Навигация: => 

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2135991

СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОБОЯ ГАЗОВОГО ДИЭЛЕКТРИКА В РЕЗКОНЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ

Имя изобретателя: Журавков Игорь Викторович
Имя патентообладателя: Журавков Игорь Викторович
Адрес для переписки: 121165, Москва, а/я 15, ООО "ЮСТИС" г-же Груниной А.Е.
Контактный телефон: 3882648, сотовый телефон 89104014882
Дата начала действия патента: 1998.02.10

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для использования при исследованиях диэлектрической прочности газовой изоляции высоковольтных установок. Подачей на электроды разрядного промежутка начального напряжения вызывают коронный разряд с образованием объемного заряда у коронирующего электрода, который затем равномерно перераспределяют вдоль разрядного промежутка путем снижения тока коронного разряда. Далее формируют в питающем контуре импульсный пьедестал напряжения, обеспечивающий в сумме с начальным напряжением полный пробой газового диэлектрика. Снижение тока коронного разряда и формирование импульсного пьедестала осуществляют с помощью включенного в цепь питания вспомогательного динамического разрядника, электроды которого раздвигают из замкнутого состояния в разомкнутое до их перекрытия дугой. Изобретение позволяет снизить напряжение источника питания.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для использования, например, при исследованиях диэлектрической прочности газовой изоляции высоковольтных установок. Может иметь широкое применение в решении важных практических задач в высоковольтной технике, в том числе и в технике молниезащиты.

Сформулированы критерии пробоя газов и предложена концепция физически обоснованного инженерного метода расчета электрической прочности электроизоляционных конструкций - задача, не имевшая решения в течение всего времени существования инженерной науки: "Техника и электрофизика высоких напряжений". Развиты представления о причинах низкой надежности защиты воздушных линий электропередачи от прямых ударов молнии, особенно линий сверх- и ультравысоких напряжений 500 - 1150 кВ (с расщеплением фаз на 3 - 8 отдельных проводников). Сформулированы принципиальные, основополагающие положения по методам предупреждения пожаров и взрывов в условиях добычи, хранения и транспортировки различных органических топлив при их электрическом пробое. Установлен и объяснен эффект пробоя воздуха при средних напряженностях электрического поля в 3 - 4 раза меньших критических (пробивных) полей, известных из практического опыта.

На основании целевого использования данного установленного эффекта открываются возможности создания нового поколения систем молниезащиты, априори превосходящих по надежности перехвата молний существующие традиционные системы молниезащиты.

Принцип действия таких новых систем заключается в том, что они начинают функционировать задолго до начала старта нисходящего от грозового облака лидера. При этом система формирует свой собственный восходящий лидер даже в том случае, когда напряженность электрического поля грозового облака существенно ниже критической. Восходящий лидер, сформированный такой грозозащитной системой, инициирует разряд грозового облака подобно ракете, тянущей к облаку заземленную проволоку (такой способ разряда грозового облака часто применяют в исследовательских целях). Механизм действия эффекта обусловлен возникающим резонансом напряжений в контуре разрядного тока молнии, образованным грозовым облаком и активно действующим молниеотводом.

Эффект наблюдался в полевых условиях на штыревом молниеотводе. При наличии грозовой обстановки с вершины молниеприемника развивались, либо многометровые "факелы" диффузного свечения, либо возникали разряды молнии в молниеприемник.

Количественные характеристики, полученные к настоящему времени по этому эффекту пробоя длинных воздушных промежутков, позволяют уже сейчас перейти к этапу проектирования и испытания опытных образцов грозозащитных устройств различного назначения.

Создание испытательных установок данного назначения сопряжено с необходимостью выполнения источника питания с повышенным напряжением, причем значительной мощности, что предопределяет трудности в изготовлении и неудовлетворительные массогабаритные показатели подобной аппаратуры. С реализацией различного рода дополнительных технических мероприятий предпринимаются попытки достижения пробоя газового диэлектрика при наличии источника питания относительно невысокого напряжения.

Среди известных способов, обеспечивающих получение указанного эффекта, можно отметить решения, предусматривающие инжектирование в разрядный промежуток горячих газов (авт.св. СССР N 232358, 11.12.68) или газовых пузырьков кавитационного происхождения (авт. св. СССР N 1072166, 07.02.84), покрытие одного из электродов активирующим слоем (заявка ФРГ N 3621254, 07.01.88).

Однако известные способы, базирующиеся только на перераспределении объемного заряда в разрядном промежутке, малоэффективны и не позволяют существенно снизить напряжение источника питания.

Наиболее близким к предложенному является способ осуществления электрического пробоя газового диэлектрика в резконеоднородном поле, согласно которому на составляющие разрядный промежуток электроды сначала подают начальное напряжение, достаточное для выполнения условия самостоятельности разряда, и вызывают коронный разряд с образованием объемного заряда у коронирующего электрода, а затем на электродах формируют импульсный пьедестал напряжения, обеспечивающий в сумме с начальным напряжением полный пробой диэлектрика (авт.св. СССР N 590588, G 01 B 7/00, 1978).

Недостаток прототипа, где основной акцент сделан лишь на поднятие испытательного напряжения с помощью импульсного пьедестала, также связан с невозможностью значительного снижения выходного напряжения источника питания.

Задачей изобретения является достижение пробоя газового диэлектрика при пониженном напряжении источника питания за счет использования сразу двух отмеченных выше направлений, а именно предварительного перераспределения объемного заряда и последующего формирования импульсного пьедестала в питающем контуре.

Поставленная задача решается тем, что в способе осуществления электрического пробоя газового диэлектрика в резконеоднородном поле, согласно которому на составляющие разрядный промежуток электроды сначала подают начальное напряжение, достаточное для выполнения условия самостоятельности разряда, и вызывают коронный разряд с образованием объемного заряда у коронирующего электрода, а затем на электродах формируют импульсный пьедестал напряжения, обеспечивающий в сумме с начальным напряжением полный пробой диэлектрика, перед формированием импульсного пьедестала напряжения равномерно перераспределяют объемный заряд вдоль разрядного промежутка путем снижения тока коронного разряда, при этом снижают ток коронного разряда и формируют импульсный пьедестал напряжения с помощью включенного в цепь питания динамического разрядника, электроды которого раздвигают от замкнутого состояния в разомкнутое до их перекрытия дугой.

На чертеже представлена электрическая схема устройства реализующего предложенный способ.

На схеме показаны разрядный промежуток 1 с электродами A и B, источник питания, например, постоянного тока 2, ключ 3, конденсаторная батарея 4, динамический разрядник 5 и толкатель 6. Между электродом A (иглой) и электродом В (плоскостью) создается резконеоднородное (несимметричное) электрическое поле, в котором располагается испытываемый газовый диэлектрик (на схеме не обозначен). В исходном положении электроды динамического разрядника 5 соприкасаются друг с другом.

Электрический пробой осуществляется следующим образом

При включении ключа 3 напряжение U от источника питания 2 через замкнутый динамический разрядник 5 подается на электроды A и B основного разрядного промежутка 1.

К величине начального напряжения U предъявляется требование по выполнению условия самостоятельного разряда. Это означает, что для превращения разряда в самостоятельный начальная электронная лавина должна обеспечивать образование за счет вторичных процессов новых электронов.

Если степень неоднородности поля велика, ионизационные процессы концентрируются в узкой зоне, вблизи электрода A с наибольшей напряженностью. В окрестности данного электрода образуется объемный заряд и в разрядном промежутке 1 возникает устойчивый коронный разряд с током I_к. Следует отметить, что коронный разряд происходит при межэлектродном напряжении U_AB, располагающемся в диапазоне U_з < U_AB < U_п, где U_з - напряжение зажигания короны, U_п - напряжение полного (статического пробоя).

Далее размыкают электроды динамического разрядника 5 толкателем 6 и увеличивают расстояние между ними. По мере увеличения этого расстояния межэлектродная емкость динамического разрядника 5 уменьшается, а падение напряжения U_др на нем возрастает. В результате ток коронного разряда I_к начинает снижаться.

Снижение тока I_к обуславливает перераспределение объемного заряда у коронирующего электрода A. В связи с тем что процессы дрейфа ионов по полю уменьшаются, а диффузионные процессы становятся преобладающими, происходит равномерное распределение объемного заряда вдоль разрядного промежутка 1, создающее предпосылки для последующего его пробоя напряжением, меньшим пробивного.

В определенный момент времени напряженность поля между электродами динамического разрядника 5 достигает критического значения и они перекрываются дугой. По образованному в динамическом разряднике 5 ионизированному каналу электрод A основного разрядного промежутка 1 "подключается" к соответствующему выводу источника питания 2 и между электродами A и B формируется импульсный пьедестал напряжения. В результате к разрядному промежутку 1 с равномерно распределенным объемным зарядом прикладывается суммарное напряжение, достаточное для его полного пробоя, и газовый диэлектрик пробивается. После этого электроды динамического разрядника 5 возвращаются в исходное положение.

Таким образом, в предложенном техническом решении для осуществления электрического пробоя газового диэлектрика используются, во-первых, работа, совершаемая силами электрического поля в разрядном промежутке 1 за счет энергии источника питания 2, а во-вторых, работа механических сил, затрачиваемая на раздвижение электродов в динамическом разряднике 5. Указанные мероприятия позволяют проводить испытания газовой изоляции и ее диагностику с источником питания, имеющим относительно невысокое выходное напряжение.

Обладая большим опытом экспериментальных и теоретических исследований, мы полагаем, что наиболее глубоко и содержательно проникли в суть проблемы молниезащиты, по сравнению с традиционно признаваемыми достижениями в решении этой проблемы. Это позволяет надеяться нам на плодотворное сотрудничество со сторонами заинтересованными в использовании указаного эффекта.

Внимание! Мы приглашаем всех заинтересованных лиц познакомиться с результатами нашей работы и в течение переговоров установить взаимовыгодные условия сотрудничества.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ осуществления электрического пробоя газового диэлектрика в резконеоднородном поле, согласно которому на составляющие разрядный промежуток электроды сначала подают начальное напряжение, достаточное для выполнения условия самостоятельности разряда, и вызывают коронный разряд с образованием объемного заряда у коронирующего электрода, а затем на электродах формируют импульсный пьедестал напряжения, обеспечивающий в сумме с начальным напряжением полный пробой диэлектрика, отличающийся тем, что перед формированием импульсного пьедестала напряжения равномерно перераспределяют объемный заряд вдоль разрядного промежутка путем снижения тока коронного разряда, при этом снижают ток коронного разряда и формируют импульсный пьедестал напряжения с помощью включенного в цепь питания динамического разрядника, электроды которого раздвигают из замкнутого состояния в разомкнутое до их перекрытия дугой.

НАПИСАТЬ ПИСЬМО АВТОРУ ПУБЛИКАЦИИ

Версия для печати
Дата публикации 31.05.2007гг

вверх