Газоразрядный прибор

 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании разрядников, предназначенных для коммутации электрических цепей и защиты аппаратуры и линий связи от опасных перенапряжений. Техническим результатом предложенного изобретения является повышение надежности и долговечности разрядника в режиме длинных импульсов высокого уровня коммутируемой энергии, в сильноточном непрерывном режиме, а также в импульсном режиме с высоким потенциалом погасания. Разрядник содержит два и более сообщающихся между собой разрядных промежутка, образованных анодом, катодом (2) и узлами промежуточных электродов (10, 11). Промежуточные электроды (10, 11) расположены на обеих поверхностях сплошного диска (5), выполненного с кольцевой канавкой 6 вокруг электрода, например, (10), на одной из его поверхностей и, по крайней мере, с одним сквозным отверстием (7), расположенным в кольцевой канавке, закрытой металлической кольцевой крышкой (8), выполненной, по крайней мере, с одним сквозным отверстием (9), причем отверстие (9) в крышке (8) и отверстие (7) в кольцевой канавке (6) диска (5) расположены по разные стороны от оси прибора. 1 ил.

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании газоразрядных приборов, в частности, предназначенных для коммутации электрических цепей и защиты аппаратуры и линий связи от опасных перенапряжений. Такие разрядники должны работать как в импульсном режиме с высоким напряжением погасания, так и в сильноточном непрерывном режиме.

Известен многозазорный разрядник, у которого система электродов, состоящая из нескольких дисков, помещена в стеклянный или металлический корпус (см. Патент США, 2623197, кл. 315036, 1952 г.).

В такой конструкции не обеспечивается хороший теплоотвод от рабочей части электродов, так как оболочка создает теплоизоляцию и в результате перегрева электродов основные параметры разрядника ухудшаются.

Известен многозазорный разрядник, содержащий ряд параллельно установленных дисковых электродов. Между электродами расположены керамические кольца, которые изолируют электроды друг от друга. В промежуточных электродах сделаны отверстия, смещенные относительно оси прибора и расположенные друг против друга для откачки воздуха и заполнения зазоров рабочим газом (см. Патент Великобритании 784714, кл. 22j, 1957 г.).

Такой разрядник обеспечивают работу в импульсном режиме и имеет высокий потенциал погасания.

Недостатком такого разрядника является то, что он не работает в сильноточном непрерывном режиме. В этом режиме разряд идет через отверстия для откачки и наполнения разрядника, минуя промежуточные электроды, разрушает и оплавляет отверстия. Из-за сильной эрозии материала около отверстий и напыления продуктов эрозии на внутреннюю поверхность керамических изоляторов разрядник теряет свою работоспособность.

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому является газонаполненный разрядник, содержащий два или более сообщающихся между собой разрядных промежутка, образованных анодом, катодом и узлами промежуточных электродов (см. патент США 3588576, кл. 313-306, опублик. 1971 г.) - прототип.

В этом разряднике отверстия для откачки и наполнения прибора рабочим газом сделаны в рабочей части промежуточных электродов и располагаются они друг против друга на оси прибора. Такая конструкция обеспечивает работу разрядника в сильноточном непрерывном режиме. Разряд проходит через отверстия в электродах, рабочая часть которых выполняется из материалов более устойчивых к эрозии и не так сильно разрушает материалы электродов.

Недостатком этой конструкции является то, что при работе в импульсном режиме не обеспечивается высокий потенциал погасания разряда из-за того, что разряд горит между анодом и катодом через отверстия в промежуточном электроде и нет эффекта повышения потенциала погасания, который свойственен многозазорной конструкции.

Кроме того, недостаточный теплоотвод от электродов приводит к их перегреву и распылению материала электродов, что ухудшает электрические параметры прибора, снижая долговечность и надежность его работы.

Задачей предлагаемого изобретения является создание разрядника, длительно и надежно работающего как в импульсном режиме с высоким потенциалом погасания, так и непрерывном сильноточном, а также в режиме длинных импульсов с высоким уровнем коммутируемой энергии, который необходим для защиты аппаратуры и линий связи от воздействия мощного электромагнитного излучения, возникающего при ядерном взрыве.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в том, что в предлагаемой конструкции более полно используется эффект многозазорного разрядника для повышения потенциала погасания при работе в импульсном режиме, одновременно обеспечивается работа разрядника в сильноточном неперывном режиме, поскольку отсутствует прямой путь разряда через отверстия для откачки и наполнения, а улучшение теплоотвода от электродов уменьшает их эрозию, в результате чего повышается надежность и долговечность разрядника в режиме длинных импульсов высокого уровня коммутируемой энергии.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном газоразрядном приборе, например разряднике, содержащем два или более сообщающихся между собой разрядных промежутка, образованных анодом, катодом и узлами промежуточных электродов, каждый узел промежуточного электрода выполнен в виде сплошного диска, на обеих поверхностях которого размещены электроды, по крайней мере, вокруг одного из электродов в сплошном диске сформирована кольцевая канавка, закрытая металлической крышкой, при этом в кольцевой канавке и в металлической крышке выполнены по крайней мере по одному сквозному отверстию, расположенному по разные стороны от оси прибора.

В предлагаемом изобретении диск узла промежуточного электрода выполнен сплошным и электроды припаяны непосредственно к диску, чем обеспечивается хороший тепловой контакт и эффективный теплоотвод от электродов. Это позволяет снизить температурный режим электродов и уменьшить их эрозию, что улучшает устойчивость работы разрядника в режиме мощных импульсов большой длительности и позволяет повысить надежность и долговечность разрядника.

Для откачки и заполнения промежутков разрядника рабочим газом в диске промежуточного узла предусмотрена кольцевая канавка, закрытая кольцевой крышкой. В канавке диска и в крышке предусмотрено, по крайней мере, по одному отверстию, расположенному по разные стороны относительно оси прибора. Благодаря такому расположению отверстий исключен другой путь для разряда, поэтому разряд горит только между электродами, чем достигается высокий потенциал погасания разряда в импульсном режиме и обеспечивается нормальная работа разрядника в непрерывном сильноточном режиме.

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.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию 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 уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, не выявлен разрядник, работающий не только в импульсном режиме с высоким потенциалом погасания, но и в непрерывном сильноточном, а также в режиме длинных импульсов с высоким уровнем коммутации энергии, обладающий высокой надежностью и долговечностью, за счет улучшения теплоотвода от электродов, уменьшения их эрозии и исключения пути для разряда, минуя промежуточные электроды.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого газоразрядного прибора.

Прибор содержит анод 1, катод 2, припаянные к дискам 3, 4, узел промежуточного электрода, состоящий из сплошного диска 5 с кольцевой канавкой 6 и отверстием в ней 7, кольца-крышки 8 с отверстием 9, электродов 10, 11, припаянных к диску 5. Оболочка прибора образована двумя керамическими кольцами 12, 13, спаянными с дисками 3, 4, 5. Кольцо-крышка 8 прикрепляется к диску 5 точечной сваркой или пайкой. Откачка и наполнение прибора рабочим газом производится через штенгель 14.

Газоразрядный прибор при защите, например, линий связи и аппаратуры от перенапряжений работает следующим образом.

При появлении на защищаемом объекте перенапряжения синусоидальной формы, например, от влияния высоковольтной линии электропередачи, превышающего напряжения пробоя, возникает разряд одновременно в двух промежутках: анод 1 - промежуточный электрод 10 и промежуточный электрод 11 - катод 2. Напряжение на защищаемом объекте при этом снижается до безопасной величины - напряжения горения разряда. Другой путь разряда исключен благодаря тому, что отверстия 7 и 9 в диске 5 и в кольце-крышке 8 разнесены в разные стороны от оси прибора.

При работе в импульсном режиме и в режиме длинных импульсов большой мощности, когда необходимо снять перенапряжение, возникающее от грозовых разрядов и электромагнитного излучения, пробой разрядника происходит при так называемом динамическом напряжении пробоя. После пробоя разрядника и уменьшения перенапряжения до напряжения погасания, разряд в приборе прекращается при величине остаточного напряжения на разряднике, определяемом характеристиками погасания разрядника.

В конкретной двухпромежуточной конструкции прибора напряжение погасания не менее 500 В благодаря тому, что отверстия для откачки и наполнения сделаны не в центре электродов 10, 11, а в диске 5 и крышке 8 и разнесены относительно друг друга. И поскольку электроды 10, 11 разрядника имеют хороший тепловой контакт с диском 5, они не перегреваются и меньше подвержены эрозии.

Таким образом, предлагаемый газоразрядный прибор обеспечивает надежную работу в трех режимах: в непрерывном синусоидальном режиме при токе анода 10 А и длительности 3 с для защиты линий связи от влияния высоковольтных линий электропередачи на участках их сближения; в импульсном режиме при токе 1000 А длительностью 150 мкс; с высоким потенциалом погасания до 500 В для защиты от грозовых разрядов, так и в режиме мощных импульсов большой длительности амплитудой 1000 А и длительностью до 37000 мкс.

Предлагаемый разрядник позволяет защищать дорогостоящую аппаратуру и линии связи с дистанционным напряжением питания до 500 В от импульсных перенапряжений, от влияния линий высоковольтных электропередач с синусоидальным напряжением промышленной частоты и мощных электромагнитных излучений.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В конкретной конструкции разрядника анод 1, катод 2 и промежуточные электроды 10, 11 выполнены из вольфрамового сплава, эрозионно устойчивого в искровом разряде, диски 3, 4, 5 - из железо-никелевого сплава 42HA-BU, предназначенного для спая с керамикой, кольца 12, 13 - из алюмосиликатной керамики ВК94-1. Разрядник имеет габаритные размеры: диаметр 24 мм, высоту 32 мм (с выводами).

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

Газоразрядный прибор, например разрядник, содержащий два или более сообщающихся между собой разрядных промежутка, образованных анодом, катодом и узлами промежуточных электродов, отличающийся тем, что узел промежуточного электрода выполнен в виде сплошного диска, на обеих поверхностях которого размещены электроды, по крайней мере, вокруг одного из электродов в сплошном диске сформирована кольцевая канавка, закрытая металлической крышкой, при этом в кольцевой канавке и в металлической крышке выполнены, по крайней мере, по одному сквозному отверстию, расположенные по разные стороны от оси прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1