Твердотельный разрядник

 

Изобретение относится к устройствам подачи сигналов тревоги и может быть использовано в интегрированных системах безопасности. Устройство содержит металлоксидный варистор, конденсатор с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом и пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь. Варистор и конденсатор электрически соединены параллельно, а механоэлектрический преобразователь и конденсатор механически соединены последовательно. Работа устройства основана на циклической деполяризации аномально поляризованной области пространства. Технический результат - обеспечение возможности использования в качестве датчика наличия области аномальной поляризации пространства и в качестве устройства защиты объектов от потенциальной опасности этой области. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам подачи сигналов тревоги и может быть использовано в интегрированных системах безопасности.

Известны разрядники с искровым промежутком [1]. Предназначенные для защиты электрических линий, машин и приборов от перенапряжений, известные устройства обладают недостаточной энергопоглощающей способностью.

Известны варисторы - полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения [2]. Известные варисторы на основе карбида кремния дешевы, но имеют недостаточно высокий коэффициент нелинейности, что ограничивает область их применения в качестве защитных разрядников.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является твердотельный разрядник на основе металлоксидного варистора, обладающего высоким коэффициентом нелинейности [3]. Известное устройство обладает высокой энергопоглощающей способностью и используется для защиты элементов и устройств радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Однако, кроме указанных источников перенапряжений, существуют области аномальной поляризации пространства, создающие нежелательные режимы работы радиоэлектронной аппаратуры [4]. При высокой степени поляризации эти области проявляют себя в виде шаровых молний и торнадо с их разрушительными последствиями [5] . Но и так называемые "слабые" аномальные явления, не обнаруживаемые в видимом диапазоне электромагнитных волн, способны создать электрические и механические повреждения и сильные помехи в работе радиоэлектронной аппаратуры. Известный твердотельный разрядник не способен служить устройством защиты от воздействия области пространства с аномальной поляризацией.

Заявляемый в качестве изобретения твердотельный разрядник позволяет получать информацию о наличии области аномальной поляризации пространства и величине ее поляризованности, а также снижать потенциальную опасность этой области для защищаемого объекта.

Указанный технический эффект достигается тем, что твердотельный разрядник, включающий металлоксидный варистор, содержит конденсатор с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом и пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь. Варистор и конденсатор электрически соединены параллельно, а механоэлектрический преобразователь и конденсатор механически соединены последовательно.

Создание твердотельного разрядника стало возможным благодаря новой совокупности конструктивных элементов, наличию связей между ними и выбору материала, из которого выполнен новый узел.

Введение в состав устройства конденсатора из весьма плотного вещества позволяет получить значительный связанный поляризационный электрический заряд [4, с. 151]. Параллельное электрическое соединение варистора и конденсатора приводит к циклическому разряду конденсатора и преобразованию электрической энергии в тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве. Тем самым производится циклическая деполяризация аномально поляризованной области пространства.

Выбор сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом [6] в качестве диэлектрика конденсатора позволяет совместить в новом узле различные функции: во-первых, осуществить эффективное накопление электрической энергии за счет высокой диэлектрической проницаемости и, во-вторых, осуществить электромеханическое преобразование энергии за счет значительного электрострикционного эффекта.

Механический импульс, возникающий при разряде конденсатора, преобразуется присоединенным пьезоэлектрическим механоэлектрическим преобразователем в сигнал тревоги, поступающий на вход интегрированной системы безопасности, которая, например, принимает решение об изменении режима работы или об изменении пространственной конфигурации защищаемой информационной системы. Таким образом достигается основной технический эффект изобретения - защита от аномально поляризованной области пространства.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежом. На чертеже изображен общий вид твердотельного разрядника.

Твердотельный разрядник содержит металлический корпус 1, металлоксидный варистор 2, конденсатор 3 с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом, например - из твердого раствора магнониобата-титаната свинца, пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь 4, состоящий из пьезоэлементов 5 и 6, и электрический разъем 7. Крышка корпуса снабжена радиатором 8. Полость устройства 9 заполнена элегазом (шестифтористой серой).

Выход механоэлектрического преобразователя 4 подключен к панели управления 10 интегрированной системы безопасности. Твердотельный разрядник жестко закреплен на стойке 11, содержащей радиоэлектронную аппаратуру защищаемой информационной системы. Твердотельные разрядники размещены также по периметру защищаемой системы.

В данном варианте устройства варистор 2 механически расположен последовательно с конденсатором 3, что решает проблему изоляции электрода конденсатора 3, находящегося под высоким напряжением. В других вариантах варистор 2 может быть расположен без механического соединения с конденсатором 3, и даже вне корпуса 1, с электрическим соединением при помощи высоковольтного кабеля (так называемый сплит-вариант). Применение сплит-варианта целесообразно в случае большой вероятности появления сильно поляризованных областей. Расположенный в отдельном корпусе варистор может быть выполнен с особо большой мощностью рассеивания и с оптимальными условиями охлаждения.

В данном варианте устройства пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь 4 содержит два пьезоэлемента: 5 и 6 (направление поляризации пьезокерамики указано стрелками). Этим решается проблема изоляции выходного электрода. В других вариантах преобразователь 4 может содержать один пьезоэлемент (с изолятором) или представлять собой многослойную структуру. Выбор варианта определяется условиями согласования с панелью управления 10.

Твердотельный разрядник работает следующим образом. При приближении области пространства с аномальной поляризацией степень поляризованности в месте установки твердотельного разрядника начинает увеличиваться. При этом увеличивается электрическое напряжение на параллельно соединенных конденсаторе 3 и варисторе 2.

При достижении порогового напряжения варистора 2 происходит разряд конденсатора 3. Электрическая энергия, запасенная в конденсаторе 3, преобразуется в тепловую энергию, которая через элегаз, заполняющий полость 9, корпус 1 и радиатор 8 рассеивается в окружающем пространстве.

Разряд конденсатора 3 вследствие электрострикционного эффекта сопровождается механическим импульсом, который преобразуется пьезоэлектрическим механоэлектрическим преобразователем 4 в импульс электрического напряжения, представляющий собой сигнал тревоги в интегрированной системе безопасности.

После разряда конденсатора 3 начинается новый цикл работы устройства. Происходит циклическая деполяризация поляризованной области. Частота выходных сигналов разрядника пропорциональна величине поляризованности пространства в месте расположения устройства.

Предложенный твердотельный разрядник посредством циклической деполяризации обеспечивает квазиустановившееся поляризационное состояние области пространства, чем повышает надежность работы радиоэлектронной аппаратуры в системах обработки и передачи информации. Предложенное устройство путем преобразования энергии аномально поляризованной области пространства в тепловую энергию препятствует процессу образования сильно поляризованных объектов, типа шаровой молнии.

Источники информации: 1. Техника высоких напряжений. Под ред. Костенко В.М. - М.: Высшая школа, 1973, с. 513-520.

2. Пасынков В. В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1987, с. 414-420.

3. Квасков В.Б. Полупроводниковые приборы с биполярной проводимостью. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 93-98.

4. Дятлов В.Л. Поляризационная модель неоднородного физического вакуума. - Новосибирск: Изд. Инст. мат., 1998, с. 13-42, 95-99, 148-151.

5. Меркулов В.И. Электрогравидинамическая модель НЛО, торнадо и тропического урагана. - Новосибирск: Изд. Инст. мат., 1998, 69 с.

6. Веневцев Ю.Н. и др. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. -М.: Химия, 1985, с. 159-166.

Формула изобретения

Твердотельный разрядник, включающий металлоксидный варистор, отличающийся тем, что он содержит конденсатор с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом и пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь, варистор и конденсатор электрически соединены параллельно, а механоэлектрический преобразователь и конденсатор механически соединены последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано как защита специальных объектов военного и гражданского назначения, таких как пункты управления, ракетные установки, станции и распределительные устройства для питания особо ответственных потребителей

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к релейной защите и предназначено для применения в составе устройств релейной защиты, в которых в качестве входных воздействующих величин используются напряжения, в том числе напряжение нулевой последовательности, либо в качестве самостоятельного устройства, контролирующего исправность вторичных цепей трансформатора напряжения, соединенных в звезду и по схеме разомкнутого треугольника

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках питания радиоэлектронной аппаратуры, комплексируемых модулями с разными по величине или роду тока выходными напряжениями

Изобретение относится к электротехнике , в частности к коммутирующим устройствам для трансформаторов Цепь изобретения - снижение затрат электроэнергии на собственные нужды и повышение надежности устройства Устройство содержит аптомзти еский выключатель 1 с контактной системой 2, через которую трансСеть &Д vff vЈ форматор 3 подключен к питающей сети, с размыкающим блок-контактом 4 и с электромагнитным приводом 5, имеющим выводы 6 EI 7 для подключения питания и управляющие выводы 8 и 9 Кнопки 17 и 18 вместе с соединенным с ними блок-контактом входят в состав упраляющего устройства 19 электромагнитным приводом 5 и это устройство подключено к выводам 7-9 привода 5

Изобретение относится к электротехнике , а именно к низковольтному аппаратостроению, в частности к автоматическим выключателям, и может быть использовано в судовых электроэнергетических системах, где предусматриваются режимы, связанные с включением источников переменного тока на параллельную работу

Изобретение относится к разряднику защиты от перенапряжений с по меньшей мере одним разрядным элементом, который расположен между двумя электрически проводящими оконечными арматурами, и с по меньшей мере одним затяжным элементом, который закреплен на обеих оконечных арматурах и удерживает вместе в осевом направлении стопку, образованную из разрядного элемента и оконечных арматур

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к электротехнике, электроэнергетике, точнее к устройствам для защиты высоковольтной изоляции линий и подстанций от атмосферных и грозовых перенапряжений

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении высоковольтных аппаратов наружной установки, например, в устройствах для защиты от перенапряжений

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении устройств для защиты от перенапряжений с фарфоровыми покрышками

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении конструкций высоковольтных аппаратов наружного исполнения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении устройств для защиты от перенапряжений с фарфоровыми покрышками

Изобретение относится к разряднику защиты от перенапряжений для высокого или среднего напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для более надежной защиты от перенапряжений различных электрических аппаратов и линий электропередач

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты электрооборудования электрических сетей от перенапряжений, преимущественно грозовых

Изобретение относится к устройствам подачи сигналов тревоги и может быть использовано в интегрированных системах безопасности

Наверх