Содержание
Разрядник-обостритель
Главная / Справка / Обзоры и публикации / Разрядник-обостритель
Основным элементом высоковольтного блока, его «ахиллесовой пятой», определяющей срок службы аппарата является разрядник-обостритель.
Именно он вырабатывает чрезвычайно короткий импульс высокого напряжения, обеспечивающий образование электронной плазмы в районе катода рентгеновской трубки.
1 — корпус, 2 — изолятор, 3 — электроды
На рисунке изображен разрез разрядника — обострителя Р-43.
Он состоит из стального цилиндрического корпуса 1, керамического изолятора 2 в виде усеченного конуса и двух электродов 3 из тугоплавкого металла, один из них припаян к крышке корпуса, другой — к изолятору. Рабочий объем разрядника заполнен техническим водородом или азотом под давлением 30 — 40 атмосфер. Благодаря столь высокому давлению, при пробое межэлектродного зазора электрический импульс с выхода импульсного трансформатора сокращается по длительности примерно в 100 раз, что и обеспечивает взрыв микроострий катода рентгеновской трубки.
Напряжение срабатывания разрядника-обострителя является рабочим напряжением рентгеновской трубки. Поэтому для данного конкретного разрядника оно всегда одно и то же и не может регулироваться.
Разрядник имеет два резьбовых вывода, с помощью которых он с одной стороны соединяется с импульсным трансформатором, а с другой — с рентгеновской трубкой.
Металлический корпус разрядника совместно с корпусом высоковольтного блока образуют конструктивную выходную емкость С2 (см. рис. в первой статье главы), которая разряжается через рентгеновскую трубку. Именно величина этой емкости определяет амплитуду импульса тока в трубке, а, следовательно, и интенсивность рентгеновской вспышки.
Амплитуда импульса тока в описываемых аппаратах составляет 500 — 1000 А при длительности 10-20 нс, а частота следования импульсов составляет 5 — 20 Гц в зависимости от марки аппарата. Нетрудно вычислить, что средний ток через рентгеновскую трубку при этом находится в пределах 0,1 — 0,5 мА. Величина среднего тока зависит от амплитуды импульса, его длительности и частоты следования импульсов.
В отличие от классических накальных трубок, в трубках с взрывным катодом средний ток, так же как и высокое напряжение, не регулируется и определяется только частотой следования импульсов излучения.
Напряжение срабатывания разрядников-обострителей типа Р-43 находятся в интервале 140 — 170 кВ. Выбирая разрядник с той или иной величиной напряжения срабатывания в каждом конкретном случае можно наиболее полно соблюсти требования ГОСТ 20426-82 с точки зрения соответствия контролируемой толщины изделия рабочему напряжению трубки. Рабочее напряжение рентгеновской трубки, как уже отмечалось, точно равняется величине напряжения срабатывания разрядника.
Многих потребителей вводит в заблуждение величина напряжения на трубке, указанная в ее паспорте. Следует иметь в виду, что это величина максимально допустимая для данного типа трубки. Реальное же рабочее напряжение всегда определяется величиной напряжения срабатывания разрядника-обострителя. Так, например, в аппарате АРИНА-3 используется трубка ИМА 5-320 Д с максимальным напряжением 320 кВ.
Рабочее же напряжение ее в аппарате АРИНА-3 — 200-240 кВ. В аппарате АРИНА-1 используется трубка ИМА 2-150Д с максимальным напряжением 150 кВ, рабочий режим ее 140 — 150 кВ.
Разрядник — обостритель определяет не только напряжение срабатывания рентгеновской трубки, но и как уже отмечалось, срок службы высоковольтного блока. Именно он, а не трубка в первую очередь выходит из строя через 100 — 150 часов работы аппарата. Поэтому замена трубки без замены разрядника-обострителя, как правило, не приводит к положительному результату.
ВЭИ АВИС — Новые типы РВУ
Аннотация
Одной из основных проблем электрических сетей являются растущие по мере расширения сетей токи короткого замыкания (КЗ). В данной работе рассмотрена возможность создания высоковольтного быстродействующего коммутатора (ВБК) на основе управляемого вакуумного разрядника (РВУ). С целью создания РВУ для ВБК были разработаны и изготовлены макетные образцы РВУ со стержневой электродной системой новой конфигурации на основе существующих серийных моделей РВУ-43.
В работе, представлены результаты исследований коммутационных характеристик таких РВУ в режимах тока промышленной частоты. Показано, что новые модели РВУ способны многократно коммутировать токи промышленной частоты с амплитудой до десятков килоампер в течение 100 мс.
Ключевые слова – Управляемый вакуумный разрядник, ограничение токов короткого замыкания, отключающая способность, коммутационная способность
Введение
В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем энергосетей является проблема принудительного ограничения растущих токов коротких замыканий (КЗ) в крупных энергосистемах мегаполисов. Для решения проблемы ограничения токов КЗ представляется перспективным использовать шунтирующий высоковольтный быстродействующий коммутатор (ВБК) на основе вакуумных управляемых разрядников (РВУ).
Управляемый вакуумный разрядник представляет собой безнакальный трехэлектродный герметизированный прибор с давлением остаточных газов, не превышающим 10-4 Па [2,3]. Электродная система РВУ содержит два основных электрода и, как правило, один управляющий электрод.
Управляющий электрод устанавливается на одном из основных электродов и отделяется от него с помощью диэлектрической вставки. Комбинация управляющего электрода с диэлектрической вставкой называется узлом поджига. Обычно РВУ размещается в керамическом герметизированном корпусе, который выполняет также функции изолятора. Внутренняя поверхность корпуса защищается от продуктов эрозии основных электродов с помощью экранной системы.
Включение РВУ происходит при помощи искрового разряда по поверхности диэлектрической вставки узла поджига инициируемого при подаче импульса напряжения между основным и управляющем электродом. При пробое узла поджига на поверхности диэлектрика развивается скользящий разряд — инициирующая искра, который приводит к образованию в вакуумном промежутке инициирующей плазмы. Искровой разряд поддерживается катодными пятнами, которые формируются вблизи поверхности диэлектрической вставки. Они являются источником сильно ионизированной металлической плазмы, которая распространяется в вакуумный промежуток.
Когда плазма заполняет вакуумный промежуток, разряд переходит из искровой стадии в дуговую и РВУ включается (начинает протекать основной ток между основными электродами).
ВБК устанавливается параллельно группе защищаемых выключателей (рис.1). При обнаружении системой релейной защиты КЗ в цепи защищаемого объекта осуществляется быстрое включение (единицы мкс) РВУ. В результате чего происходит перераспределение токов КЗ между защищаемой цепью и цепью ВБК. Это снижает уровень тока КЗ в защищаемой цепи и уменьшает уровень восстанавливающегося напряжения на разрыве сетевого выключателя. Таким образом, обеспечиваются оптимальные условия для отключения тока сетевым выключателем. После того как сетевой выключатель отключает ток, ВБК отключает сопровождающий ток КЗ.
Рис. 1. Схема установки высоковольтного быстродействующего коммутатора в сети. Q – вводной выключатель, Q1…n – группа защищаемых выключателей, ВБК – высоковольтный быстродействующий коммутатор, РЗ – система релейной защиты, БЗ – блок запуска.
Такие устройства наиболее актуальны для сетей 110 кВ и выше, с токами КЗ более 80 кА. Однако известные на сегодняшний день РВУ не обеспечивают полное удовлетворение указанных выше параметров на один элемент, как по току, так и по напряжению. Поэтому ВБК должен содержать модуль из последовательно-параллельно соединенных РВУ. Одной из основных задач является уменьшение числа последовательно-параллельно соединенных элементов в каждой фазе ВБК. Для этого необходимо увеличение отключающей и коммутационной способности, а так же электрической прочности РВУ.
Выбор электродной системы и конструктивного исполнения РВУ определяется режимом его использования. Для сильноточных применений наиболее подходящим является РВУ, электродная система которого представляет собой набор чередующихся стержней противоположной полярности. При протекании тока по всем стержневым электродам в межстержневых промежутках формируется продольное магнитное поле, которое обеспечивает хорошую коммутационную способность РВУ в сильноточном режиме.
Разработанные в ВЭИ разрядники типа РВУ-43 [4] широко используются для многократных сильноточных импульсных коммутаций в диапазоне токов 10-500 кА с величиной передаваемого заряда в импульсе от 40 Кл до 300 Кл и более при рабочем напряжении 1-30 кВ.
В настоящей работе приводятся результаты испытаний макетных образцов новых моделей РВУ со стержневой электродной системой, предназначенных для ВБК на напряжение 110 кВ.
Условия эксперимента и методика измерений.
Объектами испытаний являлись управляемые вакуумные разрядники со стержневой системой электродов. Электродная система разрядника выполнена в виде шести стержней чередующейся полярности, размещенных по окружности. Схема стержневой электродной системы представлена на рис. 2а. Электродная система разрядников выполнена из композиции CuCr (50/50).
Испытывались как выпускаемые промышленно разрядники типа РВУ-43, так и новые экспериментальные образцы разрядников РВУ-43-1 и РВУ-43-4. Фотография РВУ-43-4 представлена на рис.
3б.
а б
Рис. 2. а — стержневая электродная система, б – фото РВУ-43-4
Испытания отключающей способности РВУ проводились на генераторе ударного тока «ТИ-12» промышленной частоты. При напряжении 400-800 В ток короткого замыкания мог достигать действующих значений 42 кА. РВУ присоединялись к генератору встречно-параллельно как показано на рис. 3. Включение РВУ осуществлялось с помощью блоков запуска БЗ. Каждый разрядник включался при положительной полярности напряжения. Подавалось 8 импульсов запуска с задержкой 0.2-0.5 мс после момента перехода тока через нуль.
Отключающая способность разрядников проверялась методом постепенного повышения амплитуды пропускаемого тока. Ток в цепи поднимали до амплитуды, когда РВУ уже не отключал ток. В этих случаях отключение тока осуществлялось защитным выключателем.
Рис. 3. Схема испытательного стенда на низком напряжении.
PВУ1 и PВУ2 – разрядники, БЗ1 , БЗ2 – блоки запуска разрядников, ТИ-12 – генератор ударного тока, ТН – трансформатор напряжений, ТНи – трансформатор измерительный, ВВЗ – защитный воздушный выключатель, ВА – включающий аппарат, L – реактор, ШК-20 – токовые шунты.
В процессе испытаний измерялись токи, протекающие в разрядниках P1 и P2 с помощью шунтов, а также напряжение источника при помощи трансформатора напряжений. Электрические сигналы регистрировались на ПК.
В ходе испытаний при положительном результате испытаний величина действующего значения тока поднималась с шагом 2-3 кА. Ток увеличивался от 5 до 43 кА действующего значения. Напряжение источника питания 200 — 600 В. Всего проведено 48 опытов.
Электрическая прочность РВУ измерялась после пропускания тока амплитудой 20 кА с длительностью полупериода 650 мкс. После каждых 5 коммутаций указанного тока проводились измерения напряжения пробоя РВУ при приложении напряжения частотой 50 Гц.
Измерение электрической прочности разрядников проводилась до и после коммутационных испытаний на ударном генераторе.
Результаты исследований
В таблице 1 приведены модели испытанных разрядников, величина тока, при котором произошёл отказ в отключении тока и суммарное количество кулон прошедшее через разрядники в течение испытаний. Характерные осциллограммы тока и напряжения при отключении и при отказе в отключении тока представлены на рис. 4-8.
Разрядник РВУ-43 (Р1) испытывался совместно с РВУ-43-1 (Р2). Оба РВУ успешно отключали все полупериоды тока Iд до 25 кА действующего значения. При увеличении тока более 25 кА, наблюдался отказ отключения на 6-м полупериоде тока с амплитудой 48 кА в РВУ-43 (рис. 4).
Два разрядника РВУ -43-1 успешно отключили по 8 полуволн тока до 40 кА действующего значения (рис. 5). При действующем значении тока 43 кА один из разрядников РВУ-43-1 не отключил 12-ую полуволну тока (рис. 6). Через разрядник прошли дополнительные 7 полуволн тока до момента срабатывания защитного выключателя.
В следующем опыте при действующем значении тока 31 кА разрядник отключил 8 полуволн тока, что показало, что разрядник остался в рабочем состоянии (рис.7). Разрядник РВУ-43-4 успешно отключал токи более 43 кА.
Так же были проведены опыты с повышением амплитуды тока в последнем 16 полупериоде, что близко к режиму работы в реальных условиях. Так, на рис. 8 разрядник РВУ-43-4 после 7-ми полуволн тока с амплитудой 54 кА в 8-ом для него полупериоде отключил ток, с амплитудой 70 кА.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты испытаний
| Разрядник | I, кА. | Q, K |
| РВУ-43 | ≈35 | 8900 |
| РВУ-43-1 | ≈43 | 37700 |
| РВУ-43-4 | больше 43 | 59800 |
Здесь I – действующее значение тока, которое РВУ успешно отключал и Q — количество электричества прошедшее через разрядники во время испытаний.
После обработки результатов эксперимента были построены вольт-амперные характеристики разрядников (рис 9). Напряжение на разряднике измерялось в максимуме полуволны тока. Напряжение на дуге модернизированных разрядников РВУ-43-1 и РВУ-43-4 изменяется от 30 В до 70 В при росте амплитуды тока от 15 кА до 60 кА.
Магнитное поле, формируемое током в стержневых электродах, в каждом межстержневом промежутке имеет продольную и поперечную составляющие относительно направления тока дуги. Влияние продольной составляющей магнитного поля становится существенной при амплитуде тока Im > 20кА, когда ток начинает протекать по всем стержневым электродам. В этом случае горение сильноточного разряда происходит в основном в межстержневых промежутках, разряд имеет относительно низковольтную вольт-амперную характеристику, медленно растущую с увеличением тока.
Высокую коммутационную способность показала модификация РВУ-43-4. Разрядник пропустил в общей сложности около 60 000 Кл и остался в рабочем состоянии.
Рис. 4. Осциллограммы токов и напряжений: сверху вниз – импульсы управления блоками запуска РВУ, ток в РВУ-43, ток в РВУ-43-1, напряжение на разрядниках. Iд=35 кА
Рис. 5. Осциллограммы токов и напряжений: сверху вниз – импульсы управления блоками запуска РВУ, ток в одном РВУ-43-1, ток во втором РВУ-43-1, напряжение на разрядниках. Iд=40 кА
Рис. 6. Осциллограммы токов и напряжений: сверху вниз – импульсы управления блоками запуска РВУ, ток в одном РВУ-43-1, ток во втором РВУ-43-1, напряжение на разрядниках. Iд=43 кА
Рис. 7. Осциллограммы токов и напряжений: сверху вниз – импульсы управления блоками запуска РВУ, ток в одном РВУ-43-1, ток во втором РВУ-43-1, напряжение на разрядниках. Iд=31 кА
Рис. 8. Осциллограммы токов и напряжений: сверху вниз – импульсы управления блоками запуска РВУ, ток в одном РВУ-43-1, ток во втором РВУ-43-1, напряжение на разрядниках. Iд=38 кА
1 — РВУ-43-1, 2 — РВУ-43-4
Рис.
9. Вольтамперные характеристики разрядников.
Рис. 10. Электрическая прочность РВУ-43-1
1 – до коммутационных испытаний, 2 – после коммутационных испытаний
Электрическая прочность РВУ измерялась на высоковольтном стенде при приложении напряжения промышленной частоты. Результаты измерения напряжений пробоя РВУ-43-1 до и после коммутационных испытаний в схеме с ударным генератором представлены на вейбулловской координатной сетке на рис. 10. Экспериментальные данные удовлетворительно аппроксимируются вейбулловским распределением. Как видно из рис. 10 электрическая прочность разрядника возросла после коммутационных испытаний.
Заключение.
- Испытания показали надёжное включение вакуумных разрядников при напряжении 200-300 В.
- Определён предел отключающей способности испытанных разрядников. Новые модификации РВУ обладают более высокой отключающей способностью по сравнению с серийным РВУ-43. У РВУ-43-1 отказ (отключение тока защитным выключателем) произошёл при действующем значении тока 43 кА.
У модификации РВУ-43-4 отказов отключения тока не наблюдалось. - Модификации разрядников РВУ-43-1, РВУ-43-4 имеют пологую вольт-амперную характеристику, что характеризует их высокую коммутационную и отключающую способности.
- Наиболее высокую коммутационную способность показала модификация РВУ-43-4. Разрядникпропустил в общей сложности около 60 000 Кл и остался в рабочем состоянии.
- Новое поколения РВУ позволит сделать возможным создание токоограничивающих устройств нового типа для высоковольтных сетей.
У модификации РВУ-43-4 отказов отключения тока не наблюдалось.
Список литературы
- Воронин В.А., Любарский Д.Р., Подъячев В.Н., Патент RU2366055 от 01.08.2008.
- I.A. Rich, G.A. Farral, I. Umam, I.C. Sofignek Development of a high-power vacuum interrupter //EPRI Rep., EL-1895. Project 754-1. June 1981.
- D.F. Alferov,V.A. Sidorov Development of a High-Current Vacuum Arc in a Rod Electrode System, High Temperature 39 (2001) 801-808.
- Алферов Д.Ф. , Иванов В.П., Сидоров В.А. «Управляемые вакуумные разрядники: основные свойства и применение» ЭЛЕКТРО. 2002. №2. С. 31.
- Алферов Д.Ф., Козмиди П.К., Сидоров В.А. «Электрическая прочность управляемого вакуумного разрядника ПТЭ» 2010. №1. С.98.
, Иванов В.П., Сидоров В.А. «Управляемые вакуумные разрядники: основные свойства и применение» ЭЛЕКТРО. 2002. №2. С. 31.
1950 Westinghouse Разрядник 1-08 | |||
1949 г. Разрядник Westinghouse 500 кВ Объявление 2-08 (PDF 760k) | |||
Общий архив — Страница 43 из 336убийство мужчины в квартале 8400 по Аврора-авеню-Норт. В четверг утром детективы вручили два ордера на арест и взяли под стражу 18-летнего и 19-летнего мужчин. Полиция теперь будет работать с прокуратурой в качестве… [Продолжить чтение]
Рубрика: General
17 июля 2019 г. 15:16
Полиция Сиэтла изъяла большое количество наркотиков и наличные деньги у подозреваемого торговца после вынесения ордера в своей квартире в центре города во вторник. Отдел по борьбе с наркотиками совместно с Министерством внутренней безопасности арестовал 39-летний мужчина в понедельник и конфисковал 1,4 фунта метилендиоксиамфетамина (синтетический наркотик, похожий на… [Продолжить чтение]
Рубрика: Генерал, Западный участок
17 июля 2019 г. 12:40
Офицеры Западного участка вчера сосредоточились на акценте на наркотики вдоль Третьей авеню, особенно возле Йеслер-Уэй и Пайк-стрит, и арестовали несколько человек за преступления, связанные с наркотиками, и по ордерам.
Офицеры изъяли наркотики, в том числе крэк, метамфетамин и героин во время акцента. Автомобиль, связанный с одним из наркотик… [Продолжить чтение]
Рубрики: General
16 июля 2019 г., 12:38
Офицеры арестовали 42-летнего мужчину в многоквартирном доме в Беллтауне во вторник утром после сообщения о ножевых ранениях. Полиция была вызвана в квартал 2200 на 1-й авеню около 9:30 утра после получения сообщения о том, что 50-летний мужчина получил ножевое ранение в многоквартирном доме. Офицеры быстро обнаружили 42-летнего… [Продолжить чтение]
Рубрики: Общие
15 июля 2019 г. 15:27
Детективы проводят расследование после того, как мужчина был сбит грузовиком в квартале 5700 Admiral Way Юго-западное утро понедельника. Свидетели начали звонить 911, сразу после 8:45 утра, чтобы сообщить, что человек был сбит Ford Ranger, ехавшим в западном направлении в квартале 5700 по Admiral Way Southwest…. [Продолжить чтение]
Рубрика: General
11 июля 2019 г.
15:49
Офицеры арестовали угонщика автомобилей в Северном Сиэтле в среду после того, как он протаранил полицейскую машину, а затем попытался скрыться на кладбище. Около 14:00 офицеры заметили 24-летнего мужчину за рулем украденного универсала Subaru в квартале 11500 по Северному Каменному проспекту. Когда полицейские попытались остановить машину,… [Продолжить чтение]
Рубрика: General
9 июля 2019 г. 14:36
Полиция изъяла пистолет, метамфетамин и героин после поиска подозреваемого торговца наркотиками в лагере в зеленой зоне на королеве Анне в понедельник. Офицеры получили информацию о торговле наркотиками в палатке в лагере в лесистой местности недалеко от квартала 1900 на Тейлор-авеню-Норт,… [Продолжить чтение]
Рубрика: Общий
8 июля 2019 г. 10:03
Убийство Детективы расследуют обстоятельства смерти мужчины, найденного рано утром в понедельник в квартале 4500 на Юниверсити-Вэй, северо-восток. Примерно в 4:30 пожарная служба Сиэтла отреагировала на сообщение о человеке на автобусной остановке в этом квартале.