Управляемый твердотельный разрядник

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано при создании устройств с емкостными накопителями энергии в различных электрофизических установках и позволяет повысить эффективность в работе таких установок. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции разрядника. Управляемый твердотельный разрядник состоит из двух основных электродов, управляющего электрода, охваченного изолятором и расположенного внутри одного из основных электродов, и твердого диэлектрика, расположенного в главном разрядном промежутке. Новым является то, что торцевая часть изолятора управляющего электрода и твердый диэлектрик соединяются с размещением в месте контакта слоя диэлектрического материала, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 80. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть применено при создании устройств с емкостными накопителями энергии в различных электрофизических установках.

Известен "Разрядник с диэлектрической пленкой" Бруно Леон, патент Франции, 2149599, МПК H 01 T 1/00, заявленный 13 августа 1971 г., который содержит два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов твердый пленочный диэлектрик с металлизированной поверхностью, обращенной к управляющему электроду и расположенный в главном разрядном промежутке.

Недостатком такого разрядника является малый уровень надежности за счет сложных технологических операций по нанесению металлизированного слоя на твердый диэлектрик, отслоение слоя в процессе работы, возможность возникновения короткого замыкания при повышении рабочего напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является "Управляемый твердотельный разрядник" авторов Г.С.Коршунова, В.Н.Махрина, В.М.Пайгина, материалы 4 Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, 1982, Томск, ч. 2, стр. 58, который содержит два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов, и твердый диэлектрик, размещенный в главном разрядном промежутке между основными электродами. Твердый диэлектрик - полиэтиленовая пленка. Изолятор управляющего электрода представляет собой сочетание твердого диэлектрика и жидкого - трансформаторного масла, расположенного непосредственно в поджигающем зазоре. Весь разрядник помещен в корпус с жидким диэлектриком - трансформаторным маслом. Описанный разрядник обеспечивает рабочее напряжение до 200 кВ, амплитуду управляющих импульсов до 40 кВ с длительностью от 3 до 100 нс.

Недостатком такого разрядника является малый уровень надежности и сложность конструкции. Масляная изоляция всего разрядника требует сложного технологического оборудования. Размещение всего разрядника в корпусе с трансформаторным маслом усложняет смену твердого диэлектрика.

Техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей разрядника, а именно в увеличении диапазона работы разрядника и возможности его работы как в газовых, так и в жидких средах.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции разрядника.

Технический результат достигается тем, по сравнению с известным управляемым твердотельным разрядником, содержащем два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов, и твердый диэлектрик, размещенный в главном разрядном промежутке между основными электродами, новым является то, что торцевая часть изолятора управляющего электрода, обращенная к главному разрядному промежутку, и твердый диэлектрик соединены с размещением в месте контакта слоя диэлектрического материала, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 80.

Введение слоя диэлектрического материала, сохраняя все электрофизические характеристики разрядника-прототипа, позволяет отказаться от сложных технологических операций по смене масляной изоляции и нанесению на твердый диэлектрик металлизированного слоя. Отсутствие в конструкции заявляемого разрядника корпуса с трансформаторным маслом дает возможность быстро менять твердый диэлектрик. Также введение слоя диэлектрического материала создает условия для работы разрядника в различных средах.

Размещение слоя диэлектрического материала между торцом изолятора управляющего электрода, обращенным к главному разрядному промежутку, и твердым диэлектриком обеспечивает надежное внедрение поджигающей искры в рабочее тело разрядника путем создания необходимого электрического поля в поджигающем зазоре.

В качестве слоя диэлектрического материала могут быть использованы электроизоляционное масло, имеющее диэлектрическую проницаемость от 2,1 до 4,4; деионизироваиная вода, имеющая диэлектрическую проницаемость до 80; консистентные смазки, диэлектрическая проницаемость которых равна 5; высокоэластичные материалы, например резина с диэлектрической проницаемостью от 2,5 до 5; клей, имеющий диэлектрическую проницаемость от 2 до 7; пористый материал, пропитанный жидким диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого от 3 до 6.

Использование перечисленных материалов, как диэлектрического слоя в каждом конкретном случае способствует созданию на границе слой - твердый диэлектрик необходимого электрического поля в поджигающем зазоре, что позволяет работать заявляемому разряднику в области низких и высоких напряжений.

Электрическая прочность слоя может обеспечиваться плотным прижатием, приклеиванием. На торце изолятора управляющего электрода, контактирующего с твердым диэлектриком, могут содержаться углубления. Изолятор может обладать необходимой шероховатостью для удержания слоя диэлектрического материала.

На чертеже представлена схема заявляемого разрядника.

Управляемый твердотельный разрядник содержит два основных электрода 1,2 и управляющий электрод 3, охваченный изолятором 4, и расположенный внутри основного электрода 2. Между основными электродами 1 и 2 в главном разрядном промежутке помещен твердый диэлектрик 5. Торцевая часть изолятора 4, обращенная к главному разрядному промежутку, соединяется с твердым диэлектриком 5 с размещением в месте контакта слоя диэлектрического материала 6, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 80.

Управляемый твердотельный разрядник работает следующим образом. При подаче напряжения на управляющий электрод 3 образуется поджигающая искра, формирующаяся непосредственно в толще твердого диэлектрика 5. В результате этого происходит резкое уменьшение электрической прочности главного разрядного промежутка и его быстрый пробой. Внедрение поджигающей искры в рабочее тело разрядника достигается путем создания соответствующего электрического поля в его поджигающем зазоре в области границы раздела слой диэлектрического материала 6 - твердый диэлектрик 5.

В примере конкретного выполнения заявляемого разрядника основные электроды изготовлены в форме плоскопараллельных пластин из сплава ВНЖ. На них подается рабочее напряжение порядка 20 кВ. Управляющий электрод, изготовленный из сплава ВНЖ, охвачен изолятором, изготовленным из полиэтилена. Управляющий электрод соединен с поджигающим кабелем, оплетка которого соединяется с тонкостенной металлической трубкой, в которую помещен управляющий электрод с изолятором. Между основными электродами расположен в главном разрядном промежутке твердый диэлектрик, выполненный из полиэтиленовой пленки. Соединение твердого диэлектрика и торцевой части изолятора управляющего электрода осуществляется размещением в углублениях изолятора управляющего электрода слоя электроизоляционной резины с диэлектрической проницаемостью равной 3. Разрядник надежно срабатывает при подаче на управляющий электрод напряжения 40-50 кВ с длительностью импульса 15-30 нс.

Таким образом, предложенный разрядник отличается надежностью в работе и является простым по конструкции.

Формула изобретения

1. Управляемый твердотельный разрядник, содержащий два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов, и твердый диэлектрик, размещенный в главном разрядном промежутке между основными электродами, отличающийся тем, что торцевая часть изолятора управляющего электрода, обращенная к главному разрядному промежутку, и твердый диэлектрик соединены с размещением в месте контакта слоя диэлектрического материала, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 80.

2. Управляемый твердотельный разрядник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрического материала используется электроизоляционное масло с диэлектрической проницаемостью от 2,1 до 4,4.

3. Управляемый твердотельный разрядник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрического материала используется деионизированная вода, имеющая диэлектрическую проницаемость до 80.

4. Управляемый твердотельный разрядник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрического материала используется консистентная смазка с диэлектрической проницаемостью 5.

5. Управляемый твердотельный разрядник по п.1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрического материала используется высокоэластичный материал, например резина, имеющая диэлектрическую проницаемость от 2,5 до 5.

6. Управляемый твердотельный разрядник по п.1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрического материала используется клей с диэлектрической проницаемостью от 2 до 7.

7. Управляемый твердотельный разрядник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрического материала используется пористый материал, пропитанный жидким диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого от 3 до 6.

РИСУНКИ

Рисунок 1