РАЗРЯДНИК (ВАРИАНТЫ)
DISCHARGER (VERSIONS)

Предлагаемые технические решения относятся к области электротехники и могут быть использованы при создании разрядников, имеющих высокую стабильность работы и их порог срабатывания, а также длительный срок эксплуатации при мощных значениях перенапряжений.
Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №815809, которое содержит:
- электроизоляционный цилиндрический корпус;
- первый электрод, установленный внутри электроизоляционного корпуса;
- второй электрод, установленный внутри электроизоляционного корпуса;
- диэлектрическую вставку, выполненную в виде цилиндра с продольной канавкой на его боковой поверхности и установленную между торцевыми внутренними поверхностями первого и второго электродов;
- первый электрический вывод, установленный одной своей боковой поверхностью на поверхности первого электрода;
- второй электрический вывод, установленный одной своей боковой поверхностью на поверхности второго электрода.
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного аналога являются:
- электроизоляционный цилиндрический корпус;
- первый электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса;
- второй электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса;
- диэлектрическая вставка, установленная между внутренними торцевыми поверхностями первого и второго электродов;
- первый электрический вывод, установленный одной своей торцевой поверхностью на поверхности первого электрода;
- второй электрический вывод, установленный одной своей торцевой поверхностью на поверхности второго электрода.
Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1330682, которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит:
- электроизоляционный цилиндрический корпус;
- первый электрод, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса;
- второй электрод, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса;
- диэлектрик, выполненный в виде диэлектрических дисков с металлическими круговыми накладками и установленный между поверхностями первого и второго электродов;
- первый электрический вывод, установленный на поверхности первого электрода;
- второй электрический вывод, установленный на поверхности второго электрода.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются следующие признаки:
- электроизоляционный цилиндрический корпус;
- первый электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса;
- второй электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса;
- диэлектрик, установленный между поверхностями первого и второго электродов;
- первый электрический вывод, установленный на поверхности первого электрода;
- второй электрический вывод, установленный на поверхности второго электрода.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных аналогичных технических решений, заключается в максимально возможном исключении влияния продуктов электроэрозии, внешних частиц пыли и влаги на работоспособность разрядников.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что сложившаяся практика при создании разрядников вопросам, связанным с максимально возможным исключением влияния продуктов электроэрозии на работоспособность разрядников и исключением попадания частиц пыли и влаги из окружающего пространства в межэлектродное пространство, должного внимания не уделяла, поэтому данный вопрос остался нерешенным.
Технический результат, указанный выше, согласно первому варианту достигается тем, что разрядник, содержащий электроизоляционный цилиндрический корпус, первый электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса, второй электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса, диэлектрик, установленный между поверхностями первого и второго электродов, первый электрический вывод, установленный на поверхности первого электрода, и второй электрический вывод, установленный на поверхности второго электрода, снабжен предохранительным клапаном, установленным и закрепленным на одном из концов цилиндра электроизоляционного цилиндрического корпуса, диэлектрик выполнен в виде плоского кольца, закрепленного внешней боковой поверхностью своей окружности в углублении, выполненном на внутренней поверхности электроизоляционного цилиндрического корпуса, первый электрод выполнен в виде графитового плоского кольца, установленного своей одной торцевой поверхностью на одной торцевой (левой) поверхности плоского кольца диэлектрика, первый электрический вывод выполнен в виде электропроводного диска, закрепленного на другом из концов цилиндра электроизоляционного цилиндрического корпуса и установленного одной своей торцевой поверхностью на внутренней поверхности крышки электроизоляционного цилиндрического корпуса и своей другой торцевой поверхностью на другой (левой) поверхности графитового плоского кольца первого электрода, и электропроводной соединительной пластины, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного диска и выходящей другим своим концом наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса, второй электрод выполнен в виде графитового плоского кольца, установленного своей одной (левой) торцевой поверхностью на другой торцевой поверхности плоского кольца диэлектрика, второй электрический вывод выполнен в виде электропроводного плоского кольца, установленного одной своей торцевой поверхностью на другой (правой) торцевой поверхности графитового плоского кольца второго электрода и расположенного своим центральным отверстием на входе предохранительного клапана, и электропроводной соединительной пластины, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского кольца и выходящей другим своим концом наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса.
Технический результат, указанный выше согласно второму варианту, достигается тем, что разрядник, содержащий электроизоляционный цилиндрический корпус, первый электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса, второй электрод, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса, диэлектрик, установленный между поверхностями первого и второго электродов, первый электрический вывод, установленный на поверхности первого электрода, и второй электрический вывод, установленный на поверхности второго электрода, снабжен первым предохранительным клапаном, установленным и закрепленным на одном из концов цилиндра электроизоляционного цилиндрического корпуса, вторым предохранительным клапаном, установленным и закрепленным на другом конце цилиндра электроизоляционного цилиндрического корпуса, при этом диэлектрик выполнен в виде плоского кольца, закрепленного внешней боковой поверхностью своей окружности в углублении, выполненном на внутренней поверхности электроизоляционного цилиндрического корпуса, первый электрод выполнен в виде графитового плоского кольца, установленного своей одной торцевой поверхностью на одной (правой) торцевой поверхности плоского кольца диэлектрика, первый электрический вывод выполнен в виде электропроводного плоского кольца, установленного одной своей торцевой поверхностью (левой) на другой торцевой поверхности графитового плоского кольца первого электрода и расположенного своим центральным отверстием на входе первого предохранительного клапана, и электропроводной соединительной пластины, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского кольца и выходящей другим своим концом наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса, второй электрод выполнен в виде графитового плоского кольца, установленного своей одной торцевой поверхностью (правой) на другой торцевой поверхности плоского кольца диэлектрика, второй электрический вывод выполнен в виде электропроводного плоского кольца, установленного одной своей торцевой поверхностью (правой) на другой торцевой поверхности графитового плоского кольца второго электрода и расположенного своим центральным отверстием на входе второго предохранительного клапана, и электропроводной соединительной пластины, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского кольца и выходящей другим своим концом наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса.
Введение предохранительного клапана, а также выполнение диэлектрика, первого и второго электродов, первого и второго электрический выводов и их расположение, как указано выше для первого варианта выполнения разрядника, позволяет при появлении импульсных перенапряжений и их поступлении к соответствующим поверхностям графитовых плоских колец первого и второго электродов и возникновении в межэлектродном пространстве электрического пробоя, а затем и дугового разряда (приводящего к резкому возрастанию температуры и давления внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса, а также и к возникновению продуктов электроэрозии), резко ограничить величину перенапряжений и одновременно с этим за счет появившегося давления внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса открыть вход предохранительного клапана и осуществить выброс продуктов электроэрозии через соответствующие отверстия предохранительного клапана из межэлектродного пространства в окружающее пространство и исключить максимально возможное влияние продуктов электроэрозии на работоспособность разрядника и на его порог срабатывания, а при отсутствии перенапряжений и дуговых разрядов возвратить предохранительный клапан в исходное состояние и перекрыть центральное отверстие второго электрического вывода, не позволяя проникать в межэлектродное пространство внешним частицам пыли и влаги и не позволяя им осаждаться на поверхности графитовых плоских колец первого и второго электродов, исключая таким образом и их влияние на работоспособность разрядника и на его порог срабатывания, в чем и заключается достижение технического результата для первого варианта разрядника.
Введение предохранительных клапанов, а также выполнение диэлектрика, первого и второго электродов, первого и второго электрических выводов и их расположение, как указано выше для второго варианта выполнения разрядника, позволяет при появлении импульсных перенапряжений и их поступлении к соответствующим поверхностям графитовых плоских колец первого и второго электродов и возникновении в межэлектродном пространстве электрического пробоя, а затем и дугового разряда, приводящего к резкому возрастанию температуры и давления внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса, а также и к возникновению продуктов элекроэрозии, резко ограничить величину перенапряжения и одновременно с этим за счет появившегося давления внутри электроизоляционного цилиндрического корпуса открыть входы первого и второго предохранительных клапанов и осуществить выброс продуктов электроэрозии через соответствующие отверстия первого и второго предохранительных клапанов из межэлектродного пространства в окружающее пространство и исключить тем самым максимально возможное влияние продуктов электроэрозии на работоспособность разрядника и на его порог срабатывания, а при отсутствии перенапряжений и дуговых разрядов возвратить первый и второй предохранительные клапаны в исходное состояние и перекрыть центральные отверстия первого и второго электрических выводов, не позволяя проникать в межэлектродное пространство внешним частицам пыли и влаги и не позволяя им осаждаться на поверхностях графитовых плоских колец первого и второго электродов, исключая таким образом их влияние на работоспособность разрядника и на его порог срабатывания, в чем и заключается достижение технического результата для второго варианта разрядника.
Проведенный анализ известных аналогичных технических решений показал, что ни одни из них не содержит как всей совокупности признаков, так и отличительных признаков предлагаемых технических решений с присущими им свойствами, что позволило сделать вывод, что предлагаемые технические решения соответствуют критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Предлагаемые варианты разрядников поясняются нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг.1 представлен в разрезе вид разрядника согласно первому варианту, на фиг.2 представлен разрядник согласно первому варианту (вид со стороны расположения предохранительного клапана), на фиг.3 представлен в разрезе вид разрядника согласно второму варианту и на фиг.4 представлен разрядник согласно второму варианту (вид расположения предохранительных клапанов).
Предлагаемый разрядник согласно первому варианту содержит:
- электроизоляционный цилиндрический корпус - 1 с крышкой - 2, закрепленной на одном из концов цилиндра электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1;
- первый электрический вывод, выполненный в виде электропроводного диска - 3, закрепленного на одном из концов цилиндра электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1 и расположенного одной своей торцевой поверхностью на внутренней поверхности крышки - 2 электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1, и электропроводной соединительной пластины - 4, например, прямоугольной формы, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского диска - 3 и выходящей другим своим концом беззазорно наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1;
- первый электрод, выполненный в виде графитового плоского кольца - 5, установленного своей одной торцевой поверхностью на другой торцевой поверхности электропроводного плоского диска - 3 первого электрического вывода;
- диэлектрик, выполненный в виде плоского кольца - 6 (например, из фторопласта), закрепленного своей внешней боковой поверхностью окружности в углублении, выполненном на внутренней поверхности электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1 и установленного одной своей торцевой поверхностью на другой торцевой поверхности графитового плоского кольца - 5 первого электрода;
- второй электрод, выполненный в виде графитового плоского кольца - 7, установленного своей одной торцевой поверхностью на другой торцевой поверхности плоского кольца - 6 диэлектрика;
- второй электрический вывод, выполненный в виде электропроводного плоского кольца - 8, установленного одной своей торцевой поверхностью на другой торцевой поверхности графитового плоского кольца - 7 второго электрода, и электропроводной соединительной пластины - 9, например, прямоугольной формы, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского кольца - 8 и выходящей другим своим концом беззазорно наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1;
- предохранительный клапан, выполненный в виде диска - 10 (например, из полипропилена) с отверстиями - 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18, выполненными в центральной области окружности диска - 10, закрепленного на конце (правом) электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1 (посредством, например, клеевого соединения) и затвора, выполненного в виде цилиндрического резинового выступа - 19, установленного одним из своих концов в углублении, выполненном на внутренней поверхности диска - 10 и резинового круга - 20, закрепленного одной своей торцевой поверхностью на другом конце цилиндрического резинового выступа - 19 и установленного своей другой торцевой поверхностью на выходе центрального отверстия электропроводного плоского кольца - 8 второго электрического вывода. При этом диаметр резинового круга - 20 больше, чем диаметр резинового цилиндрического выступа - 19 и больше, чем диаметр отверстия электропроводного плоского кольца - 8 второго электрического вывода, а плоское графитовое кольцо - 5 первого электрода, плоское кольцо - 6 диэлектрика, плоское графитовое кольцо - 7 второго электрода и электропроводное плоское кольцо - 8 второго электрического вывода установлены своими отверстиями соосно.
Предлагаемый разрядник согласно второму варианту содержит:
- электроизоляционный цилиндрический корпус - 1;
- диэлектрик, выполненный в виде плоского кольца - 6 (например, из фторопласта), закрепленного своей внешней боковой поверхностью окружности в углублении, выполненном на внутренней поверхности в центре электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1;
- первый электрод, выполненный в виде графитового плоского кольца - 7, установленного своей одной торцевой поверхностью на одной (правой) торцевой поверхности плоского кольца - 6 диэлектрика;
- первый электрический вывод, выполненный в виде электропроводного плоского кольца - 8, установленного одной своей торцевой поверхностью на другой (правой) торцевой поверхности графитового плоского кольца - 7 первого электрода, и электропроводной соединительной пластины - 9, например, прямоугольной формы, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского кольца - 8 и выходящей другим своим концом беззазорно наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1;
- первый предохранительный клапан, выполненный в виде диска - 10 (например, из полипропилена) с отверстиями - 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18, выполненными в центральной области окружности диска - 10, закрепленного на конце (правом) электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1 (посредством, например, клеевого соединения) и затвора, выполненного в виде резинового цилиндрического выступа - 19, установленного одним из своих концов в углублении, выполненном на внутренней поверхности диска - 10 и резинового круга - 20, закрепленного одной своей торцевой поверхностью на другом конце цилиндрического резинового выступа - 19 и установленного своей другой торцевой поверхностью на выходе центрального отверстия электропроводного плоского кольца - 8 первого электрического вывода, при этом диаметр резинового круга - 20 больше, чем диаметр резинового цилиндрического выступа - 19, и больше, чем диаметр отверстия электропроводного плоского кольца - 8 первого электрического вывода;
- второй электрод, выполненный в виде графитового плоского кольца - 5, установленного своей одной торцевой поверхностью на другой (левой) торцевой поверхности плоского кольца - 6 диэлектрика;
- второй электрический вывод, выполненный в виде электропроводного плоского кольца - 3, установленного одной своей торцевой поверхностью на другой (левой) торцевой поверхности графитового плоского кольца - 5 второго электрода, и электропроводной соединительной пластины - 4, например, прямоугольной формы, закрепленной одним из своих концов в области внешней поверхности окружности электропроводного плоского кольца - 3 и выходящей другим своим концом беззазорно наружу через боковую поверхность электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1;
- второй предохранительный клапан, выполненный в виде диска - 31 (например, из полипропилена) с отверстиями - 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28, выполненными в центральной области окружности диска - 31, закрепленного на конце (левом) электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1 (посредством, например, клеевого соединения) и затвора, выполненного в виде резинового цилиндрического выступа - 29, установленного одним из своих концов в углублении, выполненном на внутренней поверхности диска - 31 и резинового круга - 30, закрепленного одной своей торцевой поверхностью на другом конце резинового цилиндрического выступа - 29 и установленного своей другой торцевой поверхностью на выходе центрального отверстия электропроводного плоского кольца - 3 второго электрического вывода. При этом диаметр резинового круга - 30 больше, чем диаметр резинового цилиндрического выступа - 29, и больше, чем диаметр отверстия электропроводного плоского кольца - 3 второго электрического вывода, а электропроводное плоское кольцо - 8 первого электрического вывода, плоское графитовое кольцо - 7 первого электрода, плоское кольцо - 6 диэлектрика, плоское графитовое кольцо - 5 второго электрода и электропроводное плоское кольцо - 3 второго электрического вывода установлены своими отверстиями соосно.
Предлагаемый разрядник согласно первому варианту работает следующим образом.
При поступлении на первый - 4 и на второй - 9 электрические выводы импульсного перенапряжения достаточной амплитуды происходит электрический пробой, переходящий в дуговой разряд только между центральными областями первого - 5 и второго - 7 электродов, т.к. это обеспечивается плоским кольцом - 6 диэлектрика, наружный диаметр которого больше наружных диаметров плоских графитовых колец - 5, 7 электродов, предотвращающим появление электрического пробоя на наружных краях графитовых плоских пластин первого - 5 и второго - 7 электродов, а внутренний диаметр больше диаметра отверстия электродов 5 и 7.
2
2
При этом величина перенапряжения резко падает и происходит, соответственно, ограничение перенапряжения. При дуговом разряде сопротивление разрядника составляет величину порядка десятых долей Ома. При наличии графитовых электродов дуговой разряд возникает при плотностях тока равным ≈500 А/см (порог срабатывания). В то же время при наличии металлических электродов дуговой разряд возникает при плотностях тока равным ≈5000 А/см.
При возникновении дугового разряда в межэлектродном пространстве резко возрастает температура и, соответственно, давление. Это приводит к тому, что продукты электроэрозии выбрасываются из межэлектродного пространства в центральное отверстие и поступают по центральному соосно расположенному отверстию второго электрического вывода - 8 на вход предохранительного клапана. Под действием давления резиновый круг - 20 затвора предохранительного клапана открывает центральное отверстие электропроводного плоского кольца - 8 второго электрического вывода и обеспечивает выброс продуктов электроэрозии через отверстия - 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18 диска - 10 предохранительного клапана за пределы внутренней полости электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1, исключая таким образом влияние продуктов электроэрозии на работоспособность разрядника.
При отсутствии перенапряжений и, соответственно, дуговых разрядов резиновый круг - 20 затвора предохранительного клапана возвращается в первоначальное состояние и перекрывает центральное отверстие электропроводного плоского кольца - 8 второго электрического вывода. При этом ни влага, ни частицы пыли из окружающей среды не попадают в межэлектродное пространство и не происходит их осаждение в зоне межэлектродного пространства и таким образом исключается влияние влаги и частиц пыли на работоспособность разрядника, что, в свою очередь, обеспечивает высокую и стабильную работоспособность разрядника и его порога срабатывания, а также длительный срок эксплуатации разрядника при мощных значениях перенапряжений.
Предлагаемый разрядник согласно второму варианту работает следующим образом.
При поступлении на первый - 9 и второй - 4 электрические выводы импульсного перенапряжения достаточной амплитуды происходит электрический пробой между первым и вторым электродами, переходящий в дуговой разряд.
2
2
При этом величина перенапряжения резко падает и происходит, соответственно, ограничение перенапряжения. При дуговом разряде сопротивление разрядника составляет величину порядка десятых долей Ома. При наличии графитовых электродов дуговой разряд возникает при плотностях тока равным ≈500 А/см, в то же время при наличии металлических электродов дуговой разряд возникает при плотностях тока равным ≈5000 А/см. При возникновении дугового разряда в межэлектродном пространстве резко вырастает температура и, соответственно, давление. Это приводит к тому, что продукты электроэрозии выбрасываются из межэлектродного пространства в центральные отверстия плоских графитовых колец - 7 и 5 и поступают по центральным соосно расположенным отверстиям первого и второго электродов и первого и второго электрических выводов на входы первого и второго предохранительных клапанов.
Под действием давления резиновый круг - 20 затвора первого предохранительного клапана и резиновый круг - 30 затвора второго предохранительного клапана открывают центральные отверстия электропроводного плоского кольца - 8 первого электрического вывода и электропроводного плоского кольца - 3 второго электрического вывода и обеспечивают тем самым выброс продуктов электроэрозии через отверстия - 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18 диска - 10 первого предохранительного клапана и через отверстия - 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 диска - 31 второго предохранительного клапана за пределы внутренней полости электроизоляционного цилиндрического корпуса - 1, исключая таким образом влияние продуктов электроэрозии на работоспособность разрядника.
При отсутствии перенапряжений и, соответственно, дуговых разрядов резиновый круг - 20 затвора первого предохранительного клапана и резиновый круг - 30 затвора второго предохранительного клапана возвращаются в первоначальное состояние и перекрывают центральные отверстия электропроводного плоского кольца - 8 первого электрического вывода и электропроводного плоского кольца - 3 второго электрического вывода. При этом ни влага, ни частицы пыли из окружающей среды не попадают в межэлектродное пространство и не происходит их осаждение в зоне межэлектродного пространства и таким образом исключается влияние влаги и частиц пыли на работоспособность разрядника, что, в свою очередь, обеспечивает высокую и стабильную работоспособность разрядника и его порога срабатывания, а также длительный срок эксплуатации разрядника при мощных значениях перенапряжений.
Таким образом, предлагаемые варианты разрядников за счет выполнения диэлектрика, первого и второго электродов и введения одного или двух предохранительных клапанов обеспечивают исключение влияния продуктов электроэрозии, частиц пыли и влаги на работоспособность разрядника и обеспечивают высокую и стабильную работу разрядников и их порог срабатывания, а также длительный срок эксплуатации при мощных перенапряжениях. Поэтому предлагаемые варианты разрядников займут достойное место среди известных объектов аналогичного назначения.