Высоковольтный коммутатор

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения - уменьшение времени срабатывания и упрощение конструкции коммутатора. Высоковольтный коммутатор содержит анод и катод, размещенные в цилиндрическом изоляционном корпусе с металлической оболочкой . Диэлектрическая проницаемость материала корпуса выбрана из условия равенства скорости распространения электромагнитной волны в коаксиальной линии, оборудованной оболочкой, корпусом и возникающим между анодом и катодом разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя в начальный момент запуска. 2 з. п. ф-лы, 1 ил &

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ к

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4494208/07 (22) 14.! 0.88 (46) 23.04.91. Бюл. № 15 (71) Московский энергетический институт (72) С. Ю. Петрин и О. А. Синкевич (53) 621.316.933 (088.8) (56) Афанасьев В. В. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения.— М.: Наука, 1987, с. 181.

Авторское свидетельство СССР № 1101156, кл. Н 03 К 5/00. 1981.

Изобретение относится к высоковольтной сильноточной быстродействующей коммутационной технике, в частности к устройству высоковольтных сильноточных быстродействующих газоразрядных коммутаторов, и предназначено для использования в схемах питания.

Цель изобретения — уменьшение времени срабатывания и упрощение конструкции высоковольтного коммутатора.

На чертеже показа н высоковольтный коммутатор, продольный разрез.

Коммутатор содержит цилиндрический диэлектрический корпус 1 с размещенными в нем электродами: катодом 2 и анодом 3.

Корпус 1 заключен в металлическую оболочку 4, которая изолирована от электродов 2 и 3, подключенных к источнику 5 запускающих импульсов.

Возможно введение в коммутатор управляющего электрода 6. В этом случае источÄÄSUÄÄ 1644272 A 1 (51)5 Н 01 Т 1/00 (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения — уменьшение времени срабатывания и упрощение конструкции коммутатора. Высоковольтный коммутатор содержит анод и катод, размещенные в цилиндрическом изоляционном корпусе с металлической оболочкой. Диэлектрическая проницаемость материала корпуса выбрана из условия равенства скорости распространения электромагнитной волны в коаксиальной линии, оборудованной оболочкой, корпусом и возникающим между анодом и катодом разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя в начальный момент запуска. 2 з. п. ф-лы, 1 ил. ник 5 включают между катодом 2 и управляющим электродом 6.

Электроды 2 и 3 могут быть выполнены с кольцевой рабочей поверхностью путем введения изоляционных вставок 7.

Диэлектрическую проницаемость е материала корпуса 1 выбирают из условия равенства скорости электромагнитной волны в коаксиальной линии, образованной металлической оболочкой 4, корпусом 1 и возникающим разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя разрядного канала в начальный момент запуска. Для более точного выбора диэлектрической проницаемости в материала корпуса 1 он может быть сделан составным из нескольких коаксиальных слоев, причем внутренняя часть диэлектрического корпуса, образующая стенки разрядной камеры, может быть выполнена из твердого диэлектрика (керамика, пластмасса), а верхние слои могут быть образованы

1б44272

Для упрощения запуска и предохранения системы питания от воздействия запускающего импульса перенапряжения этот импульс может подаваться не на катод, а на специальный управляющий электрод, расположенный между катодом и анодом, причем оптимальное соотношение расстояний от него до катода и анода выражается формулой

Р, 0„— 0 где P, f, — расстояния от управляющего электрода до катода и анода; U„, U<, U„— потенциалы соответственно управляющего электрода, катода и анода в момент запуска.

Энергия запускающего импульса E npu этом должна превышать суммарную энергию

3 жидкими или газообразными диэлектриками, которые просто могут заполнять полость, образованную внутренним слоем его металлической оболочки 4.

Коммута гор работает следующим образом.

К катоду 2: аноду 3 прикладывают напряжение от источника постоянного напряжения (не показан), недостаточное для пробоя промежутка анод — катод. На катод 2 или управляющий электрод 6 от источника 5 запускающих импульсов подают импульс перенапряжения, крутизна которого достаточна для возникновения волнового пробоя, который распространяется от катода 2 к аноду 3 (нарастание напряжения на фронте волны пробоя dU/dt)10 кВ/нс). Скорость волны пробоя U„= (1 — 2) ° 10 о см/с, потенциал фронта волны пробоя при надлежащем выборе параметров рабочей среды и запускающего импульса близок к потенциалу катода. Длина фронта волны пробоя в пространстве не превышает 10 см, что обеспечивает длительность фронта импульса (1 нс, что меньше, чем у современных высоковольтных коммутаторов; время запаздывания срабатывания тз — — Р/U, где 1 — длина разрядного промежутка между анодом и катодом, может составлять единицы наносекунд.

Движение фронта волны пробоя не замедляется, а фронт не расплывается в пространстве, если выполняется условие для диэлектрической проницаемости е материала корпуса в коаксиале, образованном разрядным каналом и металлической оболочкой. Это условие означает равенство скорости электромагнитной волны в коаксиальной линии, в поле которой происходит зарядка погонной емкости коаксиальной линии и скорости движения фронта волны пробоя в начальный момент запуска. Выполнение этого условия обеспечивает стабильность параметров фронта волны пробоя при движении между электродами. ионизации газа, находящегося в корпусе разрядника:

E WVp /ИТ, где Р, Т вЂ” давление и температура газа в разряднике; и — константа Больцмана; ят— энергия ионизации молекул газа; V — объем корпуса разрядника.

При необходимости для уменьшения индуктивности разрядника и улучшения временных характеристик процесса коммутации электроды могут быть выполнены кольцевыми или центральная часть их может быть изолирована, при этом разрядный канал будет иметь коаксиальную структуру и находиться близко к диэлектрической стенке.

Эффективность предлагаемого коммутатора по сравнению с известным состоит в том, что он позволяет в конструкции импульсных схем питания отказаться от установки обостряющих и формирующих устройств в результате увеличения крутизны фронта импульса и уменьшения времени срабатывания, что упрощает и удешевляет системы питания прибора. Кроме того, высокие временные параметры предлагаемого коммутатора позволяют расширить его область применения.

Формула изобретения

1. Высоковольтный коммутатор, содержащий цилиндрический корпус из диэлектрического материала с размещенными в нем двумя противолежащими электродами — анодом и катодом и подключенный к электродам источник запускающих импульсов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени срабатывания и упрощения конструкции, указанный корпус помещен в дополнительно введенную идолированную от электродов металлическую оболочку, причем электрическая прочность диэлектрического корпуса в радиальном направлении выбрана не ниже рабочего напряжения на электродах, а диэлектрическая проницаемость материала корпуса выбрана из условия равенства скорости электромагнитной волны в коаксиальной линии, образованной указанной металлической оболочкой, корпусом и возникающим разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя разрядного канала в начальный момент запуска.

2. Коммутатор по п. 1, отличающийся тем, что указанные электроды выполнены с кольцевой рабочей поверхностью.

3. Коммутатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанный диэлектрический корпус выполнен в виде двух слоев, внутренний из которых выполнен из твердого диэлектрика, а внешний слой, примыкающий к указанной оболочке, выполнен из газообразного или жидкого диэлектрика.

1644272

Составитель В. Гомзин

Редактор Н. Тупица Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 1245 Тираж 285 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101