CC BY
16
УДК 621.3.027.3 ББК 31.2
ВВ. АШМАРИН, А.А. БЛОХИНЦЕВ
РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭРОЗИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗРЯДНИКА С ИСКАЖЕНИЕМ ПОЛЯ
Ключевые слова: разрядник с искажением поля, индуктивный делитель тока, эрозия электродов, искажение рельефа поверхности, металлокерамика, шероховатость поверхности электродов, фактор усиления поля, рентгеноструктурный анализ.
При разработке экспериментальных стендов для исследования быстропротекаю-щих электрофизических процессов силового воздействия сильных импульсных магнитных полей на проводящие материалы (электромагнитные ускорители масс) широкое применение нашли емкостные накопители энергии многомодульного исполнения. Каждый модуль коммутируется на нагрузку своим коммутатором. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, для расширения диапазона срабатывания накопителя, стабильности формирования многоканального разряда, обеспечения шунтирующего режима нагрузки, наиболее перспективными являются разработанные и исследованные многоканальные разрядники с искажением поля.
При работе экспериментальных стендов по условиям проведения эксперимента через малоиндуктивную нагрузку протекают импульсные токи с амплитудным значением более 106 А. При этом через каждый канал многоканальной коммутационной системы протекают токи более 100 кА, что накладывает повышенные требования к эрозионной стойкости электродов разрядника.
Установлено, что наряду с уносом массы электрода за счет эрозии происходит изменение рельефа его поверхности, это может привести к изменению пробивных напряжений. От этого напрямую зависят стабильность разрядных характеристик и синхронное срабатывание всех модулей накопителя. Поэтому актуальной задачей является проведение ресурсных испытаний разрядника с искажением поля и исследованием его эрозионных характеристик для выбора наиболее оптимального с точки зрения эрозионной стойкости материала электродов. На основе анализа результатов ресурсных испытаний и исследований эрозионных характеристик электродов разрядника установлено, что уменьшение статического пробивного напряжения разрядника в процессе его длительной эксплуатации не связано с механизмом ударной ионизации в поле микровыступов поверхности электродов, а обусловлено преимущественным осаждением на внутренних поверхностях изоляции продуктов эрозии.
Предложены аналитические выражения для расчета напряженности электрического поля Е вблизи микровыступов, фактора усиления поля Мп, условия самостоятельности разряда с учетом процессов ударной ионизации в поле микровыступа. Приведены данные о количественном изменении массы материала электродов, определены форма и размеры образующихся микронеровностей на поверхности электродов, рассмотрено условие равномерности распределения тока по каналам че-тырехканального разрядника, анализируется влияние указанных факторов на электрическую прочность разрядника в процессе эксплуатации.
Установлено, что формирование многоканального разряда в разряднике с искажением поля с электродами из ВНМ (вольфрам-никель—медь) позволяет получить незначительный равномерный износ электродов и обеспечить стабильность характеристик срабатывания коммутатора. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований дают возможность для обоснованного выбора основных конструктивных элементов разрядника по рекомендациям, предложенным в статье.
В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований влияния тока емкостного накопителя энергии на эрозию электродов рельсового разрядника с искажением поля (РИП). Протекание тока через промежуток приводит как к выбросу материала электродов с их поверхности, так и к искажению рельефа этой поверхности. Оба явления влияют на электрические характеристики промежутка, в первую очередь на его статическое пробивное напряжение ипр. Изучению эрозии электродов при токах сотни килоампер и протекающих через промежуток зарядах до десятков кулон посвящено много работ [1, 4, 6].
При этом вопрос эрозии, как правило, не связывался с проблемами сохранения стабильности величины ипр и равномерного распределения заряда Q по параллельным каналам разрядника. Поэтому при оценке материала, пригодного для изготовления электродов разрядника, необходимо и износ электродов, и изменение рельефа их поверхности учитывать одновременно.
При определении потерь материала электродов удобно использовать понятие удельной эрозии Му, представляющей собой отношение массы выброшенного материала т к протекшему за разряд через промежуток заряду Q:
т
м=т. (1)
Искажение рельефа поверхности электродов можно характеризовать величиной
и - и
Лн = —-^ 100%, (2)
ист ^ 7
где ист - статическое пробивное напряжение промежутка до прохождения тока через разрядник; ипр - статическое пробивное напряжение промежутка после прохождения тока через разрядник.
При заряде Q порядка 2-30 Кл за одно включение износ электродов при достаточно большом количестве коммутаций может быть значительным, что приводит к заметному изменению Лнст за счет увеличения промежутка между электродами и искажения рельефа поверхности. Даже при использовании композиционных материалов, имеющих высокую эрозионную стойкость, величина Лнст может быть более 10%. Поэтому оценка эрозионных характеристик композиционных материалов становится необходимой.
В настоящей работе испытаниям подвергался рельсовый РИП. Основу исследуемой конструкции составляют рельсы с индуктивным делителем тока (ИДТ) в виде гребенки (шириной 8 см), с зубцами (высотой 4 см и шириной 2 см) [2]. Электродная система с ИДТ обеспечивает соотношение индуктивно-стей канала разряда к индуктивности разрядной цепи Ьк/ Ьцр > 5-10- . При этом увеличивается постоянная времени развития неустойчивости системы параллельных импульсных дуг, что повышает вероятность равномерного распределения тока между каналами [5]. При питании от емкостного накопителя энергии это увеличение составляет около 30%.
На зубцах гребенки установлены электроды из металлокерамической композиции ВНМ (вольфрам - 75%, никель - 1,5%, медь - 23,5%). Главные
электроды представляли собой цилиндры с полусферическими концами диаметром 2 см, один из которых подключен к высоковольтной батарее конденсатов, а другой - к нагрузке. В межэлектродном промежутке располагались управляющие электроды - заостренные пластины толщиной 0,1 см, высотой и шириной 1 см. Электродная система с четырьмя параллельными каналами с межэлектродным зазором 0,69 см размещалась в камере, наполненной сухим воздухом при давлении р = 0,3 МПа. Статическое разрядное напряжение межэлектродных зазоров ист = 30 кВ. Внутренняя изоляция коммутатора была выполнена из фторопласта.
Разрядный ток в цепи обеспечивался батареей конденсаторов, состоящей из 9 конденсаторов типа ИК-25-12 суммарной емкостью 108 мкФ, и имел форму затухающей синусоиды с максимальным значением тока 300 кА, периодом 37 мкс, за один разряд через промежутки протекал заряд Q = 5,1 Кл. Индуктивность разрядной цепи составила 320 нГн. Исследовался режим однократной коммутации разрядника с частотой срабатывания 1 раз в 3 мин. После каждого разряда камера разрядника продувалась воздухом в течение 30 с. В процессе испытаний разрядник не вскрывался, электроды не шлифовались, внутренние детали не промывались. Электрическая прочность промежутков определялась до начала испытаний и после каждой серии из 100 разрядов.
В результате исследований получена зависимость статического пробивного напряжения ипр от числа коммутаций разрядника N (рис. 1), которая иллюстрирует необратимое уменьшение величины иир после многократных коммутаций. Используя полученную зависимость, можно по выражению (2) оценить величину Дист после любого числа разрядов. Установлено, что после 1000 коммутаций Дист = 6%.
ипр /ист
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
200 400
600
800
1000 N
Рис. 1. Зависимость статического пробивного напряжения ипр от числа коммутации N разрядника
0
Необходимо отметить, что ресурс разрядника характеризуется допустимым числом разрядов, при котором основные характеристики остаются достаточно стабильными. В качестве такой характеристики можно выбрать величину Дист и допустить в ряде конкретных применений разрядников [3, 12] отклонение Дист до ±10%.
Эрозионная стойкость разрядника зависит от равномерности распределения заряда по параллельным каналам. Критерием равномерности может служить масса эрозированного материала, определявшаяся путем взвешивания электродов до и после серии экспериментов из 1000 разрядов. Для взвешивания использовались аналитические весы WA-33 со среднеквадратичной погрешностью ±0,05-10-3 г. Общий заряд, коммутируемый разрядником за 1000 разрядов, составил 5100 Кл.
Результаты измерений приведены в табл. 1, где т1 - масса электродов до испытаний; т2 - масса электродов после 1000 разрядов; т - унесенная масса, Му - удельная эрозия электродов; Дист - величина относительного изменения статического пробивного напряжения.
Таблица 1
Параметры эрозии электродов
Расположение и номера электродов РИП Параметры эрозии электродов с указанными номерами
шь г т, г т, г Му, г/Кл10-3 Лмст, %
1 4 5 -О | О- 1 канал 1-79,4756 4-2,68 5-70,1321 1-78,4496 4-2,47 5-68,90 1-1,026 4-0,21 5-1,2321 1-1,9 4-0,389 5-2,28 6
2 3 6 -О | О- 2 канал 2-77,3254 3-2,56 6-69,9882 2-76,3054 3-2,2 6-68,7268 2-1,02 3-0,36 6-0,2614 2-1,9 3-0,66 6-2,33 6
3 2 7 -О | О- 3 канал 3-80,7854 2-2,23 7-67,8096 3-79,7654 2-1,95 7-66,65 3-1,02 2-0,28 7-1,1596 3-1,9 2-0,52 7-2,15 6
4 1 8 -О | О- 4 канал 4-81,5528 1-2,38 8-70,0348 4-80,6144 1-2,19 8-68,879 4-0,9384 1-0,19 8-1,1558 4-1,74 1-0,35 8-2,14 6
Анализ данных показывает, что электрод высокого напряжения теряет в среднем 1,86-10-3 г/Кл за разряд, электрод нагрузки - 2,225-10-3 г/Кл, а управляющий электрод - 0,48-10-3 г/Кл. Отличие в величине удельной эрозии электродов, образующих параллельные каналы разрядника, незначительно и не превышает 8%. Этот факт говорит о том, что заряд, протекающий через электроды разрядника, распределяется практически равномерно по искровым каналам. При этом удельная эрозия электродов в (4-6) раз ниже, чем в режиме одноканальной коммутации разрядника.
Из сравнения удельной эрозии электродов из металлокерамики вольфрам-никель-медь, для которой Му < 2,33-10-3 г/Кл, с удельной эрозией электродов из композиционного материала ВДПМ, состоящей из 35% W и 15% Си, имеющей Му = 5,9-10-3 г/Кл [11], и с удельной эрозией электродов из металлокерамики железо-медь-сурьма, имеющей Му = 5,1-10-3 г/Кл [8], следует, что наиболее износоустойчивым является первый из перечисленных материалов. Следовательно, износ электродов из ВНМ наименьший, а величина Дист близка к минимальной.
После 1000 разрядов промежуток между главными электродами увеличился на 0,05 см (7%), а высота управляющих электродов уменьшилась в
среднем на 0,093 см (9,3%). Выброс материала с поверхности электродов способствует увеличению пробивного напряжения ипр. С другой стороны, появляются микро- и макронеровности на поверхности электродов, которые уменьшают пробивное напряжение. Так как в результате этих процессов величина пробивного напряжения ипр не возрастает, то можно предположить, что изменение Дист в первую очередь определяется появлением выступов на поверхности электродов или загрязнением электродной системы и поверхности изоляции под действием продуктов разложения. Измерение параметров шероховатости поверхности электродов проводилось по методике [7] с помощью профилометра-профилографа «Та^егТ-Ю», имеющего погрешность измерения 3%, радиус щупа 2-10-6 м. Результаты измерений параметров шероховатости поверхности электродов, показывающие высоту неровностей профиля по десяти точкам Л2, наибольшую высоту неровностей профиля Лтах, опорную длину профиля ¿в, плотность выступов Ов и впадин Овп, значение максимальной высоты местных неровностей профиля к для третьего канала разрядника (см. табл. 1) приводятся в табл. 2.
Таблица 2
Параметры шероховатости поверхности электродов после 1000 разрядов
Характеристика состояния электродов Значение параметров шероховатости поверхности электродов
Я» см-10-4 О -**шах9 см-10-4 ^в, см-104 Вв, на 0,1 см Ввп, на 0,1 см к, см-10-4
Исходное состояние электродов 3 и 7 2,6 4,2 0 6 5,5 6
Электрод высокого напряжения 3, после 1000 разрядов 41,7 73,8 60 9 6 130
Электрод, подключенный к нагрузке 7, после 1000 разрядов 34,8 54,6 60 9,5 7,5 100
Рельеф поверхности представляет собой чередование выступов и впадин относительной средней линии. Из табл. 2. следует, что после 1000 разрядов Я2 и Лтах возрастают в 10-15 раз, для электрода 3 значение максимальной высоты выступа к = 130-10-4 см, для электрода 7 значение максимальной высоты выступа к = 100-10-4 см. Опорная длина профиля (т.е. ширина выступа) 1в одинакова для электрода высокого напряжения и электрода, подключенного к нагрузке не превышает 60-10 см.
Таким образом, после 1000 разрядов на поверхности электродов образуются микровыступы, которые можно представить в форме вытянутых полуэллипсоидов вращения высотой 130-10-4 см и опорной длиной 60-10-4 см.
Образовавшиеся на поверхности электродов микровыступы создают поле, которое может оказывать влияние на статическое пробивное напряжение иир разрядника. Величина напряженности электрического поля Е вблизи микровыступа определялась как решение задачи об электрическом поле эллипсоида вращения, помещенного в равномерное поле с напряженностью Еср. Выражение для определения величины Е получено на основании формулы
для распределения потенциала [9]. При отношении большой и малой полуосей эллипсоида вращения Н / ¿в > 1 выражение для Е поля на вершине микровыступа, окруженного четырьмя аналогичными микровыступами, может быть представлено в следующем виде:
Е=Е- и
А, Г1
1 1 1
2 1 + | 2 |-1
- +
1
Л
Н А-
(
а
1 1 1 1
+
1
\
+
+
Аз
А
А
А
11
11
2 | +1 2 1 -1 1 1 1 1
+
+
Н2 + А а%Ц2 А
А ^ 2 | +1 2 | -1 |
Г11 11 1 ^
2 г|3 +1 2 |3 -1
+
| 32
2 | + 1 2 |-1 |
а4|4.
Н2
а12|1
+
аз 1з
-+(3)
где Еср - средняя напряженность поля в промежутке; | =— - обобщенная
координата; а1 = ^Н2 - /в2; гг- - расстояние от вершины выступа до центров рядом расположенных выступов; А, А1, А 2, А 3, А 4, А 5 - матрицы определителей пяти линейных уравнений.
Для этого случая фактор усиления поля Мп на вершине микровыступа, окруженного четырьмя аналогичными микровыступами, т.е. отношение напряженности электрического поля Е на вершине эллипсоида к средней напряженности поля в промежутке Еср, рассчитанный по формуле (3), равен Мп = 5,3.
Условие самостоятельности разряда с учетом процессов ударной ионизации в поле микровыступа, имеющего форму вытянутого полуэллипсоидов вращения с параметрами Н и Мп, согласно [1], запишется в виде
(
ёт
Е
У
— - С к Р
/
НА Е
---ехр
2Вп р
Вр МпЕ
К
Р '
(4)
где р = 3105 Па - давление газа; тх = 0,2'105 Па'см/кВ; С = 24 1 05 кВ/смПа; А = 0,12 1/см'Па; В = 34010-5 кВ/см'Па; К = 37,22 - коэффициент аппрокси-
Н
мации для воздуха; п = 1п--1 = -0,92 - постоянная, зависящая от парамет-
2в
ров микровыступа Н и ¿в.
Решение уравнения (4) графическим методом относительно Е позволяет найти степень и характер влияния состояния поверхности электродов РИП на пробивное напряжение ипр зазора. Результаты проведенных численных расчетов показали, что при Н = 130' 10-4 см и Мп = 5,3 пробивное напряжение не изменяется и равно ипр = 30 кВ после 1000 разрядов. Анализ показывает, что для уменьшения Цпр более чем на 10% изменение рельефа поверхности должно быть таким, чтобы выполнялось условие Мп > 10.
Таким образом, микровыступы на поверхности электродов с Н = 13010-4 см и Мп = 5,3 не оказывают влияния на пробивное напряжение ипр разрядника. Изменение величины Аист обусловлено, следовательно, загрязнением электродной
2
Н
2
Н
а
+
системы и поверхности изоляции под действием продуктов разложения. Этот вывод следует из проверки, которая проводилась следующим образом.
После 1000 разрядов разрядник вскрывался, внутренние детали промывались, поверхность главных и управляющих электродов тщательно очищалась. После этого проводилось 25 контрольных испытаний, результаты которых сравнивались с исходными данными, полученными в начале ресурсных испытаний. Так как пробивное напряжение Цс практически восстанавливается до исходного, естественно предположить, что изменение значения в процессе испытаний обусловлено воздействием продуктов разложения диэлектрика и паров металла на электродную систему и поверхность изолятора.
Кроме того, после 1000 разрядов был проведен рентгеноструктурный анализ главных электродов РИП, который основывался на методе отношения интенсивностей аналитических линий [10]. В качестве анализируемой фазы была выбрана медь. С помощью фотометрирования рентгенограмм определялось среднее значение концентрации меди в электродах разрядника. Зависимость концентрации меди от глубины исследуемого слоя главных электродов приведена на рис. 2.
/
0 20 40 SO S0 100 h, м 10"6
Рис. 2. Зависимость концентрации меди от глубины исследуемого слоя главных электродов: 1 - исходные электроды; 2 - электрод, подключенный к нагрузке 7;
3 - электрод высокого напряжения 3
Из рисунка видно, что концентрация меди в поверхностных слоях главных электродов после 1000 разрядов ниже, чем в исходных электродах. Для композиции ВНМ до проведения ресурсных испытаний концентрации меди xCu в поверхностных слоях составляла 9% (кривая 1), а после испытаний концентрация меди в электроде 3 стала равной 4% (кривая 3), а в электроде 7 - 7% (кривая 2). Различие между кривыми 2 и 3 имеет место до глубины 50'10-4 см, при больших глубинах зависимости совпадают. Следовательно, при разрядах медь с поверхности электродов испаряется, а структура вольфрамового каркаса остается практически неизменной.
Таким образом, по результатам проведенных испытаний установлено, что ресурс безотказной работы разрядника составляет более 1000 разрядов. В РИП с индуктивным делителем тока при выполнении условия Ьк / > 5'10-2 обеспечивается равенство эрозированной массы электродов, что свидетельствует о рав-
номерном (в среднем) распределении тока по каналам и сохранении в допустимых пределах основных характеристик коммутатора.
Незначительное уменьшение статического пробивного напряжения разрядника с электродами из металлокерамики BHM при величине протекающего заряда Q < 51GG Кл обусловлено загрязнением электродной системы вследствие абляции и металлизации изолятора. Внутренние изоляционные детали из фторопласта изнашиваются достаточно сильно - после 1GGG разрядов на них наблюдались отколы и незначительные локальные разрушения.
Основные результаты проведенных ресурсных испытаний РИП могут быть сформулированы следующим образом:
- в многоканальном РИП с использованием ИДТ при выполнении условия Lr / Lw > 5-1G-2 обеспечивается равенство эрозированной массы электродов, что свидетельствует о равномерном распределении тока по каналам;
- формирование многоканального разряда в РИП с электродами из BHM позволяет получить незначительный равномерный износ электродов, обеспечивающий стабильность пробивных напряжений разрядных промежутков;
- образующиеся микровыступы на поверхности главных электродов РИП практически не оказывают влияние на ипр промежутков;
- уменьшение ипр РИП с электродами из металлокерамики BHM при значении протекающего заряда Q < 51GG Кл обусловлено загрязнением электродной системы вследствие абляции и металлизации изолятора.
Литература
1. Авруцкий В.А., Гончаренко Г.М., Прохоров Е.Н. Влияние шероховатости электродов на электрическую прочность газов // Журн. техн. физики. 1978. Т. 43, вып. 3. С. 615-619.
2. А.с. СССР № 983852 MKH3 HOIT3/GG HOIT5/GG. Mногоканальный искровой разрядник / Ашмарин В.В., Блохинцев A.A., Калихман С.А. Опубл. 23.12.82. Бюл. № 47. 2 c.
3. Ашмарин В.В. Коммутаторы емкостного накопителя энергии для электродинамического ускорителя массы: автореф. дис. ... канд. техн. наук. M., 1994. 19 с.
4. Ашмарин В.В., Блохинцев А.А. Разработка и исследование шунтирующего разрядника для мощных емкостных накопителей энергии, работающих на малоиндуктивные электродинамические устройства // Вестник Чувашского университета. 2G18. № 1. С. 14-23.
5. Ашмарин В.В., Калихман С.А. Динамика системы параллельных импульсных дуг с индуктивным делителем тока // Электротехника. 1981. № 9. C. 17-18.
6. Крастелев Е.Г., Калинин Ю.Г., Черненко А.С. Усовершенствованный разрядник для генераторов импульсного напряжения установки «Стенд-300» // Приборы и техника эксперимента. 2G14. № 2. С. 35-42.
7. Mетодика выполнения измерений параметров шероховатости поверхности но ГОСТ 2789-73 нри помощи приборов профильного метода MH / 41-75. M.: Изд-во стандартов, 1975.
8. Наймарк Г.В. Разработка управляемых многозазорных разрядников для импульсных установок высокого напряжения: дис. ... канд. техн. наук. M.: MЭИ, 1982. 2G7 с.
9. Смайт В. Электростатика и электродинамика. M.: Изд-во иностр. лит., 1954. 6G4 с.
1G. Суворов Э.В. Mатериаловедение: методы исследования структуры и состава материалов. 2-е изд., нерераб. и дон. M.: Юрайт, 2G19. 18G с.
11. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электродов / Г.В. Буткевич, Г.С. Белкин и др. M.: Энергия, 1978. 25G с.
12. Lee Li, Cai Li, Yu Feng, Nan Jing, Zhou Zheng-Yang, Lin Fu-Chang. Analysis of electrical contact temperature rise in spark gap switches with graphite electrodes. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2G11, vol. 18, iss. 4, pp. 1144-1148.
АШМАРИН ВАСИЛИИ ВАСИЛЬЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (ashmarin1953@yandex.ru).
БЛОХИНЦЕВ АНАТОЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (blokhintsev46@mail.ru).
V. ASHMARIN, A. BLOKHINTSEV LIFE TESTING AND EROSION CHARACTERISTICS OF THE DISCHARGER WITH FIELD DISTORTION
Key words: arrester with field distortion, inductive current divider, erosion of electrodes, distortion of the surface topography, cermet, surface roughness of electrodes, enhancement factor of the field, x-ray analysis.
When developing experimental stands for the study offast-flowing electrophysical processes of the force action of strong pulsed magnetic fields on conductive materials (electromagnetic mass accelerators), capacitive multi-module energy storage devices were widely used. Each module is switched to the load by its own switch. As shown by theoretical and experimental studies, to expand the range of operation of the drive, to ensure stability of the formation of multi-channel discharge and to provide a shunt load mode, the developed and studied multichannel dischargers with field distortion are the most promising.
When pilot stands operate, according to the experimental conditions, pulse currents with an amplitude value of more than 106 A flow via a low-inductance load. In this case, currents exceeding 100 kA flow through each channel of multi-channel commutation system, which imposes higher requirements on erosion resistance of the arrester electrodes. It was found that along with the loss of the electrode mass due to erosion, there is a change in the topography of its surface, this can lead to a change in the breakdown stresses. This directly affects the stability of the bit characteristics and synchronous operation of all storage modules. Therefore, an urgent task is to conduct resource tests of the spark gap with field distortion and study its erosion characteristics to select the most optimal in terms of erosion resistance of the electrode material.
Based on the analysis of the results of resource tests and studies of the erosion characteristics of the spark gap electrodes, it was found that the decrease in the static breakdown voltage of the spark gap during its long-term operation is not associated with the mechanism of shock ionization in the field of micro-steps on the top of the electrodes, but is due to the predominant deposition of erosion products on the internal insulation surfaces. Analytical expressions are proposed for calculating the value of the electric field strength E near micro-steps, the field amplification factor Mp, and the condition of discharge independence, taking into account the processes of shock ionization in the micro-protrusion field. The paper provides the data on the quantitative change in mass of the material of the electrode, defines the shape and dimensions of asperities on the electrode surface, consideres the condition of uniformity of the current distribution through channels of four-channel discharger, and analyses the impact of these factors on the dielectric strength of the arrester in service.
It was found that the formation of a multi-channel discharge in a spark gap with a field distortion with electrodes made of metal alloy «tungsten-nickel-copper» allows for a small uniform wear of the electrodes and provides stability of the switching response characteristics. The results of the conducted theoretical and experimental studies make it possible to make a reasonable choice of the main design elements of the spark gap according to the recommendations proposed in the article.
References
1. Avrutskii V.A., Goncharenko G.M., Prokhorov E.N. Vliyanie sherokhovatosti elektrodov na elektricheskuyu prochnost' gazov [Effect of electrode roughness on the electrical strength of gases]. Zhurnal tekhnicheskoifiziki, 1978, vol. 43, iss. 3, pp. 615-619.
2. Ashmarin V.V., Blokhintsev A.A., Kalikhman S.A. Mnogokanal'nyi iskrovoi razryadnik [Multi-channel spark gap]. Patent SSSR, no 983852, 1982.
3. Ashmarin V.V. Kommutatory emkostnogo nakopitelya energii dlya elektrodinamicheskogo uskoritelya massy: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. [Capacitive energy storage switches for an electrodynamic mass accelerator. Abstract of Cand. Diss.]. Moscow, 1994. 19 p.
4. Ashmarin V.V., Blokhintsev A.A. Razrabotka i issledovanie shuntiruyushchego razryadnika dlya moshchnykh emkostnykh nakopitelei energii, rabotayushchikh na maloinduktivnye elektrodina-micheskie ustroistva [Development and research of a shunt arrester for high-power capacitive energy storage devices operating on low-inductive electrodynamic devices]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2018, no. 1, pp. 14-23.
5. Ashmarin V.V., Kalikhman S.A. Dinamika sistemyparallel'nykh impul'snykh dug s induktiv-nym delitelem toka [Dynamics of a system of parallel pulse arcs with an inductive current divider]. Elektrotekhnika, 1981, no. 9, pp. 17-18.
6. Krastelev E.G., Kalinin Yu.G., Chernenko A.S. Usovershenstvovannyi razryadnik dlya gene-ratorov impul'snogo napryazheniya ustanovki «Stend-300» [Improved spark gap for pulse voltage generators of the "Stand-300" installation»]. Pribory i tekhnika eksperimenta, 2014, no. 2, pp. 35-42.
7. Metodika vypolneniya izmereniiparametrov sherokhovatostipoverkhnostipo GOST 2789-73 pri pomoshchi priborov profil'nogo metoda MI/41-75 [Method for performing measurements of surface roughness parameters in accordance with GOST 2789-73 using devices of the MI /41-75 profile method]. Moscow, 1975.
8. Naimark G.V. Razrabotka upravlyaemykh mnogozazornykh razryadnikov dlya impul'snykh ustanovok vysokogo napryazheniya: dis. ... kand. tekhn. nauk [Development of controlled multi-phase arresters for high-voltage pulse installations. Cand. Diss.]. Moscow, 1982. 207 p.
9. Smait V. Elektrostatika i elektrodinamika [Electrostatics and electrodynamics]. Moscow, 1954,
604 p.
10. Suvorov E.V. Materialovedenie: metody issledovaniya struktury i sostava materialov. 2-e izd, pererab. i dop. [Materials science: methods for studying the structure and composition of materials: a textbook for academic undergraduate courses. 2nd ed.]. Moscow, Yurait Publ., 2019, 180 p.
11. Butkevich G.V., Belkin G.S. et al. Elektricheskaya eroziya sil'notochnykh kontaktov i elektrodov [Electrical erosion of high-current contacts and electrodes]. Moscow, Energiya Publ., 1978, 250 p.
12. Lee Li, Cai Li, Yu Feng, Nan Jing, Zhou Zheng-Yang, Lin Fu-Chang. Analysis of electrical contact temperature rise in spark gap switches with graphite electrodes. [Analysis of electrical contact temperature rise in spark gap switches with graphite electrodes] IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2011, vol. 18, iss. 4, pp. 1144-1148.
ASHMARIN VASILIY - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Life Safety and Environmental Engineering Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (ashmarin1953@yandex.ru).
BLOKHINTSEV ANATOLIY - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Associate Professor of Life Safety and Environmental Engineering Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (blokhintsev46@mail.ru).
Формат цитирования: Ашмарин В.В., Блохинцев А.А. Ресурсные испытания и эрозионные характеристики разрядника с искажением поля // Вестник Чувашского университета. -2020. - № 1. - С. 47-56.
