Искажение поля. Параллельное включение разрядников, страница 2

Эти меры необходимы для уменьшения времени коммутации разрядника, уменьшения его сопротивления (омического и индуктивного), увеличения ресурса и пропускной способности по току:

.

4.3.3.1. Кабельная развязка

Наиболее просто в ГИТ реализуется кабельная развязка, когда на одну нагрузку включается большое количество емкостных модулей, каждый из которых содержит свой разрядник. Модуль содержит С_i, P_i, K_i.

Кабели K_i здесь используются как элементы для передачи энергии от накопителя к нагрузке, это – основное его назначение. А также он является элементом развязки между отдельными блоками, модулями. Дело в том, что для надежной работы всей системы, т.е. для эффективного включения всех разрядников, необходимо обеспечить временную развязку между ними.

Например, при пробое разрядника P₁ волна напряжения распространяется от K₁, достигает нагрузки, и затем по кабелям K₂ – K_i поступает на другие  разрядники. При приходе волны напряжения на разрядники P₂ – P_i напряжение на них частично снимается, после чего запустить эти разрядники практически невозможно. Отсюда условие эффективного запуска разрядников запишется так:

, где

V_k –скорость распространения ЕМ – волны по кабелю,

l – длина кабеля

 - разброс времени срабатывания разрядника.

Это условие означает, что все разрядники включаются за время, меньше времени двойного пробега ЕМ волны по кабелю, и сработавшие «ранние» разрядники не оказывают неблагоприятного влияния на «поздние» разрядники. Этим и достигается эффективное и независимое включение всех разрядников.

4.3.3.2. Многоканальная коммутация

При напряжении накопителей более 10⁵ В кабельная развязка неприемлема, т.к. необходимо большое количество линий из кабелей высокого напряжения. Тогда, как правило, используется многоканальная коммутация. Кроме того, многоканальная коммутация необходима, когда требуется иметь малую индуктивность.

Проблема многоканальной коммутации значительно сложнее, чем параллельного включения разрядников, поскольку мало время развязки между соседними каналами. Схематично это выглядит так:

После одновременной подачи импульса запуска U_з на все тригатронные узлы З начинается прорастание стримеров к противоположному электроду. Эти стримеры формируются в конфигурации остриё – плоскость. Из-за статистического разброса во времени проявления стримеров длина стримера в каждом конкретном тригатронном узле – различна, и всегда существует стример, который первым достигает противоположного электрода. Остальные стримеры в этот момент «проросли» на разные расстояния вглубь промежутка (см. рис.). По первому проросшему стримеру начинается коммутация разрядника. Как известно, характеристика коммутации – это время спада напряжения на разряднике. Очевидно, что разброс во времени прорастания всех каналов Δt должен быть существенно меньше величины t_k. Тогда на начальном участке спада кривой U_p(t) успеют прорасти все каналы и будет осуществлена эффективная коммутация разрядника по этим каналам.

В том случае, если Δt сравнимо и даже больше t_k , первый проросший стример осуществляет коммутацию разрядника и снимает напряжение между электродами. Не проросшие до конца стримеры «отмирают» поскольку электрическое поле в промежутке практически исчезает, и многоканальный режим коммутации не реализуется.

Эмпирические выражения для обозначения эффективной многоканальной коммутации:

, где Δt – допустимое время, в течение которого срабатывают N каналов(допустимый разброс);

t_k – время коммутации одного канала;

 - время развязки между соседними каналами, т.е. время пробега ЭМ волны от одного канала до другого,

l – общая длина электродов,

c – скорость света в диэлектрике, в котором осуществляется коммутация,

N – число параллельных каналов.

Для уменьшения времени t_k применяют следующие меры:

1)  импульсная зарядка (уменьшение времени подачи напряжения на электроды разрядника и увеличения на нем напряжения)

2)  увеличение крутизны импульса запуска;

3)  использование геометрий, дающих резко неоднородное поле при поступлении импульса запуска на разрядник, например, острие – плоскость в тригатронном варианте, и лезвие – плоскость в разряднике с искажение поля.

4.3.4. проблемы искровой частотной коммутации