RU2366051C1 - Switching device - Google Patents
Switching device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366051C1 RU2366051C1 RU2008123039/09A RU2008123039A RU2366051C1 RU 2366051 C1 RU2366051 C1 RU 2366051C1 RU 2008123039/09 A RU2008123039/09 A RU 2008123039/09A RU 2008123039 A RU2008123039 A RU 2008123039A RU 2366051 C1 RU2366051 C1 RU 2366051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- additional
- main
- hole
- switching device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.The invention relates to the field of discharge technology and can be used to create discharge devices, in particular arresters, designed for switching high energy levels, protecting equipment and communication lines from overvoltage.
Известен искровой разрядник, содержащий коаксиально расположенные анод и катод, образующие цилиндрический разрядный промежуток. Поджигающий электрод в виде стержня вводится продольно в разрядный промежуток ближе к катоду и изолирован керамической втулкой. (См. патент США 3.719.852, кл.313-178, опубл. 06.03.1973 г.)Known spark gap containing coaxially located anode and cathode forming a cylindrical discharge gap. A firing electrode in the form of a rod is introduced longitudinally into the discharge gap closer to the cathode and is insulated with a ceramic sleeve. (See US patent 3.719.852, CL 313-178, publ. 03/06/1973)
К недостаткам данного разрядника следует отнести достаточно высокие требования к амплитуде и фронту запускающего импульса для получения стабильной работы разрядника.The disadvantages of this arrester are relatively high requirements for the amplitude and front of the triggering pulse to obtain stable operation of the arrester.
Известен разрядник, содержащий два основных электрода и электрод поджига зубчатой формы. (См. авт. свид. СССР №347849, кл. Н01Т 3/00, опубл. БИ №24, 1972 г.)A known spark gap containing two main electrodes and a gear-type ignition electrode. (See ed. Certificate of the USSR No. 347849,
К недостаткам данного разрядника следует отнести повышенную эрозию зубчатого электрода поджига.The disadvantages of this spark gap are increased erosion of the gear ignition electrode.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является коммутирующее устройство, например, разрядник, имеющий два противолежащих электрода и один пусковой электрод в виде стержня, расположенный в основном разрядном промежутке. Пусковой электрод соединен с основными электродами через сопротивления, величины которых подобраны таким образом, чтобы отношение пробивного напряжения в одном из промежутков к напряжению в другом промежутке было в пределах от 0,5 до 2,0. (См. патент Франции №2084184, кл. Н01Т 1/00, опубл. 02.01.72 г. - прототип.)The closest technical solution to the proposed invention is a switching device, for example, a spark gap having two opposite electrodes and one starting electrode in the form of a rod located in the main discharge gap. The starting electrode is connected to the main electrodes through resistances, the values of which are selected so that the ratio of breakdown voltage in one of the gaps to the voltage in the other gap is in the range from 0.5 to 2.0. (See French patent No. 2084184,
Недостатком такого разрядника являются достаточно высокие требования к амплитуде и фронту запускающего импульса. Кроме того, пусковой электрод подвержен эрозии, так как его рабочая поверхность находится в непосредственной близости к основному разрядному промежутку, что не обеспечивает надежность и устойчивость в работе такого разрядника.The disadvantage of such a spark gap is the rather high requirements for the amplitude and front of the triggering pulse. In addition, the starting electrode is subject to erosion, since its working surface is in close proximity to the main discharge gap, which does not provide reliability and stability in the operation of such a spark gap.
Задача изобретения - создание надежного, коммутирующего устройства, например разрядника, устойчиво работающего в сильноточном режиме с большим протекаемым зарядом за импульс.The objective of the invention is the creation of a reliable, switching device, such as a spark gap, stably operating in high current mode with a large leakage charge per pulse.
Технический результат достигается за счет введения в устройство поджигающего электрода, выбора его формы, материала, размеров и электрических характеристик, обеспечивающих надежное формирование на нем поверхностного разряда; за счет применения дополнительного коммутирующего устройства и использования в его качестве маломощного малогабаритного газонаполненного или вакуумного разрядника или варистора, имеющего стабильный порог срабатывания, не зависящий от внешних факторов; за счет помещения дополнительного коммутирующего устройства и большей части поджигающего электрода в отверстии основного электрода, что защищает их от прямого воздействия высокотемпературной плазмы во время горения дуги между основными электродами и снижает габариты устройства; за счет введения дополнительного электрода, обеспечивающего перемещение силами Лоренца разряда (дуги), образовавшегося в месте контакта поджигающего и дополнительного электродов, на торцы основных электродов, что уменьшает эрозию в зоне инициирования разряда, уменьшает влияние высокотемпературной плазмы основного разряда на надежную работу всего устройства.The technical result is achieved by introducing a firing electrode into the device, selecting its shape, material, dimensions and electrical characteristics, which ensure reliable formation of a surface discharge on it; due to the use of an additional switching device and the use of a low-power small-sized gas-filled or vacuum surge arrester or varistor with a stable threshold that is independent of external factors; by placing an additional switching device and most of the ignition electrode in the hole of the main electrode, which protects them from direct exposure to high-temperature plasma during arc burning between the main electrodes and reduces the dimensions of the device; due to the introduction of an additional electrode, which ensures the displacement by the Lorentz forces of the discharge (arc) formed at the contact point of the ignition and additional electrodes on the ends of the main electrodes, which reduces erosion in the zone of initiation of the discharge, reduces the effect of high-temperature plasma of the main discharge on the reliable operation of the entire device.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два основных электрода, разделенных разрядным промежутком, поджигающий электрод и токовводы, в одном основном электроде выполнено отверстие, в котором с зазором расположен поджигающий электрод, с одной стороны поджигающий электрод подключен через дополнительное коммутирующее устройство к основному электроду с отверстием, а с другой контактирует с дополнительным электродом, который с основным электродом с отверстием образует дополнительный разрядный промежуток, один конец дополнительного электрода соединен с его токовводом, а другой конец расположен в области разрядного промежутка основных электродов, токоввод дополнительного электрода выполнен со стороны токоввода основного электрода с отверстием и соединен электрически с токовводом другого основного электрода, при этом форма, размеры и электрические характеристики поджигающего электрода выбраны из условия его поверхностного пробоя при напряжении, меньшем, чем напряжение пробоя дополнительного коммутирующего устройства, а напряжение пробоя между основными электродами выбрано больше, чем напряжение пробоя основного электрода с отверстием и дополнительного электрода, которое в свою очередь больше напряжения пробоя дополнительного коммутирующего устройства.The technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device containing two main electrodes separated by a discharge gap, an ignition electrode and current leads, a hole is made in one main electrode, in which an ignition electrode is located with a gap, on one side the ignition electrode is connected through an additional a switching device to the main electrode with a hole, and on the other is in contact with an additional electrode, which forms a main electrode with a hole an additional discharge gap, one end of the additional electrode is connected to its current lead, and the other end is located in the region of the discharge gap of the main electrodes, the current lead of the additional electrode is made from the current lead of the main electrode with a hole and is electrically connected to the current lead of the other main electrode, while the shape, size and the electrical characteristics of the ignition electrode are selected from the condition of its surface breakdown at a voltage lower than the breakdown voltage of the additional comm dividing device, and the breakdown voltage between the main electrodes is selected more than the breakdown voltage of the main electrode with the hole and the additional electrode, which in turn is greater than the breakdown voltage of the additional switching device.
Кроме того, дополнительный электрод выполнен в виде стержня или ленты и расположен вдоль оси основного электрода с отверстием.In addition, the additional electrode is made in the form of a rod or tape and is located along the axis of the main electrode with a hole.
А также дополнительный электрод выполнен в виде изогнутых ленты или стержня, а дополнительный разрядный промежуток расширен в направлении к разрядному промежутку основных электродов.And also the additional electrode is made in the form of a curved tape or rod, and the additional discharge gap is expanded towards the discharge gap of the main electrodes.
Кроме того, дополнительный электрод выполнен в виде полого цилиндра, расположенного коаксиально основному электроду с отверстием.In addition, the additional electrode is made in the form of a hollow cylinder located coaxially with the hole in the main electrode.
А также токоввод дополнительного электрода выполнен в виде полого цилиндра, расположенного коаксиально основному электроду с отверстием.And also the current lead of the additional electrode is made in the form of a hollow cylinder located coaxially with the hole in the main electrode.
Кроме того, в качестве дополнительного коммутирующего устройства может быть использован газовый или вакуумный разрядник или варистор.In addition, a gas or vacuum arrester or varistor can be used as an additional switching device.
А также в одном или в обоих основных электродах со стороны разрядного промежутка выполнены глухие отверстия.And also in one or in both main electrodes from the side of the discharge gap blind holes are made.
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.The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the determination from the list of identified analogues of the prototype as the closest in terms of the totality of the features of the analogue made it possible to identify the totality of the technical the result of the distinguishing features set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under the current law.
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 решении, в которых для повышения надежности и устойчивости работы коммутирующего устройства было бы использовано дополнительное коммутирующее устройство (например, маломощный газонаполненный разрядник), имеющее стабильный порог срабатывания, не зависящее от внешних факторов, а также конструктивное выполнение коммутирующего устройства с применением дополнительного электрода, который обеспечивает перемещение разряда от зоны его инициирования к зоне основного горения, что обеспечивает уменьшение эрозии в зоне инициирования разряда.To verify the conformity of the claimed invention to the requirement of an inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, since no solution has been identified in which to increase the reliability and stability of the switching device would be an additional switching device (for example, a low-power gas-filled spark gap) with a stable threshold is used Ia, which does not depend on external factors, and the constructive arrangement of the switching devices with the use of the additional electrode, which ensures the discharge displacement from its initiation zone to the main combustion zone that provides a reduction of erosion in the zone of discharge initiation.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.
На фиг.1 и фиг.2 показаны различные конструктивные схемы коммутирующего устройства.Figure 1 and figure 2 shows various structural diagrams of a switching device.
На фиг.3 показан макет предлагаемого устройства.Figure 3 shows the layout of the proposed device.
Устройство содержит основные электроды 1 и 2 с токовводами 3 и 4. Электроды 1 и 2 образуют основной разрядный промежуток 5. Основной электрод 1 и дополнительный электрод 6 образуют дополнительный разрядный промежуток 7. В электроде 1 выполнено отверстие 8, в котором с зазором расположен поджигающий электрод 9, касающийся торцом дополнительного электрода 6. Другим торцом поджигающий электрод 9 соединяется через дополнительное коммутирующее устройство 10 с электродом 1. Токоввод 11 дополнительного электрода 6 соединен с токовводом 3 основного электрода 2 со стороны токоввода 4 основного электрода 1. В одном или в обоих основных электродах 1, 2 выполнены глухие отверстия 12 со стороны разрядного промежутка 5.The device contains
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При достижении напряжения на токовводах 3 и 4 определенного значения (например, 1500 В) происходит пробой дополнительного коммутирующего устройства 10 (например, газонаполненного разрядника). При этом на поверхности поджигающего электрода 9 возникает искровой разряд. Поверхностный искровой разряд инициирует разряд в дополнительном разрядном промежутке 7 между основным электродом 1 и дополнительным электродом 6. Применение в качестве дополнительного коммутирующего устройства 10 газонаполненного разрядника, вакуумного разрядника или варистора позволяет значительно уменьшить разброс величины напряжения срабатывания прибора. Под действием сил Лоренца, образованных основным электродом 1, дополнительным электродом 6, сформированная между ними разрядная дуга выталкивается в область основного разрядного промежутка 5 к торцам электродов 1 и 2. Процесс выталкивания происходит сравнительно быстро, основное же время протекания тока осуществляется в основном разрядном промежутке 5 на торцах электродов 1 и 2. При токах до 10 кА на торцах электродов 1 и 2 за несколько десятков импульсов длительностью сотни миллисекунд 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, применение поджигающего электрода 9, находящегося в контакте с дополнительным электродом 6 и дополнительным коммутирующим устройством 10, позволяет силами Лоренца вытолкнуть дугу, сформированную между основным электродом 1 и дополнительным электродом 6, в область основного разрядного промежутка 5 на торцы основных электродов 1 и 2, что обеспечивает надежную и стабильную работу устройства при протекании мощных импульсов тока с зарядом до нескольких сотен кулон за импульс.When the voltage at the current leads 3 and 4 reaches a certain value (for example, 1500 V), an additional switching device 10 (for example, a gas-filled spark gap) is broken. In this case, a spark discharge occurs on the surface of the
Увеличение дополнительного разрядного промежутка 7 (как показано на фиг.1 штриховой линией) за счет отклонения дополнительного электрода 6 от оси основного электрода 1 увеличивает скорость выталкивания разряда от зоны инициирования - места контакта поджигающего электрода 9 и дополнительного электрода 6, к зоне основного горения - в разрядный промежуток 5, что обеспечивает уменьшение эрозии в зоне инициирования разряда.The increase in the additional discharge gap 7 (as shown by a dashed line in Fig. 1) due to the deviation of the
Глухое отверстие в одном или в обоих торцах основных электродах 1 и 2 (показано на фиг.1 штриховой линией) предотвращает возможное замыкание основного разрядного промежутка 5 из-за расплавления металла электродов 1 или 2 и из-за образования в центре их торцов под действием электромагнитных сил «сталактита» из расплава металла.A blind hole in one or both ends of the
Токоввод дополнительного электрода 6 может быть выполнен в виде полого цилиндра, коаксиального основному электроду 1 (как показано на фиг.2). Это позволяет совместить его функцию как токоввода и функцию корпуса всего прибора, удержания плазмы в конкретном замкнутом объеме, что повышает безопасность прибора.The current lead of the
Дополнительный электрод 6 может быть выполнен в виде полого цилиндра, расположенного коаксиально основному электроду 1 (как показано на фиг.2). Это усиливает действие сил Лоренца выталкивания разряда (дуги) от поджигающего электрода 9 в область основного разрядного промежутка 5 и экранирует от сил Лоренца противоположного направления, создаваемых токами, текущими по коаксиальному токководу 11 дополнительного электрода 6 и препятствующих выталкиванию разряда (дуги).The
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.The proposed arrester allows you to protect, for example, insulated supports of electrical networks of electrified vehicles during emergency breakdown of network insulators. In this case, a current of up to 10 kA and a charge of up to 1000 C flow through the arrester.
Были изготовлены макеты коммутирующего устройства, например разрядника, показанного на фиг.3.Were made layouts of a switching device, such as a spark gap, shown in figure 3.
Прибор содержит металлический корпус диаметром 60 мм. В корпус ввинчен стержень 3, являющийся токовводом. Корпус в области токоввода является основным электродом 2. Стенки корпуса вместе с ввинченным в него металлическим основанием являются токовводом 11 дополнительного электрода 6, который крепится к основанию винтами 13. В основании выполнены вентиляционные отверстия 14 и через изолятор 15 запрессован стержень 4 - токоввод другого основного электрода 1. Внутри основного электрода 1 расположен цилиндрический изолятор 16, в котором располагаются поджигающий электрод 9 и дополнительное коммутирующее устройство газонаполненный разрядник 10. Поджигающий электрод 9 касается дополнительного электрода 6. Для обеспечения надежного контакта поджигающего и дополнительного электродов используется пружина 17. В основном электроде 1 выполнено глухое отверстие 12.The device contains a metal case with a diameter of 60 mm. A
Величина напряжения срабатывания прибора определяется напряжением срабатывания газонаполненного разрядника, который имеет стабильный порог срабатывания (например 1500 В). Воздействия внешней среды (температура, влажность, давление) в меньшей степени влияют на порог срабатывания разрядника, а размещение его в полости (отверстии) основного электрода снижает влияние воздействия высокотемпературной плазмы основного разряда и делает прибор компактным. Тем самым повышается надежность и стабильность работы прибора в целом.The value of the response voltage of the device is determined by the response voltage of a gas-filled spark gap, which has a stable threshold (for example, 1500 V). The effects of the external environment (temperature, humidity, pressure) to a lesser extent affect the threshold of the arrester, and its placement in the cavity (hole) of the main electrode reduces the effect of the high-temperature plasma of the main discharge and makes the device compact. This increases the reliability and stability of the device as a whole.
При достижении на токовводах напряжения 1500 В, происходит срабатывание газонаполненного разрядника 10. На поверхности поджигающего электрода 9 возникает искровой разряд, который инициирует разряд между основным 1 и дополнительным 6 электродами. Под действием магнитного поля дуга перемещается по дополнительному разрядному промежутку 7 в область основного разрядного промежутка 5 между основными электродами 1, 2.When the voltage reaches 1500 V at the current leads, a gas-filled
Испытания макетных образцов показали удовлетворительные результаты. При протекании заряда 900 Кл разрядники обеспечивали надежное срабатывание не менее 25 раз. Эрозия электродов в зоне инициирования разряда была незначительной. Интенсивная эрозия наблюдалась в зоне протекания основного разряда, но это не повлияло на надежность работы прибора.Tests of prototypes showed satisfactory results. When the charge flowed 900 C, the arresters provided reliable operation at least 25 times. Electrode erosion in the discharge initiation zone was negligible. Intensive erosion was observed in the zone of the main discharge, but this did not affect the reliability of the device.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008123039/09A RU2366051C1 (en) | 2008-06-07 | 2008-06-07 | Switching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008123039/09A RU2366051C1 (en) | 2008-06-07 | 2008-06-07 | Switching device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2366051C1 true RU2366051C1 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41150037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008123039/09A RU2366051C1 (en) | 2008-06-07 | 2008-06-07 | Switching device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366051C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535883C2 (en) * | 2013-04-04 | 2014-12-20 | Александр Леонидович Виноградов | Switching device |
| RU2599981C1 (en) * | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Вакуумные технологии" | Switching device |
| RU2719630C1 (en) * | 2019-11-01 | 2020-04-21 | Владислав Борисович Наседкин | Switching device |
| RU204408U1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-05-24 | Александр Дмитриевич Данилов | Double-circuit unit for generating and maintaining the discharge current of the spark gap |
| RU2776990C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-07-29 | Иван Викторович Соболев | Switching device with ac voltage limiter |
-
2008
- 2008-06-07 RU RU2008123039/09A patent/RU2366051C1/en active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535883C2 (en) * | 2013-04-04 | 2014-12-20 | Александр Леонидович Виноградов | Switching device |
| RU2599981C1 (en) * | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Вакуумные технологии" | Switching device |
| RU2719630C1 (en) * | 2019-11-01 | 2020-04-21 | Владислав Борисович Наседкин | Switching device |
| RU204408U1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-05-24 | Александр Дмитриевич Данилов | Double-circuit unit for generating and maintaining the discharge current of the spark gap |
| RU2776990C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-07-29 | Иван Викторович Соболев | Switching device with ac voltage limiter |
| RU223870U1 (en) * | 2023-07-31 | 2024-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | CONTROLLED VACUUM SWITCH OF COMBINED TYPE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2066154B1 (en) | Ablative plasma gun apparatus and system | |
| US8873217B2 (en) | Arrangement for igniting spark gaps | |
| RU2366051C1 (en) | Switching device | |
| CN1552117B (en) | Overload protection device | |
| KR101427021B1 (en) | Spark gap | |
| CN104393489A (en) | Gas discharge tube with movable electrodes | |
| CN1797878B (en) | Over-voltage protection device | |
| WO2006130036A1 (en) | Controllable gas-discharge device | |
| RU2719630C1 (en) | Switching device | |
| RU2327265C1 (en) | Switching device | |
| KR101000484B1 (en) | Discharge element with discharge-control electrode and the control apparatus thereof | |
| US20070297479A1 (en) | Triggered spark gap | |
| AU2019362453B2 (en) | Arrangement for firing spark gaps | |
| RU2227951C2 (en) | Discharger | |
| RU2321931C1 (en) | Switching device | |
| KR20060129367A (en) | Spark gap arrester | |
| CN107949960B (en) | Discharge tube | |
| RU2300157C1 (en) | Controlled gas-discharge device | |
| SU1129679A1 (en) | Tubular discharger | |
| Zhang et al. | A miniaturized surface flash triggered vacuum switch with low trigger delay time and high working life | |
| USH60H (en) | Long-life triggered spark gap | |
| RU2535883C2 (en) | Switching device | |
| RU2519591C2 (en) | Gas-discharge device | |
| SU1117749A1 (en) | Protector tube | |
| US6078130A (en) | Spark plug with specific construction to avoid unwanted surface discharge |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200730 Effective date: 20200730 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |