Коммутирующее устройство

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности защитных разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений. Техническим результатом является создание разрядника, обеспечивающего надежную и устойчивую работу в сильноточном режиме с большим протекаемым зарядом за импульс. Коммутирующее устройство, например защитный разрядник, содержит коаксиально расположенные внутренний (1) и внешний (2) электроды, закрепленные одним концом на изоляторе (3), и токовводы (4, 5). Внешний электрод (2) имеет форму полого цилиндра. По крайней мере, один из электродов со стороны изолятора (3) выполнен с острой кромкой (6), имеющей фиксированный зазор с поверхностью другого электрода. Электроды помещены в снабженный отверстиями (7) корпус (5), который одновременно служит токовводом для внешнего электрода (2) и соединен с ним со стороны изолятора (3). С противоположной изолятору (3) стороны корпус-токоввод (5) закрыт дном (8) с выводом (9) для подключения к питающей цепи. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности защитных разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Известен искровой разрядник, содержащий установленные в диэлектрическом корпусе соосно расположенные полые цилиндрические электроды, по крайней мере, один из которых выполнен с косыми прорезями на боковой поверхности. Разрядник снабжен диэлектрической вставкой, которая укреплена между электродами и выполнена в виде диска с отверстием в центре и сквозной спиральной прорезью, причем наружный диаметр вставки выбран больше, а внутренний диаметр - меньше соответственно наружного и внутреннего диаметров электродов. (См. Авт. свид. СССР №788246, МКИ H01T 1/02, опубл. 15.12.1980 г.)

К недостаткам данного разрядника следует отнести то, что эрозия электродов приводит к изменению пробивного напряжения, влияющего на стабильность срабатывания разрядника.

Известен коммутирующий прибор, например разрядник с искровым промежутком многократного действия, состоящий из вставленных друг в друга цилиндрических электродов, расположенных соосно внутри токоведущей катушки. Торцы цилиндрических электродов со стороны выдувания дуги выполнены в виде расходящихся конических поверхностей. (См. Авт. свид. СССР №306521, МПК H01T 1/02, опубл. 11.04.1971 г.)

К недостаткам данного разрядника следует отнести отсутствие фиксированного места возникновения разряда, что приводит к большому разбросу величины срабатывания прибора и его нестабильность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является коммутирующее устройство, например разрядник содержащий коаксиально расположенные внутренний и внешний электроды, закрепленные одним концом на изоляторе. Внешний электрод имеет форму полого цилиндра, снабжен окнами и образует с внутренним электродом расширяющееся сопло. Внутренний электрод закреплен на изоляторе с возможностью осевого перемещения.

Электроды через токовводы подключены к питающей цепи. (См. Авт. свид. СССР №265269, кл. 21d 3/01; 21 с, опубл. 1970 г.; БИ №10 - прототип.)

Недостатком такого разрядника является отсутствие корпуса и отсутствие острой кромки в зоне минимального расстояния между электродами, влияющей на стабильность срабатывания и, как следствие, низкую надежность разрядника.

Задача изобретения - создание разрядника, надежно и устойчиво работающего в сильноточном режиме с большим протекаемым зарядом за импульс.

Технический результат достигается за счет разделения пространства разрядника на зоны - инициирования разряда и горения основного разряда.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном коммутирующем устройстве, например защитном разряднике, содержащем коаксиально расположенные внутренний и внешний электроды, закрепленные одним концом на изоляторе, внешний из которых имеет форму полого цилиндра, и токовводы, по крайней мере, один из электродов со стороны изолятора выполнен с острой кромкой, имеющей фиксированный зазор с поверхностью другого электрода, при этом электроды помещены в снабженный отверстиями корпус, который одновременно служит токовводом для внешнего электрода и соединен с ним со стороны изолятора, а с противоположной стороны корпус закрыт дном с выводом для подключения к питающей цепи.

Кроме того, внутренний электрод выполнен в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого направлен к открытому торцу внешнего электрода.

Кроме того, внешний электрод или корпус выполнены с одно- или многозаходными прорезями, не доходящими до их торцов.

Кроме того, открытые торцы электродов расположены в разных плоскостях.

Кроме того, корпус или дно корпуса выполнены из диэлектрического материала, внутри или на поверхности которого расположена токопроводящая спираль.

А также на внутренней стороне дна корпуса расположен дополнительный электрод, соединенный с выводом для подключения к питающей цепи, при этом расстояние между дополнительным электродом и торцом внутреннего электрода составляет 5-25 мм.

Проведенный заявителем анализ уровня техники 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 существующих по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков, 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, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлены решения, в которых для надежной и устойчивой работы разрядника в сильноточном режиме, с большим протекаемым зарядом за импульс, было бы известно разделение пространства разрядника на зону инициирования разряда и зону горения основного разряда.

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

На фиг.1-5 показаны различные варианты конструкций коммутирующего устройства.

Разрядник (фиг.1) содержит коаксиально расположенные внутренний 1 и внешний 2 электроды, закрепленные одним концом на изоляторе 3 и токовводы 4, 5. Внешний электрод 2 имеет форму полого цилиндра. По крайней мере, внешний 2 или внутренний 1 электроды со стороны изолятора 3 выполнены с острой кромкой 6, имеющей фиксированный зазор с поверхностью другого электрода (фиг.2). Электроды 1, 2 помещены в снабженный отверстиями 7 корпус 5, который одновременно служит токовводом для внешнего электрода 2 и соединен с ним со стороны изолятора 3. С противоположной изолятору 3 стороны корпус-токоввод 5 закрыт дном 8 с выводом 9 для подключения к питающей цепи. Внутренний электрод 1 выполнен в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого направлен к открытому торцу внешнего электрода 2. На внутренней стороне дна 8 корпуса-токоввода 5 расположен дополнительный электрод 10 (фиг.2), соединенный с выводом 9 для подключения к питающей цепи, при этом расстояние между дополнительным электродом 10 и торцом внутреннего электрода 1 составляет 5-25 мм. Кроме того, внешний электрод 2 (фиг.3) или корпус-токоввод 5 (фиг.4) выполняют с одно- или многозаходными (винтовыми или наклонными) прорезями 11, не доходящими до их торцов. А также корпус-токоввод 5 разрядника или его дно 8 выполнены из диэлектрического материала, внутри или на поверхности которых расположена токопроводящая спираль 12 (фиг.5).

Коммутирующее устройство работает следующим образом.

При достижении напряжения на внутреннем 1 и внешнем 2 электродах определенного значения (например, 1500 В) происходит пробой между острой кромкой 6 и поверхностью соответствующего электрода. Наличие острой кромки стабилизирует процесс пробоя и уменьшает разброс величины напряжения срабатывания прибора. Под действием магнитного поля контура тока, образованного электродами 1, 2, токовводом-корпусом 5 и разрядным каналом (дугой), последний выталкивается вниз к торцам электродов 1 и 2. Процесс выталкивания происходит достаточно быстро (несколько миллисекунд), и основное время протекания тока (сотни миллисекунд) осуществляется на торцах электродов 1 и 2. При токах до 9 кА на торцах электродов 1 и 2 за несколько десятков импульсов происходит сильная эрозия, изменяющая их геометрические размеры, как показано на фиг.1 мелкой штриховкой. Однако это не влияет на величину напряжения пробоя и стабильность работы прибора. Таким образом, разделение в пространстве зоны инициирования разряда и зоны горения основного разряда обеспечивает надежную и стабильную работу устройства при протекании мощных импульсов тока с зарядом до нескольких сотен Кулон за импульс.

Винтовые или наклонные прорези 11 в корпусе-токовводе 5 (фиг.4), расположенные в непосредственной близости горения основного разряда, создают дополнительное магнитное поле, которое, взаимодействуя с разрядным каналом, обеспечивает его круговое движение по торцам электродов 1 и 2, уменьшая эрозию последних.

Винтовые или наклонные прорези 11 могут быть выполнены также на внешнем электроде (фиг.3).

Вращающееся магнитное поле может также быть создано за счет спирали 12, состоящей из нескольких витков, расположенной в дне корпуса, в самом корпусе или на их поверхностях, в случае выполнения корпуса и дна из диэлектрического материала (фиг.5).

На фиг.2 показан вариант устройства с дополнительным электродом 10, расположенным на внутренней стороне дна 8 корпуса-токоввода 5. Отличительной особенностью является то, что из зоны инициирования разряд перебрасывается на торец внутреннего электрода и дополнительный электрод. Это позволяет уменьшить габариты устройства. Также как и в описанных выше вариантах, эрозия от протекания основного заряда не влияет на величину пробивного напряжения и стабильность работы прибора. Начальное расстояние между торцом внутреннего электрода 1 и дополнительным электродом 10 может составлять 5-25 мм. При расстояниях меньше чем 5 мм возникает опасность заплавления электродов 1 и 10, при большем чем 25 мм - затрудняется процесс основного разряда.

Предлагаемый разрядник позволяет защищать, например, изолированные опоры электрических сетей электрифицированного транспорта при аварийном пробое изоляторов сети. При этом через разрядник протекает ток до 10 кА и заряд до 1000 Кл.

Были изготовлены макеты разрядников, показанные на фиг.1, 2, 5. Электроды и корпус-токоввод были сделаны из стали. Диаметр корпуса-токоввода составлял 56 мм. Длина - 100 мм (фиг.1, 4) и 50 мм (фиг.2). Зазор между внешним и внутренним электродами подбирался осевым перемещением внутреннего электрода в изоляторе для получения напряжения срабатывания разрядника 1500 В. Испытания макетных образцов показали удовлетворительные результаты. При протекании заряда 900 Кл разрядники обеспечивали надежное срабатывание не менее 20 раз. Эрозия электродов в зоне инициирования разряда была незначительной. Интенсивная эрозия наблюдалась в зоне протекания основного разряда, но это не повлияло на надежность срабатывания разрядника.

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

1. Коммутирующее устройство, например защитный разрядник, содержащий коаксиально расположенные внутренний и внешний электроды, закрепленные одним концом на изоляторе, внешний из которых имеет форму полого цилиндра, и токовводы, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из электродов со стороны изолятора выполнен с острой кромкой, имеющей фиксированный зазор с поверхностью другого электрода, при этом электроды помещены в снабженный отверстиями корпус, который одновременно служит токовводом для внешнего электрода и соединен с ним со стороны изолятора, а с противоположной стороны корпус закрыт дном с выводом для подключения к питающей цепи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний электрод выполнен в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого направлен к открытому торцу внешнего электрода.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешний электрод или корпус выполнены с одно- или многозаходными прорезями, не доходящими до их торцов.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что открытые торцы электродов расположены в разных плоскостях.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус или дно корпуса выполнены из диэлектрического материала, внутри или на поверхности которых расположена токопроводящая спираль.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней стороне дна корпуса расположен дополнительный электрод, соединенный с выводом для подключения, при этом расстояние между дополнительным электродом и торцом внутреннего электрода составляет 5÷25 мм.