем, чтобы соответствующие ступеньки на вольтамперной характеристике,разр дника располагались почти горизонтально. При этом требовани  к нелинейности самих нелинейных последовательных резисторов уменьшаютс . После образовани  единой винтовой дуги 7 токопроводы 5 и роговые электроды k всех искровых промежутков выключаютс  из токовой цепи, что уменьшает их нагрев и износ. Образующа с  едина  винтова  дуга 7 (плазменный соленоид) под действием собственного магнитного пол  продолжает, удлин  сь, расшир тьс  в радиальном направлении. При достижении длины винтовой дуги, соответствующей увеличению напр жени  . на разр днике до необходимого уровн , определ емого напр жением и индуктивностью защищаемой сети, произойдет ее гашение, если избыточный зар д, поступивший в есть, отведен и переHJПp иeниe сн то. В противном случае винтова  дуга 7 будет продолжать расшир тьс , а напр жение на разр днике увеличиватьс  до возникновени  повторного пробо  его искровых промежутков . При этом загораютс  дуги 6 о искровых проме хутках, шунтирующие дугу 7, в результате чего последн   гаснет. Процесс работы разр дника повтор етс . Так как Ъ предлагаемом вентильном разр днике не требуетс  наличи  паузы тока дл  гашени  тока сопровождени , то он может использоватьс  в цеп х как переменного, так и посто нного тока. Использование разр дников по изобретению дл  защиты электрического оборудовани  и сетей позволит повысить надежность их защиты путем уменьшени  длительности и величины импульсов перенапр жений. Возникша  в предлагаемой конструкции разр дника винтова  форма расши99 р ющейс  в радиальном направлении единой дуги с малым значением шага (около 1-2 см и мзнее) обеспечивает более эффективное, чем в плоской конфигурации дугогасительной камеры, удлинение дуги, что повышает дугогасительную способность разр дника. Одновременно TiaKaH плотна  (с малым шагом ) винтова  дуга тока сопровождени  разр1 дника обеспечивает наиболее эффективное использование собственного магнитного пол  тока сопровождени  разр дника. Это позвол ет упростить схему разр дника за счет исключени  катушек магнитного дуть  с их защитными обходными искровыми промежутками. К тому же уменьшаетс  нагрев токопроводов и эрозионный износ роговых электродов искровых промежутков в результате уменьшени  времени их работы (до сли ни  дуг в единую винтовую дугу). Шунтирование нелинейного последовательного резистора (или резисторов при достик ении дугами искровых промежутков заданной длины и, соответственно , сопротивлени  (длина дуг перед сли нием определ етс  расположениеми длиной роговых электродов соседних искровых промежутков) позвол ет повысить пропускную способность разр дника (повысить нелинейность его вольт амперной характеристики) и уменьшить величину энергии, рассеиваемой, в этом 3 резисторе, вследствие уменьшени  мени его работы. формула изобретени  1.Вентильный разр дник, содержащий последовательно соединенные по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изол ционного материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  дугогасительной способности, дугогасительные камеры искровых промежутков выполнены едиными в виде винтовой лопасти ,навитой на центральном цилиндре , роговые электроды искровых промежутков расположены по винтовой линии между витками винтовой .лопасти и закреплены на поверхности указанного центрального цилиндра. 2.Разр дник по п. 1, о т л и чающийс  тем, что, с целью повышени  пропускной способности, нелинейный резистор включен между соседними искровыми промежутками. Источники,информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Шишман Д.В. и др. Вентильные разр дники высокого напрпжени . Л., Энерги , 1971, с. 151. 2.Патент США № ЗбПО 5. кл. 317-7, 1972.

Claims (3)

формула изобретения

1. Шишман Д.В. и др. Вентильные разрядники высокого напряжения. Л., Энергия, 1971, с. 151.

1. Вентильный разрядник, содержащий последовательно соединенные по крайней мере один нелинейный резистор и искровые промежутки, образованные парами роговых электродов, установленных в щелевых дугогасительных камерах со стенками из изоляционного материала, отличающийся тем, что, с ц^1ью повышения дугогасительной способности, дугогасительные камеры искровых промежутков выполнены едиными в виде винтовой лопасти,навитой на центральном цилиндре, роговые электроды искровых промежутков расположены по винтовой линии между витками винтовой .лопасти и закреплены на поверхности указанного центрального цилиндра.

2. Разрядник по π. 1, от ли чающийся тем, что, с целью повышения пропускной способности, нелинейный резистор включен между со· седними искровыми промежутками.

Источники,информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Патент США i? Зб110**5» кл. 317-7**, 1972.

* ^s А*,

г.Ужгород.ул.Проектная.4

ППП .Патент· Зак.

3«