РАЗРЯДНАЯ КАМЕРА С ТРЕМЯ ЭЛЕКТРОДАМИ И ДВУМЯ ИСКРОВЫМИ ПРОМЕЖУТКАМИ (Варианты)
DISCHARGE CHAMBER WITH THREE ELECTRODES AND TWO SPARK GAPS (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрическим устройствам для коммутации тока и защиты от избыточных перенапряжений в электрических сетях переменного тока напряжением ниже 1000 В, например, грозовых, принцип действия которых основан на электрическом разряде.
Уровень техники
Из авторского свидетельства RU 2661356 C1 от 16.07.2018 известна разрядная камера, состоящая из электродов, между которыми размещен диэлектрический элемент с отверстием, причем, по меньшей мере, один из электродов снабжен отверстием, у которого размещен клапан, выполненный с возможностью выпускания продуктов разряда из разрядной камеры, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один электрод имеет углубление в поверхности, обращенное к диэлектрическому элементу, а также к другому электроду, через отверстие в диэлектрическом элементе, причем диэлектрический элемент прилегает к электроду по периметру углубления.
Недостатком такого разрядника является то, что такая разрядная камера имеет высокое напряжение инициации разряда. Этот недостаток отрицательно сказывается на оборудовании, для защиты которого от перенапряжений может использоваться разрядная камера. Кроме того наличие конусообразного углубления в одном из электродов, значительно усложняет конструкцию разрядной камеры.
Известны также газонаполненные разрядники, состоящие из двух и более разрядных камер. Недостатком таких разрядников является отсутствие возможности пропускать большие импульсные токи характерные для разрядов молнии и отсутствие способности гашения сопровождающих токов. Данные недостатки делают невозможным применение таких разрядников в силовых электрических сетях.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является снижение порога срабатывания (пробоя) разрядной камеры, т.е. величины перенапряжения, при котором происходит развитие (инициация) электрического разряда без ущерба снижения длительности протекания сопровождающего тока (другими словами, повышение напряжения окончания разряда).
Задача изобретения решается с помощью разрядной камеры с двумя последовательными искровыми промежутками и тремя электродами, изготовленными из специального графита, медно-вольфрамового, медно-висмутового, медно-хромового или медно-бериллиевого сплавов. Принцип действия основан на пробое искровых промежутков при достижении напряжения на выводах разрядной камеры напряжения пробоя. В начальной стадии развития, скользящий разряд проходит по торцевой поверхности кольцевой диэлектрической прокладки 2. В дальнейшем он переходит в дуговой разряд, непосредственно в воздушном зазоре. Протеканию сопровождающего тока препятствует достаточно большое значение прикатодного (приэлектродного) падения напряжения и дробление электрической дуги на две части (в 2-х промежутках).
Техническим результатом является низкое значение напряжения пробоя, а также увеличение напряжения погасания электрической дуги в разрядных промежутках, для обеспечения необходимой способности гашения сопровождающего тока.
Технический результат обеспечивается за счет наличия в заявленном устройстве двух разрядных промежутков, каждый из которых имеет достаточно малое напряжение пробоя (менее чем допустимое для данного класса напряжения), за счет использования диэлектрических прокладок, выполненных из твердого диэлектрика, способствующих инициализации скользящего разряда, а также применением в разрядной камере электродов, выполненных из материала, обеспечивающего значительное падение напряжения при протекании разрядного тока и улучшающими условия гашения дуги сопровождающего тока в каждом из разрядных промежутков.
Электроды могут иметь форму диска или диска с отверстием в центре, в варианте, где необходима установка клапана для сброса давления. Разряд проходит по поверхности кольцевого диэлектрика, расположенной ближе к оси электрода.
Искровой промежуток, образованный соседними электродами, не имеет выходов во внешнюю среду и при прохождении разряда в нем образуется мгновенное повышение давления, обеспечивающее дополнительное гашение сопровождающего тока.
Развитие разряда внутри искровых промежутков, происходит по поверхности диэлектрической вставки, что обеспечивает срабатывание разрядной камеры при более низком напряжении, и позволяет получить хорошие характеристики защиты.
В то же время, напряжения окончания разряда повышается из-за того, что суммарное расстояние между крайними электродами разрядной камеры больше чем у разрядника с одним искровым промежутком. Это приводит к тому, что уменьшается длительности протекания разряда по причине повышение напряжения окончания разряда. Настоящим изобретением существенно улучшается способность обеспечить защиту оборудования от перенапряжений.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано один из вариантов изготовления заявленного устройства в разрезе, содержащего:
1 - Электроды из специального графита, выполненные в форме диска;
2 - Диэлектрические вставки или диэлектрические разделители;
3 - контактные пластины для распределения тока и подключения к электрической сети.
4 - корпус из конструкционной пластмассы.
На фигуре 2 показано объемное изображение разрядной камеры без клапана для сброса давления.
1 - Электроды из специального графита, выполненные в форме диска;
2 - Диэлектрические вставки или диэлектрические разделители;
3 - контактные пластины для распределения тока и подключения к электрической сети.
4 - корпус из конструкционной пластмассы.
На фиг. 3 показан вариант изготовления заявленного устройства с клапаном для сброса давления в разрезе.
1 - Электроды из специального графита, выполненные в форме диска;
2 - Диэлектрические вставки или диэлектрические разделители;
3 - Контактные пластины для распределения тока и подключения к электрической сети.
4 - Корпус из конструкционной пластмассы.
5 - Крышка клапана для сброса давления;
6 - Клапан для сброса давления.
На фигуре 4 показано объемное изображение разрядной камеры с клапаном для сброса давления.
1 - Электроды из специального графита с отверстием в центре;
2 - Диэлектрические вставки или диэлектрические разделители;
3 - Контактные пластины для распределения тока и подключения к электрической сети.
4 - Корпус из конструкционной пластмассы.
5 - Крышка клапана для сброса давления.
6 - Клапан для сброса давления.
Осуществление изобретения
В общем виде заявленное изобретение представляет собой разрядную камеру, выполненную в двух вариантах.
1. Разрядная камера для коммутации тока и защиты от избыточных перенапряжений в электрических сетях переменного тока напряжением ниже 1000 В, состоящая из корпуса с контактными пластинами, между которыми расположены поочередно друг за другом не менее трех электродов, выполненных в форме диска, а между электродами расположены диэлектрические разделители, выполненные в форме кольца и прилегающие к электродам, с образованием между электродами воздушного пространства в виде искровых промежутков, не имеющих выхода во внешнюю среду.
2. Разрядная камера для коммутации тока и защиты от избыточных перенапряжений в электрических сетях переменного тока напряжением ниже 1000 В, состоящая из корпуса с клапаном для сброса повышенного давления между электродами, внутри корпуса имеются контактные пластины, между которыми расположены поочередно друг за другом не менее трех электродов, выполненных в форме диска с отверстием в центре, а между электродами расположены диэлектрические разделители, выполненные в форме кольца и прилегающие к электродам, с образованием между электродами воздушного пространства в виде искровых промежутков.
Далее первый изобретения поясняется со ссылкой на фиг. 1, на которой в разрезе показана разрядная камера, содержащая в своем составе два искровых промежутка в соответствии с настоящим изобретением. Описывается предпочтительная форма реализации разрядной камеры и, соответственно, искровых промежутков, в которых многие элементы имеют осевую симметрию и представляют собой или содержат диски или кольца. Однако необходимо учитывать, что разрядник и разрядная камера в соответствии с настоящим изобретением могут быть реализованы и в других форм-факторах.
Разрядная камера на фиг. 1 содержит корпус 4, в котором размещены электроды 1, разделенные между собой по краям диэлектрическими вставками 2, которые также могут называться диэлектрическими разделителями.
Электроды выполнены из графита, медно-вольфрамового сплава или других видов тугоплавких проводящих материалов, а диэлектрический разделитель предпочтительно выполнен в виде кольца из изоляционных материалов с высокой электрической прочностью, например, из термостойкого полимерного материала (например, фторопласта или слюды). Форма поверхности разделителя предпочтительно плоская.
Диэлектрический разделитель расположен между электродами с прилеганием к ним и образованием между ними искровых промежутков. Прилегание необходимо для ограничения объема разрядной камеры, а также для обеспечения возможности формирования скользящего вдоль диэлектрического разделителя разряда, что возможно только в случае прилегания.
При прохождении разряда в промежутках между электродами 1 образуется повышенное давление, которое также способствует гашению сопровождающего тока.
При поступлении на электроды разрядника перенапряжения, по внутренней поверхности диэлектрических вставок 2, контактирующих с электродами 1 начинает развиваться скользящий разряд от места прилегания электродов 1 и диэлектрических вставок 2. Далее разряд переходит в дуговой.
Благодаря меньшей толщине диэлектрического разделителя 2, дуговой разряд начинает развиваться при напряжениях меньших, чем дуговой разряд в двухэлектродном разряднике с одним искровым промежутком. Величина перенапряжения, при котором происходит срабатывание разрядника (т.е. в нем развивается электрический разряд), снижается и, как следствие, уменьшается порог срабатывания (пробоя) разрядника.
Второй вариант изобретения поясняется со ссылкой на фиг. 3, на которой в разрезе показана разрядная камера, содержащая в своем составе два искровых промежутка, отличающаяся от предыдущего варианта тем, что снабжена клапаном для сброса повышенного давления (7) между электродами (5), а электроды, выполненные в форме диска дополнительно содержат отверстие в центре, также обеспечивающее сброс повышенного давления.
Электроды 5, разделенные между собой по краям диэлектрическими вставками 2, которые также могут называться диэлектрическими разделителями.
Электроды преимущественно выполнены из графита, медно-вольфрамового сплава или других видов тугоплавких проводящих материалов, а диэлектрический разделитель предпочтительно выполнен в виде кольца из изоляционных материалов с высокой электрической прочностью, например, из термостойкого полимерного материала (например фторопласта или слюды). Форма поверхности разделителя предпочтительно плоская.
Диэлектрический разделитель расположен между электродами с прилеганием к ним и образованием между ними искровых промежутков. Прилегание необходимо для ограничения объема разрядной камеры, а также для обеспечения возможности формирования скользящего вдоль диэлектрического разделителя разряда, что возможно только в случае прилегания.
При прохождении разряда в промежутках между электродами 5 образуется повышенное давление, которое также способствует гашению сопровождающего тока.
При поступлении на электроды разрядника перенапряжения, по внутренней поверхности диэлектрических вставок 2, контактирующих с электродами 5 начинает развиваться скользящий разряд от места прилегания электродов 5 и диэлектрических вставок 2. Далее разряд переходит в дуговой.
Благодаря меньшей толщине диэлектрического разделителя 2, дуговой разряд начинает развиваться при напряжениях меньших, чем дуговой разряд в двухэлектродном разряднике с одним искровым промежутком.
Наличие клапана для сброса давления, позволяет увеличить пропускную способность импульсного тока за счет выброса продуктов горения электрической дуги через клапаны и снижения динамических нагрузок на стенки разрядной камеры.
Заявленное устройство в двух вариантах позволяет обеспечить достаточно низкое напряжение срабатывания разрядника с одновременным обеспечением значительной пропускной способности импульсного тока и хорошей способности гашения сопровождающего тока.
Заявленное устройство (варианты) позволяет обеспечить надежную защиту от избыточных перенапряжений в электрических сетях переменного тока напряжением ниже 1000 В.