RU2159978C2

RU2159978C2 - Spark gap ignition method

Info

Publication number: RU2159978C2
Application number: RU98122001A
Authority: RU
Inventors: В.И. Нижегородцев; О.А. Шамро; Е.В. Урлин; И.В. Лобанова
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-11-27

Abstract

FIELD: high-voltage pulse engineering; switching devices for high-voltage storage capacitors. SUBSTANCE: method involves use of auxiliary spark gap whose operation in response to external ignition pulse causes current flow over following circuit: bank of storage capacitors - auxiliary spark gap - loading resistor - ground; in the process, voltage drop occurs across resistor with the result that control electrode of main spark gap is placed at rising potential. Spark gap operates and bank of storage capacitors is discharged through main spark gap over the lowest- resistance circuit. EFFECT: facilitated procedure and improved reliability of spark gap ignition. 1 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в устройствах коммутации высоковольтных накопителей энергии. The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in switching devices of high-voltage energy storage devices.

Известен способ поджига разрядника, "Техника больших импульсных токов и магнитных полей". П.Н.Дашук и др., 1970 г., стр. 183, согласно которому на основные электроды разрядника подают напряжение, а через поджигающий искровой промежуток пропускают поджигающий импульс, который формируется на управляющем электроде разрядника при помощи генератора высоковольтных импульсов. A known method of ignition of a spark gap, "Technique of large pulsed currents and magnetic fields." P.N.Dashuk et al., 1970, p. 183, according to which the main electrodes of the spark gap are supplied with voltage, and the ignition pulse is transmitted through the ignition spark gap, which is formed on the spark gap control electrode using a high-voltage pulse generator.

В этом способе при непосредственном подключении генератора высоковольтных импульсов к управляющему электроду разрядника трудно добиться увеличения энергии поджигающего импульса без увеличения длительности его фронта. In this method, when the high-voltage pulse generator is directly connected to the control electrode of the arrester, it is difficult to increase the energy of the ignition pulse without increasing the duration of its front.

Известен также способ поджига разрядника, "Модернизированный вакуумный разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой" авторов: Д.Ф. Алферова, В.А.Сидорова, "ПТЭ", 1996 г., N 3, с.82, включающий подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника. К одному из основных электродов основного вакуумного трехэлектродного разрядника и батарее емкостных накопителей прикладывается напряжение от основного источника питания. Затем от автономного источника питания подается напряжение на один из основных электродов вспомогательного трехэлектродного разрядника и вспомогательную батарею емкостных накопителей. С генератора высоковольтных импульсов подается маломощный поджигающий импульс на управляющий электрод вспомогательного разрядника, вспомогательная батарея емкостных накопителей разряжается через вспомогательный разрядник. На управляющем электроде основного разрядника появляется импульс напряжения, равный зарядному напряжению вспомогательной батареи емкостных накопителей. Основной разрядник срабатывает, и батарея емкостных накопителей разряжается на индуктивную нагрузку через основной разрядник. There is also known a method of igniting a spark gap, "Upgraded vacuum spark gap with a six-gap rod electrode system" authors: D.F. Alferova, V. A. Sidorova, “PTE”, 1996, N 3, p. 82, including the supply of an ignition pulse from an auxiliary three-electrode spark gap. A voltage from the main power supply is applied to one of the main electrodes of the main vacuum three-electrode spark gap and the battery of capacitive storage. Then, a voltage is supplied from an autonomous power source to one of the main electrodes of the auxiliary three-electrode spark gap and the auxiliary battery of capacitive storage. A low-power firing pulse is supplied from the high-voltage pulse generator to the control electrode of the auxiliary arrester, the auxiliary battery of capacitive storage is discharged through the auxiliary arrester. A voltage pulse appears at the control electrode of the main spark gap equal to the charging voltage of the auxiliary battery of capacitive storage. The main arrester is triggered, and the capacitive storage battery is discharged to inductive load through the main arrester.

Недостатком этого способа является наличие дополнительных операций поджига вспомогательного разрядника от автономного источника питания, что вместе с дополнительными кабелями, контактными соединениями и другими элементами приводит к усложнению способа и, как следствие, к уменьшению надежности поджига основного разрядника. The disadvantage of this method is the presence of additional operations of ignition of the auxiliary spark gap from an autonomous power source, which, together with additional cables, contact connections and other elements, complicates the method and, as a result, reduces the reliability of ignition of the main spark gap.

Наиболее близким к предлагаемому является способ поджига разрядника, реализованный в изобретении по АС N 700886 В.Г.Филиппова "Управляемый искровой коммутатор", МПК H 01 Т 14/00, включающий подачу поджигающего импульса на основной разрядник после срабатывания вспомогательного трехэлектродного разрядника. На один из основных электродов, по меньшей мере, одного основного и вспомогательного разрядников, а также, по меньшей мере, одного из основных и дополнительных конденсаторов одновременно подают напряжение от одного и того же высоковольтного источника питания; особенностью данного способа является наличие в высоковольтной цепи трехвыводного резистора и дополнительного конденсатора, сглаживающего всплески напряжения на резисторе, чтобы уменьшить вероятность самопроизвольных преждевременных срабатываний коммутатора при срабатывании вспомогательного разрядника от внешнего запускающего импульса. Closest to the proposed method is the ignition of the spark gap, implemented in the invention according to AC N 700886 by V. G. Filippov "Managed spark switch", IPC H 01 T 14/00, including the supply of an ignition pulse to the main spark gap after the operation of the auxiliary three-electrode spark gap. At one of the main electrodes of at least one main and auxiliary arresters, as well as at least one of the main and additional capacitors, voltage is simultaneously supplied from the same high-voltage power supply; A feature of this method is the presence in the high-voltage circuit of a three-output resistor and an additional capacitor, which smooths out surges on the resistor to reduce the likelihood of spontaneous premature tripping of the switch when the auxiliary arrester is triggered by an external triggering pulse.

Недостатком прототипа являются снижение надежности ввиду присутствия высокого напряжения на резисторе при заряде и разряде емкостных накопителей и усложнение способа из-за операции по сглаживанию всплесков напряжения на резисторе путем введения дополнительного сглаживающего конденсатора для уменьшения вероятности самопроизвольных преждевременных срабатываний коммутатора. Наличие в прототипе трехвыводного специального изготовления резистора также усложняет данный способ поджига. The disadvantage of the prototype is a decrease in reliability due to the presence of high voltage on the resistor during charging and discharging of capacitive storage devices and the complexity of the method due to the operation of smoothing the voltage spikes on the resistor by introducing an additional smoothing capacitor to reduce the likelihood of spontaneous premature operation of the switch. The presence in the prototype of a three-pin special manufacture of a resistor also complicates this method of ignition.

Основной целью по АС N 700886 являлось уменьшение времени срабатывания и повышение надежности коммутатора, состоящего из нескольких искровых промежутков, исключив его самопроизвольное срабатывание. The main goal of AC N 700886 was to reduce the response time and increase the reliability of the switch, consisting of several spark gaps, eliminating its spontaneous operation.

При создании заявляемого изобретения решалась задача разработки способа поджига разрядника для коммутации высоковольтных (1-20 кВ и выше) накопителей энергии. When creating the claimed invention, the task was solved of developing a method for igniting a spark gap for switching high-voltage (1-20 kV and higher) energy storage devices.

Техническим результатом при решении данной задачи являлось упрощение способа поджига разрядника и увеличение его надежности при большом количестве включений без замены основных элементов. The technical result in solving this problem was to simplify the method of ignition of a spark gap and increase its reliability with a large number of inclusions without replacing the main elements.

Технический результат достигается тем, что, по сравнению с наиболее близким известным способом поджига разрядника, включающим подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника, при котором на один из основных электродов основного и вспомогательного разрядников, а также на батарею емкостных накопителей одновременно подают напряжение от одного и того же высоковольтного источника питания, новым является то, что для создания условия срабатывания вспомогательного разрядника вводится нагрузочный резистор в цепь вспомогательного разрядника со стороны основного электрода, не находящегося под высоковольтным напряжением при зарядке емкостных накопителей, и вместо трехвыводного специального резистора используется стандартный, также новым является то, что в предлагаемом способе не участвует дополнительный конденсатор по причине его ненадобности. The technical result is achieved by the fact that, in comparison with the closest known method of ignition of a spark gap, including the supply of an ignition pulse from an auxiliary three-electrode spark gap, in which voltage from one and the main electrodes of the main and auxiliary dischargers, as well as to the battery of capacitive storage of the same high-voltage power supply, new is that a load resistor is introduced to create the conditions for the operation of the auxiliary arrester s from the auxiliary spark gap ground electrode is not under the high voltage for charging the capacitive storage devices, and instead of a special three-terminal standard resistor is used, as new is that in the present process is not involved an additional capacitor because of its uselessness.

Упрощение способа поджига разрядника обеспечивается отсутствием дополнительных операций, таких как подключение трехвыводного резистора в высоковольтную цепь, параллельное подключение дополнительного конденсатора к основному, зарядка дополнительного конденсатора от основного источника питания и разряд его через основной разрядник. В отличие от прототипа в предлагаемом способе резистор размещается не на высоковольтной цепи, где он находится под напряжением и на которой формируется разность потенциалов для создания условия срабатывания основного разрядника, а в цепи вспомогательного разрядника для создания условия его срабатывания со стороны основного электрода вспомогательного разрядника, не находящегося под напряжением при зарядке емкостных накопителей. Поэтому в предлагаемом способе не надо вводить дополнительный сглаживающий конденсатор, как в прототипе, так как исчезает вероятность самопроизвольных преждевременных срабатываний основного разрядника вследствие возникающих напряжений на резисторе, особенно на фронте импульса напряжения. Соответственно, отпадает необходимость в операциях зарядки и разрядки дополнительного конденсатора. В предлагаемом способе при срабатывании вспомогательного разрядника от внешнего поджигающего импульса ток, протекая по цепи через батарею емкостных накопителей, вспомогательный разрядник, нагрузочный резистор и корпус, создает падение напряжения на резисторе. Таким образом на управляющем электроде основного разрядника появляется возрастающий потенциал напряжения, разрядник срабатывает и основной разряд батареи емкостных накопителей проходит через основной разрядник как по цепи с наименьшим сопротивлением. A simplification of the igniter ignition method is ensured by the absence of additional operations, such as connecting a three-pin resistor to a high-voltage circuit, parallel connection of an additional capacitor to the main one, charging an additional capacitor from the main power source and discharging it through the main spark gap. Unlike the prototype, in the proposed method, the resistor is placed not on the high-voltage circuit, where it is energized and on which the potential difference is formed to create the conditions for the main arrester to operate, but in the auxiliary arrester circuit to create the conditions for its operation on the side of the main electrode of the auxiliary arrester, energized when charging capacitive storage. Therefore, in the proposed method, it is not necessary to introduce an additional smoothing capacitor, as in the prototype, since the probability of spontaneous premature operation of the main arrester due to arising voltages on the resistor, especially at the front of the voltage pulse, disappears. Accordingly, there is no need for charging and discharging an additional capacitor. In the proposed method, when the auxiliary arrester is triggered by an external ignition pulse, the current flowing through the circuit through the capacitive storage battery, the auxiliary arrester, load resistor and housing creates a voltage drop across the resistor. Thus, an increasing voltage potential appears on the control electrode of the main arrester, the arrester is triggered and the main discharge of the capacitive storage battery passes through the main arrester as in a circuit with the least resistance.

Отсутствие дополнительного конденсатора позволяет отказаться от дополнительных кабелей и контактных соединений, что, в свою очередь, повышает надежность работы предлагаемого способа в целом и упрощает эксплуатацию установок, где он будет использоваться. The absence of an additional capacitor eliminates the need for additional cables and contact connections, which, in turn, increases the reliability of the proposed method as a whole and simplifies the operation of the plants where it will be used.

На чертеже изображена схема для реализации заявляемого способа. The drawing shows a diagram for the implementation of the proposed method.

Способ поджига разрядника 1 включает подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника 2. На основной электрод 3 основного и основной электрод 4 вспомогательного разрядников одновременно подают напряжение от одного и того же источника питания 5. Поджигающий импульс на вспомогательном разряднике 2 создает генератор высоковольтных импульсов 7. Условие срабатывания вспомогательного разрядника 2 создают введением нагрузочного резистора 6 в цепь вспомогательного разрядника 2 со стороны основного электрода, не находящегося под напряжением. Кроме того, на схеме показаны батарея емкостных накопителей 9 и индуктивная нагрузка 8. The method of ignition of the spark gap 1 includes the supply of an ignition pulse from the auxiliary three-electrode spark gap 2. The main electrode 3 of the main and main electrode 4 of the auxiliary spark gates simultaneously supply voltage from the same power source 5. The ignition pulse on the auxiliary spark gap 2 creates a high-voltage pulse generator 7. Condition the operation of the auxiliary arrester 2 is created by introducing a load resistor 6 into the circuit of the auxiliary arrester 2 from the side of the main electrode, not dressing under stress. In addition, the diagram shows a battery of capacitive storage 9 and inductive load 8.

В примере конкретной реализации заявляемого способа в качестве основного разрядника (1) использовался управляемый вакуумный разрядник РВУ-40. Одновременно от источника питания (5) ВС 20-10 подается постоянное напряжение на батарею емкостных накопителей (9), состоящую из двух конденсаторов ИС 20-6,65, соединенных параллельно, для их зарядки до 10 кВ и на один из основных электродов (3) и (4) разрядника (1) РВУ-40 и вспомогательного разрядника (2) РУ-62. После того, как батарея (9) зарядилась до номинального напряжения, по команде от блочного импульсного наносекундного генератора высоковольтных импульсов (7), имеющего на выходе электрический импульс положительной полярности амплитудой 9 кВ и с фронтом 6 нс, подается импульс с данными параметрами на управляющий электрод вспомогательного разрядника (2) РУ-62. Так как на выходе РУ-62 стоит нагрузочный резистор (6) КЭВ-20 сопротивлением, равным 6,2 МОм, вспомогательный разрядник (2) РУ-62 срабатывает. In an example of a specific implementation of the proposed method, the RVU-40 controlled vacuum spark gap was used as the main spark gap (1). At the same time, a constant voltage is supplied from the power supply (5) of the aircraft 20-10 to the battery of capacitive storage (9), consisting of two capacitors IS 20-6.65 connected in parallel to charge them up to 10 kV and to one of the main electrodes (3 ) and (4) arrester (1) RVU-40 and auxiliary arrester (2) RU-62. After the battery (9) has been charged to the rated voltage, on command from a block nanosecond pulsed generator of high voltage pulses (7), which has an output of an electric pulse of positive polarity with an amplitude of 9 kV and a front of 6 ns, a pulse with these parameters is supplied to the control electrode auxiliary arrester (2) RU-62. Since at the output of RU-62 there is a load resistor (6) KEV-20 with a resistance of 6.2 megohms, the auxiliary arrester (2) RU-62 is triggered.

При протекании тока через нагрузочный резистор (6) на нем создается падение напряжения. Соответственно на управляющем электроде РВУ-40 появляется возрастающий потенциал напряжения, максимальная амплитуда которого равна зарядному напряжению. Разрядник (1) РВУ-40 срабатывает и батарея емкостных накопителей (9) разряжается на индуктивную нагрузку (8) через основной разрядник (1) как по цепи с наименьшим сопротивлением. When current flows through the load resistor (6), a voltage drop is created on it. Accordingly, an increasing voltage potential appears on the RVU-40 control electrode, the maximum amplitude of which is equal to the charging voltage. The spark gap (1) RVU-40 is activated and the battery of capacitive storage (9) is discharged to the inductive load (8) through the main spark gap (1) as in the circuit with the lowest resistance.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый способ поджига разрядника является более простым и надежным, проверенным на 500-х включениях. Thus, compared with the prototype of the claimed method of ignition of a spark gap is simpler and more reliable, tested on 500 inclusions.

Claims

A method of igniting a spark gap, comprising supplying an ignition pulse from an auxiliary three-electrode spark gap, in which a voltage from the same high-voltage power supply is simultaneously applied to one of the main electrodes of the main and auxiliary dischargers, as well as to the battery of capacitive storage, characterized in that they create a triggering condition auxiliary arrester by the introduction of a load resistor into the circuit of the electrodes of the arresters when charging capacitive storage.