| Газовые управляемые разрядники типа РГУ предназначены для коммутации тока и напряжения в процессе высоковольтных импульсных испытаний, в электротехнологических установках (магнитная штамповка, дробление пород) в лазерной технике и пр. Разрядники могут работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях. Разрядник работает под давлением воздуха до 3,0 кгс/кв. см с продувкой или без продувки рабочего объема.
Структура условного обозначения:
Предельно допустимые климатические воздействия
Разрядник и его устройство управления относятся по климатическому воздействию к группе УХЛ 4. Номинальные значения климатических факторов по ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69, в частности, значения рабочей температуры находятся в диапазоне +1 ÷ +35°С. Высота над уровнем моря не более 1000 м.
Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли и агрессивных газов в концентрациях, снижающих параметры разрядника в недопустимых пределах.
Предельно допустимые механические воздействия
Разрядник и устройство управления выдерживают воздействие вибрационных нагрузок в диапазоне частот 5 ÷ 200 Гц с амплитудой 0,5 мм и ускорением 19,6 м/с2; воздействие ударных нагрузок с ускорением 147 м/с2 и длительностью удара 5 ÷ 10 мс.
Конструкция разрядника
Пример конструкции разрядника представлен на рисунке 17.
Рис. 17. Поперечное сечение разрядника с электрической схемой подключения:
1,7 – фланцы электродов; 2,8 – крепежные фланцы; 3 – электрод управления; 4 – диск с отверстием;
5,6 – основные электроды; Rн – сопротивление нагрузки; R1, R2 – сопротивления делителя напряжения;
С1 – разделительная емкость; Тр – высоковольтный трансформатор, Uр – рабочее напряжение
зарядного устройства.
Разрядник имеет три электрода 5, 6 и 3, один из которых электрод управления или запускающий 3 расположен на эквипотенциальной поверхности между одинаковыми основными электродами 5 и 6. Запускающий электрод, представляет собой фланец с круглой пластиной, в центре которой имеется отверстие с острой кромкой. Запускающий электрод устанавливается на равном расстоянии от основного электрода и имеет потенциал равный половине рабочего напряжения, которое поддерживается высоковольтным омическим делителем. При подаче на запускающий электрод высоковольтного импульса управления пробивается газовый промежуток между запускающим и основным электродом. После этого все рабочее напряжение оказывается приложенным к другому промежутку, что также вызывает его пробой и замыкание разрядника.
Для увеличения ресурса корпус разрядника изготовлен из высокопрочной металлокерамики. В качестве материала основных электродов и запускающего электрода используется медь. При необходимости увеличения ресурса разрядника вместо меди может быть использован сплав меди с ванадием. Управляющий импульс поступает на запускающий электрод через разделительный конденсатор С1. Запускающий импульс обычно формируется с помощью импульсного трансформатора Тр, хотя возможны и другие схемы запуска.
Основными преимуществами данного разрядника являются:
- высокая механическая прочность, обеспечивающая его надежную работу при больших токах до 100 кА без повреждений корпуса в течение всего срока службы;
- возможность легкой замены изнашиваемых элементов разрядника, а именно относительно дешевых электродов 4, 5, 6 с целью продления срока службы вдвое и более;
- возможность работы без перестройки давления в диапазоне (0,2 – 1,0) х Uраб., при использовании управляющего устройства производителя (указанное свойство является важным для некоторых применений, например, при использовании разрядника в схеме «кроу-бар»).
- высокая стабильность напряжения самопробоя разрядника, связанная с отсутствием существенного воздействия газового разряда на керамические стенки разрядника и как следствие стабильность работы в рабочем режиме.
Разработаны три типа разрядников, различающихся диаметром керамического
цилиндра и предельным током разряда: РГУ 1, имеющий диаметр Ø 125 мм и предельный ток 100 кА, РГУ 2 с диаметром Ø 80мм и током 50 кА и РГУ 3 с диаметром Ø 25 мм и током 20 кА.
Внешний вид разрядников приведен на рисунке.
Разрядники имеют рабочее напряжение от 1 до 100 кВ и максимальные рабочие токи от 20 до 100 кА. Технические характеристики разрядников приведены в таблице.
Диапазон рабочих напряжений, приведенный в таблице, указан при постоянном давлении 760 мм рт.ст., t = 200°C и использовании устройства управления Производителя. Диапазон минимального напряжения срабатывания разрядника указан с точностью ±15%. При применении устройств управления обычной конструкции минимальное рабочее напряжение увеличивается до 0,5Uраб. Величина тока, приведенная в таблице, соответствует максимальному амплитудному значению тока. Максимальный заряд указан для случая длительности импульса тока меньшей 100 мкс. При больших длительностях импульса максимальный заряд должен быть существенно уменьшен. Ресурс, приведенный в таблице, также указан для случаев длительности тока менее 100 мкс. При такой длительности первым выходит из строя запускающий электрод и лишь затем наступает существенный износ основных электродов. По нашим данным износ запускающего электрода составляет 1,1·10-4 г/К, а основных электродов 4,4·10-5 г/К, то есть в 2,5 раза меньше. При длительностях импульса тока более 100 мкс ресурс может быть существенно ниже. Например, разрядник РГУ 1-30-100 в наших исследованиях вышел из строя при ресурсе 6,2·103 К, заряде переносимом за импульс 1,44 К и длительности импульса тока 700 мкс.
Предельная частота срабатывания разрядника указана для случая работы разрядника при атмосферном давлении, без продувки и номинальном напряжении, близком к самопробою. При работе с меньшим рабочим напряжением предельная частота работы разрядника увеличивается, как это видно из рисунка 19. Следует также отметить, что существенный нагрев разрядника снижает напряжение самопробоя и соответственно уменьшает предельную частоту. Масса разрядника указана без системы управления с точностью 20 %.
Рекомендации по монтажу и эксплуатации
При монтаже разрядников необходимо обеспечить отсутствие острых углов в местах крепления токоподводящих шин. Разрядник может работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях.
Для продувки разрядника должен быть использован сухой воздух. В связи с наличием в газовых системах высокого давления конденсата воды, для продувки разрядника необходимо применение фильтров, для исключения попадания влаги в рабочий объем разрядника.
Перед эксплуатацией разрядник должен пройти тренировку разрядами в количестве 100÷200 разрядов при номинальном рабочем напряжении.
Разрядник должен быть снабжен двумя выравнивающими напряжение сопротивлениями, величиной 400 ÷ 600 МОм (делителем напряжения), которые устанавливаются между анодом, управляющим электродом и катодом.
Поджигающий импульс подается на управляющий электрод через высоковольтную емкость с параметрами 500-1000 пФ и напряжением равном рабочему.
Предельный ресурс разрядника ограничивается износом поджигающего электрода. Продлить срок службы разрядника вдвое и больше можно путем замены изношенного управляющего электрода, представляющего собой тонкое (2 мм) медное кольцо с центральным отверстием, и в случае необходимости замены съемных катода и анода разрядника.
Внешний вид металлокерамических газовых разрядников типа РГУ:
1 – РГУ 1-15-100 (15кВ, 100 кА); 2 - РГУ 1-50-100 (50кВ, 100 кА);
3 - РГУ 1-100-100 (100кВ, 100 кА); 4 - РГУ 2-50-50 (50кВ, 50 кА);
5 - РГУ 2-10-50 (10кВ, 50 кА); 6 - РГУ 3-20-20 (20кВ, 20 кА).
Зависимость максимальной частоты срабатывания разрядника f от параметра Uсам/Uр;
Uсам – напряжение самопробоя;Uр – рабочее напряжение разрядника без продувки; экспериментальная зависимость выражается формулой f = 7,1 х (Uсам/Uр) - 5
|
){kind=small}
){kind=small}