УПРАВЛЯЕМЫЙ ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к силовой коммутирующей аппаратуре, и может быть использована для подключения электрической цепи к нагрузке, в частности в шунтирующих быстродействующих коммутирующих устройствах, обеспечивающих защиту электрооборудования от воздействия токов короткого замыкания.
Известен разрядник, содержащий коаксиальную электродную систему в герметичной диэлектрической оболочке: катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой, и анод, выполненный в виде полого стакана. Снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлены постоянные магниты для формирования магнитного поля, силовые линии которого параллельны оси электродов и диэлектрической прокладки. Патент РФ №143138, МПК Н01Т 2/02, 20.07.2014. Недостатком разрядника является использование алюминиевого сплава в качестве материала для изготовления электродов, что значительно снижает ресурс работы разрядника по сравнению с предлагаемым. Кроме того, наличие внешних магнитов приводит к увеличению габаритов разрядника, что препятствует использованию его в малогабаритных установках и системах.
Известен вакуумный разрядник, содержащий герметичный корпус, по крайней мере, с двумя электродами, расположенными друг напротив друга, причем катод покрыт активирующим веществом из титана Ti или палладия Pd, в кристаллическую решетку Ti или Pd введен водород в количестве не менее 0,1 ат/ат. Активация катода внедренными атомами водорода способствует движению катодных пятен, образующихся при замыкании тока на катоде, более равномерному их распределению на поверхности, что уменьшает эрозию и катодное падение напряжения. Патент РФ №2050653, МПК Н01Т 1/22, 20.12.1995. Недостатком разрядника является то, что управление разрядника осуществляется подачей высоковольтного импульса на основной межэлектродный промежуток, что ограничивает области его применения.
Известен управляемый вакуумный разрядник, содержащий коаксиальную электродную систему в герметичном диэлектрическом корпусе в виде катода и поджигающего электрода, разделенных диэлектрической прокладкой, и анода, выполненного в виде полого стакана, внутри которого осесимметрично расположены стержневой катод и поджигающий электрод, корпус выполнен из электроизоляционного материала с наружными выводами анода, катода и поджигающего электрода. Анод, катод и поджигающий электрод с соответствующими выводами выполнены из тугоплавкого сплава на основе никеля, а все выводы электродной системы в местах контакта со стенками корпуса снабжены промежуточными прокладками, выполненными из сплава на основе алюминия. Патент РФ №161492, МПК Н01Т 2/02, 20.04.2016. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является то, что наличие промежуточных прокладок может приводить к сдвигу их относительно выводов электродов, что в свою очередь может приводить к нарушению геометрии и, как следствие, нарушению технологии изготовления прибора при финишном этапе его изготовления - диффузионной сварке корпуса и электродов, что может привести к забракованию прибора.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является совершенствование технологии изготовления прибора путем применения деталей из биметаллического сплава, предварительно изготовленных с применением технологии диффузионной сварки.
Техническим результатом является упрощение конструкции вследствие исключения переходных прокладок из сплава АМц, применяемых при диффузионной сварке корпуса прибора с электродами прибора, путем замены электрода и переходной прокладки на единую деталь, выполненную из биметаллического сплава.
Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, содержащем корпус из керамики, электроды из никеля с переходными прокладками из сплава АМц, герметично сваренный с использованием технологии диффузионной сварки, электроды с переходными прокладками выполнены в виде единых деталей из биметаллического сплава Ni-АМц, предварительно изготовленных с применением технологии диффузионной сварки.
На фиг. 1 схематично представлен внешний вид биметаллической заготовки (в разрезе), состоящей из сплава АМц (1) и никеля (2), образующих сварное соединение (3). Заготовка предназначена для изготовления деталей, которые предназначены для дальнейшего использования при изготовлении разрядника без промежуточных прокладок, имеющих возможность сдвига относительно друг друга. Это позволит стабилизировать геометрию прибора и технологию его изготовления на финишном этапе.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 2 схематично представлен прибор с применением деталей из биметалла (4, 5, 6), изготовленных из заготовки, представленной на фиг. 1.
Разрядник представляет собой трехэлектродную систему, состоящую из катода 7, анода 6 и поджигающего электрода 5, которая расположена внутри герметичного корпуса, выполненного из электроизоляционного материала. Катод, поджигающий электрод и плотно сжатая между ними прокладка из диэлектрика 8 образуют поджигающую систему.
Корпус разрядника состоит из керамических деталей (9, 10, 11), соединенных между собой методом диффузионной сварки с деталями, выполненными из биметалла (4, 5, 6).
В основе работы разрядника лежит пробой и кратковременное замыкание вакуумного промежутка «катод - анод», разделяющего коммутируемую электрическую цепь и именуемого основным разрядным промежутком. При этом в рабочем состоянии на анод подается постоянное напряжение. Замыкание инициируется так называемым поджигающим пробоем по поверхности диэлектрика, разделяющего катод и поджигающий электрод, причем следует отметить, что без поджигающего пробоя промежуток катод-анод сохраняет электропрочность.
Обычно на поджигающий электрод разрядника подается импульс напряжения положительной полярности с амплитудой в несколько киловольт. По мере роста напряжения напряженность электрического поля у катода достигает значений, при которых возникают токи автоэлектронной эмиссии с катода, происходит искровой пробой по поверхности диэлектрика с ионизацией молекул сорбированного на ее поверхности газа и испарением микроострий на катоде, сопровождающийся взрывной эмиссией электронов. В завершающей искровой стадии пробоя поджигающего промежутка на катоде возникает первичное катодное пятно, являющееся источником электронов, паров металла катода, ионов и дающее начало пробою основного разрядного промежутка. Электронный ток с катода приводит к испарению металла анода и его ионизации.
Преимуществом данной конструкции является исключение переходных прокладок из сплава АМц, применяемых при диффузионной сварке керамики (корпуса разрядника) и никеля (электроды разрядника), путем замены на биметаллическое соединение алюминий-никель. Исключение переходных прокладок из сплава АМц, применяемых при диффузионной сварке корпуса прибора с электродами прибора, путем замены электрода и переходной прокладки на единую деталь, выполненную из биметаллического сплава, приводит к существенному упрощению конструкции разрядника. Это позволяет исключить сдвиг прокладок из АМц относительно выводов электродов, что в свою очередь исключает нарушение геометрии разрядника и, как следствие, не приводит к нарушению технологии изготовления прибора при финишном этапе его изготовления - диффузионной сварке корпуса и электродов.