автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Физико-технические основы создания вакуумных электрических аппаратов для коммутации импульсных и постоянных токов

Алферов Дмитрий Федорович

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДЛЯ КОММУТАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ И ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

Специальность: 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

-о СЕН 2010

Москва-2010

004607979

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина». Государственный научный центр РФ.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Ульянов Константин Николаевич доктор технических наук, профессор Пупынин Владимир Николаевич доктор технических наук, Лавринович Валерий Александрович

Ведущая организация: Государственный научный центр Российской

Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ), г. Троицк

Защита состоится » ^лг^/сЛ 2010 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 217.039.02 при Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина» по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина».

Автореферат разослан д^г^С^ 2010 1

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, старший научный сотрудник Корявин А.Р.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время в электрических сетях среднего и высокого (до 110 кВ) класса напряжения все более широкое применение находят традиционные вакуумные коммутационные аппараты (выключатели и контакторы переменного тока и др.). Значительный вклад в разработку вакуумных выключателей переменного тока в нашей стране внесли сотрудники ВЭИ: Белкин Г.С., Воздвиженский В.А., Лукацкая И.А., Перцев A.A., Потокип B.C., Ромочкин Ю.Г и др. Однако существуют области техники, в которых возможности применения традиционных вакуумных аппаратов сильно ограничены. К таким областям нетрадиционных применений можно отнести электроимпульсные технологии (мощные электрофизические установки, магнитно-импульсная сварка и штамповка, электрогидравлическая и электроимпульсная обработка материалов и др.), в которых коммутационный аппарат должен быстро (единицы микросекунд и менее) включаться и обеспечивать многократное пропускание импульсных токов до сотен килоампер длительностью до единиц миллисекунд. Малое время включения и его разброса требуется, в частности, для параллельного подсоединения большого (десятки) количества аппаратов. Другой областью нетрадиционных применений является коммутация цепей постоянного тока, которая невозможна с помощью вакуумных выключателей переменного тока без применения специальных мер.

Одним из востребованных типов импульсных вакуумных коммутационных аппаратов являются разрядники вакуумные управляемые (РВУ). Основным элементом РВУ является электродная система, содержащая два основных и один управляющий электроды. Электродная система размещается в герметизированном корпусе отпаянной конструкции, который выполняет также функции изолятора. Управляющий электрод устанавливается на одном из основных электродов и отделяется от него с помощью диэлектрической вставки - поджигающего промежутка. Расстояние между основными электродами всегда фиксировано и определяется требуемой электрической прочностью вакуумного промежутка. Разрядник содержит также экранную систему, которая защищает внутренние стенки корпуса от металлизации продуктами эрозии основных электродов.

В связи с возрастающими требованиями потребителей и расширением области применения возникла необходимость в повышении предельных параметров РВУ в соответствии с потребностями электроимпульсных технологий и энергетики. В частности, для успешного применения РВУ в мощных злектроимпульсных технологиях необходимо было повысить коммутируемый ими ток от 100 кА до 500 кА, количество электричества в импульсе от десятков до сотен кулон и ресурс от тысячи до сотен тысяч включений в широком диапазоне коммутируемых токов. Весьма важным направлением совершенствования вакуумных разрядников является также уменьшение уровня рассеиваемой в вакуумном промежутке энергии на начальной стадии формирования проводимости разрядного канала, что особенно существенно при коммутации микросекундных импульсов тока. Однако дальнейшее совершенствование

конструкции РВУ было невозможно без более глубокого понимания физических процессов, определяющих инициацию и развитие сильноточного дугового разряда в вакуумных промежутках. Поэтому задача разработки физико-технических основ создания РВУ с повышенными технико-экономическими параметрами является актуальной.

Другой актуальной задачей, которая может быть решена с помощью вакуумных коммутационных аппаратов, является замена существующих высоковольтных выключателей постоянного тока с открытой электрической дугой, например, на железнодорожном транспорте. В вакуумных выключателях в качестве дугогасительного устройства используются вакуумные дугогасительные камеры (ВДК). Дуга отключения, возникающая при размыкании контактами ВДК цепи тока, горит в парах материала контактов и гаснет при переходе переменного тока через нулевое значение. Для отключения постоянного тока в ВДК необходимо применять специальные меры.

Одним из известных способов гашения дуги постоянного тока является формирование в вакуумном промежутке поперечного магнитного поля. Поперечное магнитное поле нарушает устойчивость горения вакуумной дуги, что приводит к быстрому росту напряжения на вакуумном промежутке и обрыву тока в ВДК. Однако, несмотря на многолетнее изучение возможности реализации такого способа гашения дуги, его применение сдерживалось недостаточной надежностью отключения тока, что могло быть обусловлено отсутствием адекватной физической модели гашения дуги в поперечном магнитном поле. Эта задача сохранила свою актуальность и до настоящего времени. В связи с этим исследование гашения дуги в ВДК с поперечным магнитным полем на напряжение до 4 кВ является важной научно-технической задачей, на решение которой направлена данная работа.

Цель работы. Разработка физико-технических основ создания вакуумных коммутационных аппаратов для электроимпульсных технологий и для цепей постоянного тока посредством изучения процессов, определяющих динамику проводимости сильноточного электрического разряда и его гашения в вакуумных промежутках различной конфигурации.

Работа ориентирована на разработку и создание новых типов высоковольтных вакуумных коммутационных аппаратов, обладающих высокой надежностью, малыми эксплутационными затратами и экологической чистотой.

Основные задачи исследований.

При совершенствовании конструкций РВУ возникает ряд проблем, связанных с обеспечением зачастую противоречивых требований: малые и стабильные времена включения, устойчивое развитие разряда в начальной и дуговой стадии, надежность включения, высокая коммутационная способность, большой ресурс и высокие номинальные напряжения. Решение каждой из перечисленных проблем непосредственно связано с изучением физических явлений, определяющих развитие разряда в РВУ. Работа велась по следующим направлениям:

- изучение влияния параметров разрядного тока и инициирующего разряда на развитие сильноточного импульсного дугового разряда в вакуумных промежутках различной конфигурации с целью определения способов повышения надежности и уменьшения времени включения РВУ;

- изучение различных способов инициации сильноточного вакуумного дугового разряда с целью повышения ресурса узла поджига РВУ;

- исследование коммутационных характеристик сильноточных разрядников с целью изучения возможности повышения ресурса РВУ при коммутации токов более 100 кА;

- разработка научных основ повышения предельных параметров РВУ путем совершенствования конструкции электродной системы и оптимизации параметров инициирующего разряда для различных режимов работы.

Другой задачей, на решение которой направлена настоящая работа, является определение условий, обеспечивающих отключение постоянного тока в поперечном магнитном поле. Для выполнения этой задачи, работа велась по следующим основным направлениям:

- выбор и обоснование конструкции контактной системы ВДК с внешним поперечным магнитным полем;

- экспериментальное и теоретическое исследование условий нарушения устойчивости и гашения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле в зависимости от индукции магнитного поля, геометрии вакуумного промежутка и параметров внешней цепи;

- разработка научных основ создания вакуумных коммутационных аппаратов постоянного тока для требуемых режимов коммутации.

Объект и предметы исследований. Объектом исследований являлся сильноточный разряд в вакуумных промежутках различной конфигурации, который обладает рядом специфических свойств, отличающих его от других форм газового разряда. Характер развития вакуумного дугового разряда существенно зависит от режима горения дуги, геометрии электродной системы вакуумного промежутка и распределения магнитного поля как собственного, так и внешнего.

В качестве предметов исследований использовались макетные образцы электродной системы РВУ различной конфигурации и макетные образцы ВДК. В межконтактном промежутке последних формировалось аксиально-симметричное преимущественно радиальное магнитное поле.

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на высоковольтных сильноточных стендах отдела 0200 ФГУП ВЭИ, оснащенных современной системой управления и диагностики, обеспечивающей одновременную регистрацию электрических характеристик разряда, импульсов зондового тока и излучения плазмы. Результаты измерений обрабатывались и оформлялись с помощью программ WaveStar и ORIGIN. Теоретические исследования проводились путем разработки феноменологических и физических моделей. При решении поставленных задач использовались методы статистической обработки экспериментальных данных, методы матема-

тического анализа, методы теории электрических цепей и методы численного решения уравнений на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Предложена и апробирована оригинальная методика времяпролетных измерений скорости ионов с помощью плоского ленгмюровского зонда. Методика позволяет определить среднюю и направленную скорость ионного потока по измеренной зависимости зондового тока во времени.

2. В дуговой стадии импульсного разряда при скорости нарастания тока сЧ/Л > 2-109 А/с и длине вакуумного промежутка 10 мм обнаружено формирование устойчивого цилиндрического разрядного канала. Показано, что с увеличением йУА > Ю10 А/с происходит нарушение устойчивости развития сильноточного вакуумного дугового разряда, сопровождающееся значительными осцилляциями напряжения и немонотонностью роста тока. На этой стадии обнаружено существенное изменение свечения плазмы и образование разрывов в разрядном канале. Впервые установлено наличие временной корреляции между изменениями электрических параметров разряда и динамикой свечения плазмы разрядного канала и пятен на электродах. Полученные результаты позволили определить требования к параметрам инициирующего разряда и длине вакуумного промежутка, обеспечивающие устойчивое развитие сильноточного разряда при высокой скорости нарастания тока и, следовательно, минимальные энергетические потери, что важно для повышения ресурса узла поджига РВУ.

3. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия образования катодных пятен под плазмой вакуумного разряда с током 1Х при напряжении 17: 1,4и > О, где постоянная С определяется материалом электродов и состоянием поверхности катода. Предложена и экспериментально апробирована методика расчета коммутационных характеристик РВУ с отделенным от катода вспомогательным импульсным источником плазмы. Методика позволяет оптимизировать параметры вспомогательного источника. Полученные результаты способствовали разработке новых способов инициации разряда с целью повышения ресурса РВУ.

4. В результате экспериментального исследования инициации и развития импульсного сильноточного вакуумного разряда в стержневой электродной системе обнаружено явление быстрого перехода разряда от узла поджига в межстержневые промежутки. Найдено пороговое значение тока перехода /к = 5 - 9 кА, которое практически не зависит от скорости нарастания тока. Установлена корреляция между моментом появления резкого спада напряжения на вакуумной дуге и моментом образования нового разрядного канала в межстержневом промежутке. Предложена феноменологическая модель развития сильноточного дугового разряда в нестационарном пространственно-неоднородном скрещенном электромагнитном поле стержневой электродной системы. Полученные результаты позволили определить требования к конструкции стержневой электродной системы, обеспечивающие высокую коммутационную способность РВУ.

5. Предложена оригинальная конструкция ВДК, в межконтактном промежутке которой формируется аксиально-симметричное преимущественно радиальное магнитное поле. Обнаружены и исследованы две характерные стадии развития дуги отключения, присущие практически всем вакуумным промежуткам с аксиально-симметричным магнитным полем: устойчивая и неустойчивая, которая характеризуется значительными осцилляциями напряжения и тока. Обнаружено, что в момент перехода из устойчивой стадии дуги в неустойчивую дуговой канал в межконтактном промежутке погасает.

6. Впервые определено распределение длительности устойчивой стадии дуги и тока отключения в вакуумном промежутке с поперечным магнитным полем при различных значениях индукции магнитного поля и параметрах внешней цепи. Установлено, что в магнитном поле экспериментальные распределения продолжительности устойчивой стадии дуги и отключаемого тока до 300 А удовлетворительно описываются двухпараметрическим вейбулловским законом с параметром формы Ь> 1, т.е. отличаются от экспоненциального распределения, присущего вакуумным промежуткам без внешнего магнитного поля. Из этих результатов следует, что наложение аксиально-симметричного магнитного поля изменяет статистические свойства вакуумной дуги отключения.

7. Впервые экспериментально определено и теоретически обосновано существование критической плотности тока /,„, ниже которой происходит нарушение устойчивого горения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле и найдены зависимости от длины межконтактного промежутка и индукции магнитного поля. Найдены условия нарушения устойчивости дуги в случае разведения контактов ВДК с магнитным полем при растущем во времени токе. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что нарушение устойчивости будет происходить, если скорость роста критического тока сНи,(г)/Ж, определяемая скоростью хода ¿¡¿¡А контактов ВДК, превысит скорость нарастания тока внешней цепи.

8. Предложена математическая модель развития нестационарного слоя отрицательного объемного заряда в прианодной области вакуумного промежутка при нарушении устойчивого горения дуги, в которой размер слоя растет с постоянным ускорением аРазвитая модель динамики анодного слоя позволила оценить температуру поверхности анода на завершающей стадии гашения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле. Определены возможные механизмы отказа отключения тока в ВДК с поперечным магнитным полем.

Практическая ценность работы

Выполненный цикл теоретических и экспериментальных исследований способствовал углубленному пониманию физических процессов, определяющих динамику проводимости сильноточного инициируемого импульсного электрического разряда в вакуумных промежутках различной конфигурации и нарушение устойчивости вакуумной дуги постоянного тока в поперечном магнитном иоле. Практическая ценность результатов исследований заключается в следующем:

- показано, что для обеспечения минимальных энергетических потерь в начальной стадии развития вакуумного разряда и надежности включения РВУ скорость нарастания тока инициирующего разряда должна быть сравнима со скоростью нарастания тока основного разряда, а его длительность должна превышать время пролета ионами вакуумного промежутка;

- предложена схема РВУ со вспомогательным источником инициирующего разряда и разработана методика определения условий включения и расчета его коммутационных характеристик;

- определены способы совершенствования конструкции существующих типов РВУ;

- разработана оригинальная конструкция ВДК, в межконтактном промежутке которой формируется аксиально-симметричное преимущественно радиальное магнитное поле;

- определены условия успешного отключения постоянного тока в ВДК с внешним магнитным полем: должно произойти нарушение устойчивости дуги и вакуумный промежуток должен выдерживать восстанавливающееся на нем напряжение.

- предложена методика оценки индукции магнитного поля и длины межконтактного промежутка ВДК, при которых происходит отключение постоянного тока;

- определены возможные причины отказа отключения тока в ВДК с поперечным магнитным полем и разработаны требования к конструкции вакуумных коммутационных аппаратов постоянного тока.

Результаты исследований использовались при проектировании новых типов сильноточных РВУ, способных многократно (104 - 105) коммутировать импульсные токи до 500 кА с величиной передаваемого заряда до сотен кулон, которые по своим характеристикам превосходят известные мировые аналоги, и при разработке ВДК с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем. На основе этой камеры разработан и успешно прошел сертификационные испытания вакуумный контактор постоянного тока КВО-3-25 на напряжение до 4 кВ. На предприятиях ОАО «НЛП «КОНТАКТ»», г. Саратов, и ООО «Вакуумные технологии», г. Рязань, освоено мелкосерийное производство новых типов РВУ и вакуумных контакторов.

Достоверность результатов

Достоверность результатов исследований, изложенных в работе, обеспечивается корректностью постановки задачи теоретических и экспериментальных исследований, использованием современных методов регистрации электрических сигналов и излучения плазмы, точностью измерений, и подтверждается сравнением результатов экспериментальных исследований с аналитическим расчетом и численным моделированием, а также эксплуатационной надежностью внедренных аппаратов, подтвержденных многолетним опытом их применения.

Основные положения, выдвигаемые на защиту

1. В результате исследований инициации и развития сильноточного дугового разряда при высокой скорости нарастания тока

- экспериментально найдены условия существования устойчивого цилиндрического разрядного канала в дуговой стадии разряда: 1 кЛ </т < 3 кА, 2-109 А/с < (<Л/Л)т < Ю10 А/с при 10 мм;

- экспериментально определенны условия нарушения устойчивости сильноточного вакуумного дугового разряда, сопровождающиеся значительными осцилляциями напряжения и немонотонностью роста тока: /т > 3 кА, (сНЩт > Ю10 А/с при ~ 10 мм;

-экспериментально установлено наличие корреляции между изменениями электрических параметров разряда, динамикой свечения плазмы разрядного канала и пятен на электродах;

- определены требования к параметрам инициирующего разряда, обеспечивающие минимальное время включения и повышение ресурса РВУ.

2. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия инициации разряда в вакуумном промежутке с помощью вспомогательного источника плазмы. Использование вспомогательного источника плазмы позволяет существенно повысить ресурс РВУ.

3. В результате исследований развития сильноточного вакуумного дугового разряда в стержневой электродной системе

- экспериментально обнаружено, что независимо от скорости изменения тока всегда существует пороговый ток /к = 5 - 9 кА, при достижении которого происходит переход сильноточной дуги от узла поджига в межстержневые промежутки;

-экспериментально установлена корреляция между моментом появления резкого спада напряжения на вакуумной дуге и моментом образования нового дугового канала в межстсржневом промежутке, что позволило следить за развитием дугового разряда путем анализа осциллограмм тока и напряжения,

- предложена феноменологическая модель развития сильноточного разряда в нестационарном пространственно-неоднородном скрещенном электромагнитном поле.

4. В результате исследования гашения дуги в вакуумном промежутке с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем

-экспериментально найдены и теоретически обоснованны условия нарушения устойчивости вакуумной дуги в поперечном магнитном поле; -развита модель возникновения и развития неустойчивой стадии дуга, в которой предполагается, что размер слоя объемного отрицательного заряда увеличивается с постоянным ускорением.

5. На основании результатов выполненных исследований разработаны новые типы мощных РВУ со стержневой электродной системой и оригинальная вакуумная камера КДВ-25 с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы были представлены и обсуждались на следующих отечественных и международных симпозиумах и конференциях: XIV-th ISDEIV, Santa Fe, September 1990; XX Int. Conf. Phenom. Ionized Gases, Pisa, July 1991; XV-th ISDEIV, Darmstadt, September 1992; XVI-th ISDEIV, Moscow-St. Petersburg, May 1994; XVII-th ISDEIV, Berkeley, 1996; ll,h IEEE Int. Pulsed Power Conf., 1997; VII Межд. Конф. MG-7, Саров, 1997; 12th IEEE Int. Pulsed Power Conf., 1999; XIX-th ISDEIV, Xi' an, China, 2000; VI Симпозиум «Электротехника 2010», 2001; XX-th ISDEIV, Tour, 2002; 11-th EML-Symposium, Saint-Louis, France, May 2002; XXI-th ISDEIV, Yalta, 2004; XXII-th ISDEIV, 2006, Matsue, Japan; IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030. Перспективные технологии электроэнергетики», 2007, Истра, Московская область; «Электрические контакты и электроды» (ЭК-2007), 2007, Украина, Крым, пос. Кацивели; XXIII-th ISDEIV, 2008, Bucharest, Romania; VIII Международный симпозиум по радиационной плазмодинамике, Москва, 2009; Научные сессии МИФИ 2007, 2008 гг., физические семинары ВЭИ.

Личный вклад автора

Постановка задачи и выбор направления исследований.

Подготовка экспериментальных стендов, разработка программы и методики измерений, участие в проведении экспериментальных исследований инициации и развития разряда в РВУ, анализ и обобщение результатов исследований.

Разработка методики расчета параметров РВУ со вспомогательным источником инициирующего разряда.

Участие в разработке конструкции РВУ и ВДК с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем.

Участие в теоретических исследованиях: разработке модели возникновения неустойчивости вакуумной дуги в поперечном магнитном поле и модели развития неустойчивой стадии и погасания дуги. Экспериментальная апробация моделей проводилась под руководством автора.

Общее руководство и участие в экспериментальных исследованиях гашения дуги постоянного тока в вакуумных промежутках с магнитным полем, анализ и обобщение результатов.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 42 печатных работах, в том числе получено 3 патента на изобретение и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, включающего 215 источников. Общий объем диссертации составляет 297 страниц, включая 94 рисунка и 11 таблиц.

Основное содержание работы

Во введения обоснована актуальность темы, сформулированы цели, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе приведен аналитический обзор опубликованных работ по исследованию развития сильноточного вакуумного дугового разряда и восстановлению электрической прочности вакуумного промежутка после погасания дуги. Изучение этого объекта с неослабевающим интересом проводится исследователями и разработчиками в различных научных центрах в течение последних 50-ти лет. Основные свойства вакуумного дугового разряда отражены в монографиях И.Н. Сливкова, Г.Л Месяца, И.Г. Кесаева, В.И. Раховского, коллективных монографиях под редакцией Дж. Лафферти (Lafferty J.M.) и Р.Л. Боксмана (Boxman R.L.) и в цитируемой в них литературе.

Первые конструкции РВУ были предложены группой сотрудников ВНИИА в составе A.A. Бриша, А.Б. Дмитриева, Л.Н. Космарского, Ю.Н. Сачкова, Е.Л. Сбитнева, А.Б. Хейфеца, С.С. Цициашвилли и A.C. Эйга, а также Дж. Лафферти в фирме Дженерал Электрик (General Electric Company), США в 50-60-х годах прошлого столетия. Позднее И.А. Рич (I.A. Rich) предложил использовать для сильноточных применений электродную систему с пространственно чередующимися стержнями противоположной полярности. Однако применение РВУ в то время было ограничено малым ресурсом, сравнительно большим временем включения, его разбросом и другими проблемами, многие из которых остаются актуальными и в настоящее время. Эти проблемы были частично решены при разработке отечественных разрядников сотрудниками ВЭИ В.А. Воздвиженским и В.А. Сидоровым. Производство РВУ было освоено В.А. Лавриновичем в ОАО «ЭНЕКО». Анализ многолетнего опыта эксплуатации разрядников позволил определить основные направления и задачи исследований инициированного сильноточного электрического разряда в вакуумных промежутках различной конфигурации с целью повышения предельных параметров РВУ.

В первой главе приведен также анализ различных способов отключения постоянного тока в вакуумных коммутационных аппаратах. Одним из перспективных направлений для решения данной проблемы является использование ВДК с поперечным относительно направления тока магнитным полем.

Исследования отключения постоянного тока в поперечном магнитном поле проводились в 70-80 годы прошлого столетия группой из научно-исследовательского института электроэнергетики США (Electric Power Research Institute Inc.), в состав которой входили Кимблин (Kimblin C.W.), Хеберлейн (Heberlein J.V.R.), Слейд (Slade P.G.), Вошал (Voshall R.E.), Холмс (Holmes F.A.) и Р. Детлефсен (R. Dethlcfsen). Усилия этих исследователей были направлены, в основном, на изучение возможности создания ограничителей тока. Однако имеющихся экспериментальных данных было недостаточно для объяснения особенностей протекания тока при разведении

контактов в вакуумном промежутке с магнитным полем, а также для создания адекватной физической модели гашения дуги. В последние годы к решению этой проблемы подключилась группа исследователей под руководством К.Н. Ульянова (ВЭИ).

Во второй главе представлена техника эксперимента и методика исследований. Для проведения исследований были подготовлены три сильноточных экспериментальных стенда, оснащенных современной диагностикой. Диагностический комплекс обеспечивает одновременную регистрацию электрических характеристик разряда и поджига (импульсы напряжений и токов), импульсов зондового тока и проведение оптического наблюдения излучения с временным разрешением не хуже 20 не для оптических измерений с помощью электронно-оптического преобразователя (ЭОП) типа IMACON, с временным разрешением не хуже 10 мке для оптических измерений с помощью сверхскоростного фоторегистратора (СФР) и с пространственным разрешением порядка 0,01 см для оптических измерений и порядка 0,1 см для зондовых измерений. Ток i в разрядном контуре измерялся поясами Роговского и датчиком тока LT, принцип работы которого основан на эффекте Холла. Напряжение U на исследуемом объекте измерялось с помощью омического делителя напряжения. Сигналы с датчиков регистрировались осциллографом С8-14, цифровыми осциллографами С9-8 и Tektronix TDS 3014 В с последующим сохранением и обработкой на персональном компьютере с помощью программ WaveStar, Origin и MathCad.

Для исследования динамических характеристик плазмы сильноточного вакуумного дугового разряда при высокой скорости нарастания тока di/dt>№10А/с разработан и создан высоковольтный импульсный стенд №1 на максимальное напряжение до 30 кВ (рис. 1).

4 -РВК-1,5-IMACON.

Он содержит источник питания, малоиндуктивный разборный макет вакуумной камеры РВК-1 со стеклянными иллюминаторами и ЭОП типа 1МАСОЫ-790. Стенд обеспечивает протекание синусоидального импульса тока с амплитудой до 15 кЛ (110 ~ 20 кВ) при длительности одного полупериода ~ 0,85 мкс. При этом максимальное значение (сН/ёОтах = 5-1010 А/с.

Для исследования коммутационных характеристик мощных РВУ был подготовлен сильноточный импульсный стенд Л°2. Стенд содержит батарею конденсаторов С] суммарной емкостью до 12,4 мФ (рис. 2), разборный макет вакуумной камеры РВК-2 со стержневой электродной системой и СФР. В некоторых циклах измерений секции шунтировались диодными блоками У1 для формирования униполярного импульса тока. Максимальное напряжение на конденсаторной батарее составляло Г/г53 кВ. Стенд обеспечивает протекание импульсов тока до 300 кА длительностью до 1 мс.

Рисунок2-Электрическая схема сильноточного стенда№2: 1 - РВК-2, 2 - блок запуска, 3 - СФР, 4 - ФЭУ, 5 - пульт управления.

Для исследования гашения дуги постоянного тока в вакуумном промежутке с поперечным магнитным полем был создан сильноточный экспериментальный стенд №3. Стенд обеспечивает протекание униполярного импульсного тока величиной сотни ампер с постоянной спада более 0,1 секунды. Он состоит из зарядного устройства в, батареи конденсаторов Со максимальной емкостью до 10 мФ с максимальным напряжением до 5 кВ, воздушного реактора с регулируемой индуктивностью ¿о от 0,5 до 6 мГн и токоограничивающе-го резистора Ло (рис. 3).

Рисунок 3 - Схема сильноточного импульсного стенда №3.

Контакты исследуемой ВДК С}\ находились в нормально замкнутом положении и разводились при помощи электромагнитного привода. Параллельно Q\ устанавливались нелинейный резистор Л] (ОПН) для ограничения восстанавливающегося напряжения до уровня ~ 9кВ и конденсатор С]. Коммутация цепи осуществлялась с помощью вспомогательной ВДК <2 с электромагнитным приводом. При помощи системы управления СУ производилось управление электромагнитными приводами вспомогательного контактора К и исследуемой ВДК

При анализе результатов испытаний проводилась статистическая обработка экспериментальных данных. Также был проведен комплекс мероприятий по снижению уровня помех при регистрации токов и напряжений в процессе инициации к гашения вакуумной дуги.

В третьей главе представлены результаты измерения пространственно-временных характеристик разрядной плазмы при высокой скорости нарастания тока до (Л'/^пвх ~ 5-Ю10А/с в зависимости от параметров схемы поджига, основной цепи и размеров вакуумного промежутка. Эксперименты проводились при участии К.П. Новиковой.

Использовался макетный образец РВУ с простой электродной системой, схематически показанной на рис. 1. Для наблюдения динамики катодных пятен (КП) противоположный электрод (анод) выполнен в виде решетки из молибденовой проволоки диаметром 0,3 мм с шагом 1,5 мм, которая закреплена на торце цилиндрического медного электрода с внутренним диаметром 29 мм. Для зондовых измерений использовался плоский ленгмюровский зонд диаметром 2,5 мм.

Характеристики инициирующего искрового разряда исследовались при отсутствии напряжения на основных электродах. После пробоя узла поджига в цепи поджига формировался трапециидальный импульс тока поджига с фронтом менее 100 не, амплитудой до = 1 кА и длительностью („ от 1 мке до 4 мкс.

При пробое поджигающего промежутка в центре катода вблизи узла поджига образовывалось одно яркое пятно, которое погасало с прекращением тока разряда. Вблизи пятна появлялось светящееся облако (катодный факел (КФ)), которое быстро расширялось в межэлектродный промежуток.

На рис. 4 приведена ЭОП-грамма с экспозицией каждого кадра 20 не и паузой между кадрами 80 не для промежутка длиной 12 мм. На первом кадре ЭОП-граммы показано положение анода (А) и катода (К). Скорость усв изменения размера /св(0 светящейся области КФ в направлении анода оценивалась как по изменению положения границы светящейся области с фиксированным уровнем светимости (фиксированная плотность почернения на фотопленке) во времени, так и путем дифференцирования зависимости /„(/) в начальный момент времени. Полученные различными способами зависимости усв(/() удовлетворительно коррелируют друг с другом и аппроксимируются зависимостью усв ~ /,0'5.

Рисунок 4 - Свечение катодного факела инициирующей искры при с/=12 мм:

Л = 260 А (а) и Л = 600 А (б).

Интересно отметить появление на ЭОП-граммах волнообразного характера свечения перед фронтом факела (рис.4.б). Такой характер свечения, как правило, наблюдался при Л > 500 А в промежутке 12 мм в отличие от достаточно однородного свечения при меньших токах поджига.

В результате времяпролетных измерений скорости потока ионов с помощью плоского зонда было получено, что в случае «длинного» тока поджига (<и=4 мке) значения направленных скоростей ионов и их разброса по скоростям оказались сравнимы по величине (порядка 10-1,5104м/с). Средняя скорость потока г~ 2104м/с слабо зависела от тока инициирующего разряда (до < 400 А) и скорости его нарастания (до ЛУЛ < 109 А/с). При уменьшении длительности импульса тока поджига от 4мкс до 0,3 мке наблюдалось заметное (примерно в 1,5 раза) увеличение средней скорости

ионов. Наблюдаемое увеличение скорости ионов при уменьшении длительности импульса тока поджига может быть обусловлено резким увеличением среднего заряда ионов при быстром росте («скачке») тока.

Развитие инициируемого вакуумного разряда исследовалось в течение полупериода синусоидального импульса тока / длительностью 0,85 мкс при зарядном напряжении С/о < 20 кВ. В дуговой фазе, которая наступала после заполнения плазмой промежутка, характер развития разряда сильно зависел от амплитуды тока 1т.

При сравнительно слабых токах (/т < 1 к А, (сШсЬ)т < 3-Ю9 А/с) наблюдалась диффузная мода разряда, при которой ток и напряжение изменялись монотонно, а свечение разрядной плазмы, как и в отсутствии электрического поля, имело форму, близкую к полусфере с центром вблизи узла поджига, размеры которой увеличивались во времени.

В диапазоне токов 1 кА < 1т < 3 кА (3-109 А/с < (¿¡НА)т < Ю10А/с) после заполнения плазмой вакуумного промежутка формировался светящийся цилиндрический разрядный канал (рис. 5,а), радиус которого составлял а = 1 -1,5 мм при с/ = 4ммия = 3- 4мм при ¿/=12 мм. Размеры канала практически не менялись с ростом разрядного тока и слабо зависели от тока поджига /, = 300 -500 А. В этом режиме рост тока оставался монотонным, а напряжение в дуговой фазе слабо менялось в пределах точности измерений.

и.кВ 12

/!

у

X

V-

1, 0,1 |о;г м д,4 0.51, 0.7^ о;в , мс

(а) и0 = 3,9 кВ, /, = 600 А; (б) £/0 = 7,2 кВ, I, = 300 А

Рис>-нок 5 - Динамика свечения разряда: кружками показано начало очередного кадра ЭОП при ¿= 4 мм.

При /ш > 3 кА ((й?г'М)ш > Ю10А/с) по мере развития разряда возникала неустойчивая стадия, сопровождаемая появлением резких всплесков напряжения (рис. 5,6) длительностью 30 - 50 не, причем амплитуда всплесков ит зависела от длины вакуумного промежутка, изменяясь при = 600 А от 10 - 20% С/о для с! = 4 мм до 100% при (1=\2 мм. С уменьшением тока поджига ит увеличивалось.

Появление осцилляций напряжения сопровождалось увеличением неоднородности свечения разрядного канала. Изменение пространственного рас-

пределения свечения плазмы в вакуумном промежутке во всех исследованных модах вакуумного дугового разряда совпадало во времени с изменением распределения КН. В момент возникновения каждого пика напряжения наблюдалось спонтанное образование новых КП. Занимаемая этими пятнами область быстро расширялась во времени вплоть до завершения неустойчивой стадии. Отношение максимального размера этой области к времени образования последней группы КП составляло (1 - 3)-104 м/с - условная скорость расширения области с пятнами. Обсуждается возможность возникновения неустойчивой стадии вследствие турбулентного нагрева плазмы, что качественно не противоречит экспериментальным результатам.

Подавление отмеченных неустойчивостей возможно путем соответствующего подбора амплитуды и формы импульса тока поджига. В частности, увеличение скорости нарастания тока поджига повышает пороговый ток перехода разряда в неустойчивый режим. Пороговый ток можно также повысить путем уменьшения длины вакуумного промежутка. Кроме того, может оказаться полезным создание условий, препятствующих сжатию разрядной плазмы - формирование аксиального магнитного поля или организация многоканального разряда. Эти рекомендации использовались для повышения ресурса РВУ.

В четвертой главе приводятся результаты исследования инициации дугового разряда с помощью вспомогательного источника плазмы, отделенного от катода вакуумным промежутком.

В качестве объекта исследования использовался образец РВУ, схема которого представлена на рис. 6. Электродная система РВУ состоит из анодного диска 1 и цилиндрического катода 2 с внешним диаметром 35 мм. Внутри катода соосно установлен вспомогательный источник плазмы. Источник состоит из поджигающего электрода 4, который отделен от катода источника 3 (вспомогательный катод) диэлектрической вставкой 5 - поджигающий промежуток. Радиальный размер вакуумного промежутка между основным и вспомогательным катодом Дг = 0,5-1 мм. Минимальное расстояние между вспомогательным катодом и анодом с/ = 2 мм.

При изучении условий пробоя основного вакуумного промежутка сопротивление Я = Ло + = 2 кОм » р ~ 41!с« , I = Ц + ¿¡,. В этих измерениях потенциал плазмы принимал значение, примерно равное потенциалу анода и вспомогательного катода ¿Ур~{Уо. Потенциал основного катода сохранял нулевое значение. При превышении током поджига некоторого предельного значения тока Д зажигания (/, > I,) в цепи разряда происходил резкий рост тока, обусловленный пробоем радиального вакуумного промежутка и образованием КП па основном катоде. Полученные таким образом значения /3 при различных значениях (70 показаны точками на рис. 7.

Экспериментальные данные согласуются с предположением о фиксированном значении пробивной напряженности электрического поля Епр в прикатодном слое. Полагая, что плазма полностью ионизирована и в прикатодном слое реализуется бесстолкновительное движение ионов, толщину слоя И и

напряженность поля в нем Е можно оценить, воспользовавшись соотношением Чайлда-Ленгмюра для плотности ионного тока

Е(В/сл1)= 5,2-ЩВ"/Л)--г I —, (1)

[КсЩ

где / - доля ионного тока относительно полного тока поджига, М -молекулярный вес иона. Соотношение (1) удовлетворительно согласуется с экспериментальными точками на рис. 7 при Епр =3-106 В/см.

Условие пробоя при фиксированном значении Е - £пр, согласно (1), можно представить в виде _

(2)

Здесь в - постоянная включения, которая зависит от Епр, материала электродов и геометрии межэлектродного промежутка, т - время запаздывания, равное времени пролета ионами вакуумного промежутка между вспомогательным и основным катодами.

Ш

ÜO.KB

Рисунок 6 - Схема РВУ и стенда.

Рисунок 7 - Зависимости тока образования KIT на основном катоде от U0.

Выражение (2) позволяет рассчитать время включения РВУ при различных способах подсоединения внешнего источника плазмы. Для схемы, представленной на рис. 6, получим соотношение между напряжением Щ и временем зажигания разряда в безразмерном виде х - t/tm

(Gp{)2nexp{ö(.x-Vx„)

(3)

х'"$т1"(а(х-*0)){8т(ш{(24 -Р)х + Ь■ с£(оа)]}"3 ' где /с = аСор/(1-^3)"2 - момент времени, соответствующий максимуму разрядного тока /р(/); 6 = Я/2Ь, а = агс^О); а-а-х, % = ; Ь=1\/1;

Типичные осциллограммы токов и напряжения представлены на рис.8. Измерения коммутационных характеристик РВУ проводились при следую-

щих параметрах разрядного контура (рис. 6): Л0 = 0,3 Ом, Ль = 3,3 Ом (¿=0,34), С0 = 2,910"8 Ф, Ьй = 7-10'7 Гн, 1Ь = 1,4-10"7 Гн (Ь = 0,17). В результате измерений получены зависимости времени включения /р от С/0, а также /р и £/р от момента включения (рис. 9). Время включения отсчитывалось от момента /0, который определялся, как показано на рис. 8 штрихпунктиром. На рис. 9 представлены также результаты расчета для выбранных параметров разрядного контура. Расчеты выполнены для трех значений времени запаздывания г = 40, 60 и 80 не с помощью соотношения (3). Видно, что экспериментальные точки в основном лежат в выбранном интервале времени запаздывания г, причем большая их часть группируется вблизи значении т = 40-60 не.

г.}\- а

1.5

^ 1.1

0.7

Рисунок 8 - Осциллограммы токов и напряжения на РВУ.

Рисунок 9-Коммугационные характеристики РВУ.

Таким образом, в РВУ со вспомогательным источником осуществляется быстрый (единицы микросекунд) переход разряда от узла поджига в основной вакуумный промежуток, что позволяет повысить ресурс узла поджига.

Другим способом, позволяющим уменьшить токовую нагрузку на узел поджига и энергетические потери в начальной стадии разряда, является поджиг на аноде. В этом случае инициирующий разряд генерируется на аноде, и включение РВУ происходит в результате пробоя приэлектродного слоя между катодом и плазмой анодного факела инициирующего разряда. Коммутаци-

онные характеристики при поджиге на аноде исследовались на образце РВУ, предназначенном для коммутации субмикросекундных импульсов тока при напряжении до 25 кВ.

Герметичный корпус РВУ отпаянной конструкции состоит из двух керамических цилиндров с внешним диаметром 36 мм и общей высотой 100 мм, соединенных между собой через плоское медное уплотнение, которое одновременно служит держателем катодного электрода (рис. 10). Основные электроды расположены внутри керамического цилиндра 1. Цилиндр 2 обеспечивает изоляцию поджигающего электрода. Для обеспечения требуемой скорости нарастания тока используется двухкаскадная эрозионная система поджига, содержащая поджигающий электрод 3 и две диэлектрические вставки 4 с промежуточным металлическим электродом 5 между ними. Включение РВУ при поджиге на аноде происходило при условии, если ток поджига Д превышал напряжение | i/0| min- (рис. И).

Отличием режима поджига на аноде по сравнению с поджигом на катоде является существенно меньший уровень рассеиваемой в промежутке энергии в начальной стадии развития разряда и заметное уменьшение токовой нагрузки на узел поджига. Однако для его реализации требуется больший ток поджига. Поэтому были исследованы возможности повышения ресурса РВУ при поджиге на катоде путем оптимизации параметров тока поджига.

В результате исследования влияния параметров инициирующего разряда на коммутационные характеристики РВУ определены требования к амплитуде и длительности тока поджига, обеспечивающие повышение ресурса РВУ до более 105 включений.

В пятой главе приводятся результаты исследования сильноточного импульсного разряда в макете стержневой электродной системы. Объектом исследований являлась стержневая электродная система, которая состоит из трех катодных (/) и трех анодных (2) стержней, расположенных по окружности радиусом 28 мм и узла поджига (3). В собранном виде такая система

Рисунок 10 - Схема РВУ и испытательного разрядного контура.

Рисунок 11 - Условие включения РВУ при поджиге на аноде.

представляет собой набор пространственно-чередующихся стержневых электродов переменной полярности, расположенных по окружности и закрепленных на анодном и катодном держателях (рис. 12). На рис. 13 показан катодный узел стержневой электродной системы, в центре основания которого расположен узел поджига.

Исследования проводились на сильноточном импульсном стенде №2 (Рис. 2). Период колебаний разрядного тока (Г~ 760 мкс) в отсутствии диодных блоков УО определялся индуктивностью подводящего кабеля Ь\ ~ 2 мкГн и индуктивностью разрядной камеры 0,3 мкГн. При подключении диодных блоков длительность фронта тока практически не изменилась, а спад тока стал монотонным длительностью ~ 1 мс.

Рисунок 12 - РВУ со стержневой системой Рисунок 13 - Катодный узел стержневой

электродов. электродной системы.

На рис. 14 представлены фотографии свечения разрядной плазмы, полученные при экспозиции в течение всего импульса тока, который имел униполярную форму с длительностью фронта ~ 140 мкс и спадом ~1 мс. Вверху расположен анодный, а внизу катодный узел электродной системы. Отметим, что при малых

амплитудах тока /ш - 5 кА (рис. 14,а) основная часть свечения была сосредоточена вблизи основания катода (в основном между узлом поджига в центре катода и торцом анодного стержня). С увеличением амплитуды тока до

величины 1т = 15 кА значительная часть свечения наблюдалась уже в видимом

межстержневом промежутке (рис. 14,6). При /т ¡=27 кА свечение заполняет практически весь видимый межстержневой промежуток (рис. 14,в). При этом свечение вблизи узла поджига становится малозаметным.

Более детально проследить динамику свечения плазмы позволили СФР-граммы, полученные при различных максимальных скоростях нарастания

разрядного тока di/dt ~ U¡/L¡~ 107 - 109 А/с. При малых значениях di/dt < 10s А/с на СФР-граммах наблюдалось диффузное свечение в видимом межстержневом промежутке, которое распространялось в направлении основания анода. Скорость распространения фронта этого свечения vCB ~ 103м/с при dildt ~ 2-107 А/с, и увеличивалась с ростом dildt.

При /т>8 кА {di!dt>\(f А/с) первоначальный разрядный канал стягивался на торец анодного стержня и наблюдалось образование нового КП на боковой поверхности катодного стержня в межстержневом промежутке на расстоянии h ~ 20 - 30 мм от основания катода. Из этого КП образовывался светящийся канал, который закорачивал межстержневой промежуток. Момент образования такого канала rk совпадал с первым ступенчато образным спадом напряжения на рис. ¡5 при токе

í'k«7 - 8 кА. Напряжение, при котором образовывалось новое КП, практически не зависело от di/dt, и составляло 150-200 В. Условие образования нового КП на можно описать соотношением г'к 't/0'5 > !05(А-В°'5). Отметим, что данное условие согласуется с условием пробоя вакуумного промежутка под плазмой инициирующего разряда.

а анод 6 анод в анод

катод катод катод

Рисунок 14 - Фотографии свечения плазмы:/т= а -5 кА, 6- 15 кА, в-21 кА.

На рис. 16 представлена зависимость тока ¡к, при котором разряд переходил в межстержневой промежуток, от максимальной скорости нарастания тока. Характерно, что во всех исследуемых режимах вплоть до di/dt~ 109 А/с образование первого разрядного канала в межстержневом промежутке практически не зависело от скорости нарастания тока, а определялось только мгновенным значением тока в диапазоне 5-9 кА.

При увеличении скорости нарастания тока до значений di/dt>5■lOí А/с новые КП возникали сразу в нескольких межстержневых промежутках практически одновременно в пределах временного разрешения СФР -грамм ~ 8 мкс. Типичные для этих режимов осциллограммы представлены на рис. 17. Здесь ¡а - ток, при котором появляется анодное пятно (АП) в межстержневом промежутке; 1 - появление первого КП в межстержневом

промежутке, 2 ~ появление второго КП, 3 - размножение КП вдоль поверхности катодного стержня в направлении основания анода, 4 - появление АП, 5 -перекрытие светящихся областей из КП и АП. Новые КП горели, как правило, неустойчиво погасая и возникая вновь, что сопровождалось заметным нерегулярным шумом напряжения. Затем с ростом тока происходило размножение КП в видимом промежутке (а, возможно, и в соседних промежутках). Свечение вблизи узла лоджига быстро погасало, и разряд полностью переходил в межстержневые промежутки - многоканальная стадия разряда.

ti

О 200 400 600 800 ! ООО di!di аумкс

Рисунок 15 - Осциллограммы тока i - о, и напряжения U- 6

Рисунок 16 - Зависимость тока ¿к от dildv. 1-(ш) поджиг на катоде , 2-( ▼) поджиг на аноде.

Аналогичные исследования были проведены в режиме поджига на аноде (t/i<0). Типичные для этого режима осциллограммы напряжения и тока представлены на рис. 18. Надежная инициация разряда в режиме поджига на аноде

происходила при токе It > K-L\ 0,5, где К 8Т04(А-В°'5). В этом случае первое КП образовывалось на торце катодного стержня напротив узла поджига. Затем при достижении током значений 5 - 6 кА разрядный канал полностью переходил от узла поджига в межстержневой промежуток. Такой переход всегда сопровождался ступенчатообразным уменьшением напряжения.

При амплитуде тока /т > 30 кА наблюдалось образование АП вблизи максимума тока при i\ = 33 кА. С увеличением скорости нарастания тока до d¡/dt - 6'108 А/с появление светящегося пятна на анодном стержне наблюдалось уже на фронте тока (рис. 18) при мгновенном значении тока iA ~ 40 кА. В диапазоне токов 30 - 100 кА мгновенные значения тока г'д, при которых наблюдалось образование АП, практически не зависели от начальных значений di/di и имели стохастический характер. Во всех циклах измерений минимальное значение /А составляло ~ 25 кА, что заметно превышало соответст-

вующее значение критического тока образования АП для дисковых электродных систем без магнитного поля при сравнимых длительностях импульса тока.

чЦ1

МКС

*Т\

- ! V

I, МКС

Рисунок 17 - Осциллограммы тока / и напряжения С/ при поджиге на катоде.

Рисунок 18 - Осциллограммы напряжения и и тока г при поджиге на аноде.

Развитие разряда в значительной степени определяется величиной и формой магнитного поля в межстержневых промежутках, формируемого собственным током разряда. Влияние магнитного поля на развитие разряда подтверждается результатами оптических наблюдений. С ростом тока КП в межстержневом промежутке размножались и выстраивались в линию, которая параллельна оси стержня. Такая динамика КП может быть обусловлена ретроградным движением пятен в поперечном магнитном поле. Продольная составляющая магнитного поля становится существенной, когда ток начинает протекать по всем стержневым электродам. По-видимому, при увеличении тока именно влиянием продольной составляющей магнитного поля можно объяснить увеличение однородности заполнения пятнами рабочей поверхности катодных стержней и сравнительно высокий критический ток образования ЛП.

Па основании результатов исследований разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции электродной системы и узла поджига, которые использовались при разработке новых типов РВУ отпаянной конструкции РВУ-27, РВУ-35, РВУ-43, РВУ-45 и РВУ-47. Разрядники отличаются предельными параметрами и массогабаритными характеристиками. Самые мощные из них способны многократно (104 - 105) коммутировать импульсные

токи до 500 кА с величиной передаваемого заряда до сотен кулон. Освоено мелкосерийное производство РВУ на отечественных предприятиях.

В шестой главе приводятся результаты исследования влияния внешнего поперечного магнитного поля на характеристики вакуумной дуги. Предложена оригинальная конструкция ВДК с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем. Магнитное поле заданной конфигурации создается с помощью магнитной системы, установленной соосно с вакуумной камерой под поверхностью одного из контактов. Магнитная система может быть выполнена как в виде импульсной электромагнитной катушки, так и из постоянных магнитов.

Эксперименты, выполненные с импульсной катушкой, продемонстрировали возможность создания полностью управляемого вакуумного разрядника, в котором отключение тока осуществлялось путем возбуждения импульсного аксиально-симметричного преимущественно радиального магнитного поля.

Поведение электрической дуги отключения исследовалось при разведении контактов в вакуумном промежутке с аксиально-симметричным постоянным магнитным полем. В качестве объекта исследований использовались образцы ВДК отпаянной конструкции. На рис. 19 представлена контактная система образца ВДК с внешним радиусом 11 мм. Она содержит подвижный 1 и неподвижный 2 электроды с торцевыми контактами, которые изготовлены из материала CuCr (50/50) и магнитную систему 3, формирующую между контактами аксиально-симметричное магнитное поле. Подвижный контакт 1 выполнен в виде чашки с толщиной стенки 2 мм. Рабочая область (область контактирования) на торцевой поверхности неподвижного контакта представляет собой кольцевую поверхность шириной 2 мм. Максимальный межконтактный зазор 5 равен 4 мм.

Магнитная система размещалась по оси камеры со стороны неподвижного контакта. Она была выполнена в виде цилиндрического постоянного магнита диаметром 15 мм с аксиальной коэрцитивной силой. Контактная система размещалась в стеклянном корпусе без экранной системы, что позволило наблюдать динамику свечения плазмы в межконтактном промежутке. Индукция и распределение магнитного поля в межконтактном промежутке регулировались путем изменения длины магнита /м- Магнитное поле содержит аксиальную Вг и радиальную В, компоненты, распределение которых по радиусу г вблизи поверхности неподвижного контакта (z=0) для магнита длиной /м = 8 мм показано на рис. 20.

В пределах рабочей области межконтактного промежутка (г = 9 - 11 мм) Вг изменялась в диапазоне 170 - 100 мТл. Вблизи внешнего края контактной поверхности Вг изменяла знак. В этой области магнитное поле практически было параллельно поверхности неподвижного электрода. С увеличением расстояния от контактной поверхности до z = 4 мм составляющая В, заметно уменьшалась до В, = 60 мТл. Усредненная по длине промежутка 5 = 4 мм радиальная Вш составляющая индукции магнитного поля при г = 10 мм равнялась Вп ~ 90 мТл.

Исследуемый образец ВДК (2;) подключался к стенду с помощью ВДК Q (рис. 3). Неподвижный электрод ВДК являлся катодом. Характерные осциллограммы напряжения на дуге и и тока I при = 1 кВ и /м = 12 мм представлены на рис. 21. В момент /о через замкнутые контакты ()\ начинал протекать ток. Контакты начинали расходиться в момент При расхождении контактов в межконтактном промежутке загоралась вакуумная дуга, которая горела сравнительно устойчиво вплоть до момента (2. В момент /2 горение дуги переходило в неустойчивую стадию, которая характеризуется значительным

шумом напряжения и тока. После восстанавливалось до уровня ~ 8 кВ.

отключения тока напряжение на

г,мм

Рисунок 19 - Контактная и магнитная системы ВДК.

Рисунок 20 - Распределение мандатного поля по г при г = 0и/« = 8 мм.

На рис. 22 показаны кадры СФР-граммы, соответствующие временному интервалу А1 =/к - относительно момента на осциллограммах (рис.21), где г, -текущее время кадра. В течение устойчивой стадии (/8 = 2,84 мс) в межконтактном промежутке наблюдался один разрядный канал. Размер светящейся области разрядного канала в азимутальном направлении вблизи анодной поверхности составлял 1а ~ 6 - 7 мм при 5=3 мм. Переход в неустойчивую стадию наблюдался на кадре, соответствующем моменту Ь (А/ = 2,84 мс). Видно образование яркого пятна на боковой поверхности катода, а область сечения канала расширилась в радиальном направлении, захватывая боковую поверхность анода. На следующих кадрах СФР-граммы (( > (2) наблюдалось полное погасание свечения в межконтактном промежутке. Светящееся пятно на боковой поверхности катода перемещалось в азимутальном направлении со скоростью V ~ 50 м/с.

При более высоких значениях амплитуды тока /о и индукции магнитного поля 5га имели место все отмеченные выше особенности развития вакуумной дуги отключения. Длительность устойчивой стадии возрастала с увеличением тока и уменьшалась при росте индукции магнитного поля.

Несколько коммутаций было проведено и при изменении полярности напряжения на камере (магнит на аноде). В этом случае дуга всегда горела устойчиво вплоть до окончания импульса тока.

Как следует из результатов оптического наблюдения, на начальной стадии вакуумной дуги при разведении контактов наблюдался светящийся разрядный канал, основание которого при 5 < 1 мм увеличивалось в азимутальном направлении и при 8 ~ 1 мм занимало участок контактируемой кольцевой поверхности катода длиной / ~ 5 - 7 мм. Влияние внешнего магнитного поля на динамику канала в этом случае было мало. Существование такой стадии развития дуги можно объяснить сравнительно высокой плотностью плазмы в разрядном канале и соответственно малым значением параметра Холла сиета < 1 при Вг < 100 мТл.

4.52 мс 4.28 мс 4.04 мс

Рисунок 21 Осциллограммы напряжения Рисунок 22 - Кадры СФР-граммы, катод

{/и тока/при 3/В: =100 мТл/20 мТл. вверху, анод внизу.

С увеличением 8 вследствие расширения плазменной струи плотность тока] = ¡А в прианодной области уменьшается и при некотором значении 5пор начнет выполняться условие а>ет > 1. Из оценок следует, что для тока /' =100 А и В ~ 100 мТл это условие будет выполняться при 5 > 0,2 см2 и соответственно при плотности тока у < 500 А/см2. Эти оценки согласуются с наблюдаемыми размерами разрядного канала в прианодной области (Я ~ 0,2 - 0,5 см2 при 5П0р ~ 1,6-3 мм) перед переходом в неустойчивую стадию.

Влияние эффекта Холла существенно изменяет протекание электронного тока в плазменном потоке. В частности, в результате взаимодействия продольного токас радиальной составляющей магнитного поля Вт появляется азимутальная составляющая тока уф - холловский ток. Линии электронного тока вблизи анода заметно искривляются в направлении действия силы Ам-

пера, ~ \/ыст. Взаимодействие магнитного поля В, с азимутальной составляющей тока уф может привести к торможению плазменного потока под действием г - компоненты силы ампера Ра = УФ'5Г. В этом случае заметная часть ионов может не достигать анода (ионное голодание) и у анода образуется слой отрицательного объемного заряда с положительным анодным падением, что приведет к повышению напряжения на вакуумном промежутке.

Рассмотренные оценки позволяют качественно объяснить как существование устойчивой стадии, так и уменьшение ее длительности при увеличении индукции магнитного поля и уменьшении тока дуги.

Важную роль в развитии разряда играет взаимодействие аксиального магнитного поля Вг с азимутальным током уф, которое может привести к отклонению плазменного потока в радиальном направлении под действием силы Я = Ус 0\-Вг). Направление силы ^ определяется только направлением тока дуги. Если магнитная система расположена на катоде, то сила направлена наружу из рабочей области межконтактного промежутка, и разрядные каналы будут изгибаться наружу и перемещаться в область устойчивого равновесия, где аксиальная составляющая магнитного поля изменяет направление (Вг = 0). При размещении магнитной системы на аноде сила будет направлена к оси камеры, что приведет к стягиванию разряда к центральной области вакуумного промежутка.

В седьмой главе приводятся результаты исследований опытного образца ВДК с поперечным аксиально-симметричным магнитным полем. В качестве опытного образца была выбрана ВДК с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем. Конструкция контактной и магнитной систем аналогична конструкции, показанной на рис. 19. Изоляционный корпус ВДК выполнен из керамики с внешним диаметром 50 мм. Между контактной системой ВДК и корпусом находится медный экран, который предохраняет изолятор от запыления продуктами горения дуги.

Исследования опытного образца ВДК проводились на сильноточном стенде №3 (рис. 3) при напряжении 4 кВ, соответствующему максимальному напряжению в цепи постоянного тока на железной дороге. При заданных значениях индуктивности £0, сопротивлении Яа, емкости шунтирующего конденсатора Су, величины межконтактного промежутка <5 и среднего значения поперечной составляющей индукции магнитного поля Вга проводилось по 20 - 25 измерений.

В первой серии изучалась зависимость длительности устойчивой стадии горения дуги от мгновенного значения тока нарушения устойчивого горения дуги 1т при фиксированной индукции магнитного поля. В течение времени горения дуги разрядный ток оставался практически постоянным, при этом происходило увеличение межконтактного зазора за счет разведения контактов. По результатам проведенной серии экспериментов была выполнена статистическая обработка данных измерений длительности устойчивой стадии горения душ. Экспериментальные распределения вероятности продолжительности устойчивой стадии удовлетворительно описывается двухпарамет-

рическим вейбулловским законом с параметром формы Ь > 1, т.е. отличается от экспоненциального распределения, присущего вакуумным промежуткам без внешнего магнитного поля. Средняя длительность устойчивой стадии уменьшалась с увеличением индукции магнитного поля и ростом тока. Из этих результатов следует, что наложение аксиально-симметричного магнитного поля изменяет статистические свойства вакуумной дуги отключения.

Во второй серии экспериментов исследовались зависимости мгновенного значения тока /¡„ нарушения устойчивого горения дуги от индукции магнитного поля при заданном значении межконтактного промежутка. Измерения проводились при спадающем разрядном токе с амплитудой /щах до 450 А и постоянной времени 0,05 с. Характерная осциллограмма этой серии экспериментов показана на рис. 23. Момент времени начала разведения контактов в ВДК Q\ подбирался таким образом, чтобы длительность устойчивой стадии превышала время, при котором контакты разойдутся на расстояние 5. Измерения проводились при двух значениях межконтактного промежутка 6 = 4 и 2 мм. Контакты ВДК размыкались при токе отключения 10 = 300 А.

На рис. 24 показаны зависимости средних значений тока /¡„ от усредненной по промежутку индукции Вга для 5 = 4 и 2 мм и стандартное отклонение а. Здесь белым маркером показано значение /,„, полученное при Вп ~ 68 мТл, = 50 мТл. Оно заметно превышает ток 1т при Бга = 65 мТл и В7Л ~ 0 Тл.

Для приближенного описания физических процессов, протекающих в плазме вакуумной дуги на устойчивой стадии при расхождении контактов во внешнем однородном магнитном поле, совместно с Я.И. Лондером развита одномерная математическая модель. Поскольку скорость движения контактов на несколько порядков величины меньше характерных скоростей физических процессов, то задачу можно считать стационарной, т. е. в уравнениях магнит-

0

60 80 100 120 В , мТл

га'

Рисунок 23. Осциллограммы напряжения и (220 В/дел, 5 мс/дел) и тока I (210 А/дел, 5 мс/дел) при С, = 0,5 мкФ, Ва = 90 мТл, и ё= 4 мм.

Рисунок 24. Зависимость среднего значения тока /¡„ отВ„ приЗ=2(*) и 4 (•) мм и результаты расчета для 5=0,2 см2 и 0,1см2.

ной гидродинамики можно пренебрегать всеми частными производными по времени.

Предполагается, что плазма является квазинейтралыюй. Кроме того, поскольку плотности тока в изучаемом разряде относительно невелики (-500 А/см при сечении разрядного канала 5 = 0,2 см2), то можно пренебречь нагревом электронов и считать температуры электронов и ионов постоянными величинами.

В рамках данной модели найдена зависимость расстояния 2 от поверхности катода как функции скорости ионов уг.

(1+/) сг Л' т. Г |Л' '

( 7 1

1 У0 V;, V.

. V, 2у02 2У2 у

(4)

V "V 1-^1 У

где ть 2К VI) — масса, средний заряд и скорость ионов на катоде; = +кт1)1т1~ ионно-звуковая скорость; / - доля ионного тока, /г -

плотность тока.

Следует отметить, что физически реальные решения уравнения (4) существуют только при Таким образом, при достижении ионами скорости, равной скорости ионного звука на расстоянии г от поверхности катода, возможен кризис течения плазмы, приводящий к нарушению квазистационарного прохождения тока. Предполагается, что в этом случае вблизи анода возникает недостаток ионов, и образуется слой отрицательного объемного заряда с положительным анодным падением. Процесс горения дуги переходит в неустойчивую стадию.

Критическая плотность тока] при которой возникает кризис течения плазмы на расстоянии 7, от катода, определяется из соотношения (4) при V■„ = уг. Для плазмы с температурой электронов кТс - 2 эВ, со средним зарядом ионов 2\ = 1,8, /= 0,08, уи ~ 2,6-10 м/с выражение для критической плотности тока представим в виде

УДА/см2) = А-2(мм)-Ву2(мТл), А ~ 0,6 (А-мТл/см3). (5)

При фиксированной длине промежутка г = 5 соотношение (5) позволяет для заданной величины Ву = Вш оценить минимальную плотность тока у/', при которой горение дуги становится неустойчивым. На рис. 24 показаны результаты расчета с помощью соотношения (5) для значений сечения разрядного канала £ = 0,1 и 0,2 см2. Видно, что результаты расчета качественно согласуются с полученными в экспериментах функциональными зависимостями.

В следующей серии экспериментов изучалось влияние индукции магнитного поля и длины межконтактного промежутка на величину мгновенного значения обрываемого тока В этой серии измерений ВДК шунтировалась конденсатором емкостью С\ = 0,5 мкФ. В каждом опыте регистрировалось мгновенное значение тока обрыва дуги Д, в момент начала спада тока до нуля (рис.25).

По результатам проведенной серии экспериментов была выполнена статистическая обработка данных измерений. Экспериментальные функции ^ вероятности того, что ток /Ьг не отключится в ВДК с поперечным магнитным полем 5га, удовлетворительно аппроксимируются двухпараметрическим вейбулловским законом распределения (рис. 26).

Соответственно вероятность

отключения тока /Ьг будет определяться функцией = 1 - К Зная функцию распределения, можно оценить ток обрыва в ВДК с заданной вероятностью при фиксированных значениях зазора и индукции магнитного поля

1Ьг = а{~ 1п(1 - -Р))* (6)

Из выражения (6) следует, что при Bla = 90 мТл и Ci = 0,5 мкФ в ВДК будет обрываться ток 120 А с вероятностью 0,999. При Вш- 115 мТл с той же вероятностью обеспечивается обрыв тока ~ 180 А.

Увеличение тока /ьг с увеличением Ва обусловлено увеличением тока при котором возникает неустойчивость горения дуги. Среднее значение тока /ь, примерно на 20 А меньше 1Ю для Вт = 65 мТл. С увеличением Ва различие между h и 1т заметно возрастает и при Да= 110 мТл оно составляет h - Im ~ 80 А.

Исследование влияния С] на отключающую способность ВДК проводилось при фиксированной индукции Ва=90 мТл. Результаты обработки серии экспериментов для различных С\ показаны на рис. 27.

Здесь на вейбулловской координатной сетке показаны экспериментальные функции распределения вероятности того, что ток Л, не оборвется в ВДК при заданной величине емкости С|. Они также удовлетворительно аппроксимируются двухпараметрическим распределением Вейбулла.

Воспользовавшись выражением (6) получим, что при 1 -F= 0,999 с уменьшением емкости Q от 0,5 до 0,025 мкФ ток отключения уменьшается от 120 до 80 А Для более детального изучения развития неустойчивой стадии вакуумной дуги были проведены измерения напряжения U и тока i с временным разрешением 100 нс при L0~2 мкГн и изменении усредненной по зазору индукции 5га=65 -90 мТл и шунтирующей емкости С\ - 0,025 - 0,5 мкФ. Осциллограммы неустойчивой стадии дуги, полученные при Вп = 90 мТл для С\ = 0,025 и 0,5 мкФ, представлены на рис. 28 и 29 соответственно.

Рисунок 25 - Осциллограммы напряжения U (4340 В/дел, 5 мс/дел) и тока I (212 А/дел, 5 мс/дел) в ВДК при = 115 мТл.

Во всех случаях вначале наблюдался рост напряжения до некоторого значения С/ы , сопровождаемый быстрым спадом тока. Затем происходил резкий спад напряжения, сопровождаемый всплеском тока. Можно предположить, что наблюдаемый спад напряжения при и — иъ. обусловлен пробоем вакуумного промежутка. Такой процесс многократно повторялся вплоть до окончательного спада тока до нуля. С увеличением емкости С\ > 0,1 мкФ увеличивались время роста напряжения и глубина спада тока. Число повторяющихся циклов роста напряжения до последующего пробоя и их длительность с увеличением С\ уменьшались.

0,995 0,95 0,8 0,6 0,4

0,2 0,1 0,05 0,03 0,02

0,01

г.Л

/А» т

о*'

St'

Й:

1 •Ва=65 MTn,e=156.4A, 6=11,5

2 - Вя=90 мТл, 8=237,4 А. 6=10.3

3-81<=110мТл,!г=251А, 6-13,6

4-В„=115мТл, а=276.5А,Ьв16,1

100

150 200 250 300

0,995

0,95

0,8

0,6

0,4

0,3

0,2

0,1

0,05 0,03 0,02

0,01

1 - С, =0,025 «л». в=171.3 А, 4=9,5

2-С«0,05ик», 3=208.7А. 6=8,3

3-С,«0,1 МКФ, »=225.4 А, 6=8.6

4 - 0,^0.5 мкф, в=237.4 А. 6=10,3

5 - С »2.3 ихф, а=283,9 A, 6=S.i

100

150 200 250 300

/. , А

Ьг

Рисунок 26 - Экспериментальные функции Г вероятности того, что ток не оборвется в ВДК с индукцией магнитного поля Ва при С| = 0,5 мкФ.

Рисунок 27 - Экспериментальные функции F вероятности того, что ток /ьг не оборвется в ВДК при заданной Сi и фиксированном В„ = 90 мТл.

Для описания переходных процессов при возникновении неустойчивости была предложена математическая модель развития нестационарного слоя объемного заряда в прианодной области вакуумного промежутка, в которой размер слоя растет с постоянным ускорением Модель построена с учетом параметров внешней цепи, используемой в эксперименте. Для расчетной модели были приняты следующие допущения: 1) связь между напряжением на слое, током и размером слоя описывается законом Ленгмюра при пренебрежении объемным зарядом ионов, 2) площадь эмиссионной поверхности плазмы на границе слоя отрицательного объемного заряда 5 остается постоянной во всем диапазоне исследуемых токов, 3) плотность тока равномерно распределена по эмиссионной поверхности.

С учетом принятых допущений запишем систему уравнений в виде:

Ves + £037 + ^0

at

i - с — L° dt

dU „ ( U „

¡ = id + С',

di

(8)

(9)

4„ 2e 9 vm

(10)

где С/со - напряжение на Со; 5 - площадь эмиссионной поверхности плазмы на границе слоя отрицательного объемного заряда; ¡а - ток дуги; и0 - напряжение на ВДК; £о - диэлектрическая постоянная; е - заряд электрона; те - масса электрона; с1а - начальный размер слоя; ал - ускорение, с которым растет слой; I - текущее время; А - постоянная в В АХ нелинейного резистора а - коэффициент нелинейности /{¡.

3000

2000

ш

1000 4,

о

и

' I !

,100

Of,,

200 t, МКС 4№

600

200 . 400 Í, МКС

Рисунок 28 - Осциллограммы напряжения U и тока 1 при £га = 90 мТл и С, = 0,025 мкФ и расчетные кривые JJ, и тока /д соответственно.

2000-

m

= 4,1000-

7 / / /

л/

200

-100

\

.1

20 40 t, МКС

60

Рисунок 29. Осциллограммы напряжения ¡7 и тока / при Вга = 90 мТл и Ci = 0,5 мкФ и расчетные кривые 1!Л и тока /л соответственно.

80

На рис. 28 и 29 показаны расчетные кривые для иг) и полученные в результате численного решения системы уравнений (7) - (10) с помощью программы Майсас!. Видно, что расчетные кривые удовлетворительно совпадают с экспериментальными зависимостями вплоть до максимального напряжения С4Г, при котором происходит быстрый спад напряжения и рост тока.

Ускорение определялось адаптивным методом из экспериментальных осциллограмм тока и напряжения. Критерием поиска являлось наилучшее совпадение экспериментальных и расчетных кривых для данных значений шунтирующей емкости С\ и поперечной составляющей индукции магнитного поля Яга. Площадь сечения дугового канала 5 =0,15 см2 принималась постоянной для всех значений С] и Вга.

Найденные в результате расчетов значения ускорения скорости нарастания напряжения сИ//Л для различных значений емкости С| и индукции Вга уменьшались с увеличением емкости С\ и уменьшением индукции Вга. Время роста напряжения /у увеличивалось с увеличением С\ при постоянной индукции В,а. В момент пробоя величина анодного слоя для всех режимов составляла с/-0,1 мм.

Рассмотренная модель развития анодного слоя позволила оценить поток мощности на анод dq/dt-d/dl{JJg^ь/S), под действием которого происходит нагрев поверхности анода АТа на начальном участке неустойчивой стадии. Были проведены оценки разогрева поверхности анода потоком q(t) в течение устойчивой стадии и на высоковольтной стадии вакуумной дуги в условиях наших опытов. Температура поверхности анода в момент времени /а при произвольно меняющемся во времени тепловом потоке q находилась с помощью интеграла Дюамеля:

где X, с, уа - теплопроводность, удельная теплоемкость и плотность материала контактов CuCr (50/50 по массе) соответственно; Т0 - начальная температура анода, равная температуре окружающей среды, в расчетах принималась равной 20°С; т - текущее время. Предполагалось, что площадь эмиссионной поверхности плазмы S на границе слоя объемного отрицательного заряда равна площади нагреваемой на аноде поверхности.

Из оценок следует, что локальная температура анода может достигнуть величины Та~ 1300- 1600°К в течение времени горения дуги до первого пробоя вакуумного промежутка при токах, близких к предельному току отключения /ьг. Такая температура близка к критической температуре анода ~ 1500- 1700СК для вакуумной дуги, горящей в парах меди.

Известно, что при нагреве анода до температуры Ткр ионизованные атомы испаренного материала анода могут нейтрализовать отрицательный заряд анодного слоя. Это приведет к резкому спаду напряжения и росту тока до уровня, определяемого параметрами внешней цепи. Пробой вакуумного промежутка может быть также обусловлен повышением концентрации нейтраль-

(П)

ного пара до предельно допустимого уровне при разогреве анода до критической температуры Ткр. В этом случае концентрация нейтрального пара материала анода может достигнуть значений, при которых станет возможным пробой вакуумного промежутка под действием восстанавливающегося напряжения. Пробой при увеличении напряжения может быть обусловлен и другим механизмом, определяемым изменением концентрации плазмы вакуумной дуги в прикатодной области. На периферии катода под слоем расширяющейся плазмы могут возникнуть условия для пробоя прикатодного слоя и образования спонтанных КП (см. Главу 4). Это приведет к генерации новой катодной плазмы за границей дугового канала, которая быстро закоротит межконтактный промежуток. В результате произойдет спад напряжения и рост тока.

После пробоя возникает высокочастотный ток разряда шунтирующей промежуток емкости С\. При С[<0,1мкФ влияние шунтирующей емкости мало. Дуга после первого пробоя, сопровождающегося резким спадом напряжения и ростом тока, быстро переходит в стадию, которая характеризуется значительными осцилляциями напряжения и тока Такие осцилляции могут быть обусловлены повторными зажиганиями дуги. Среднее напряжение на промежутке медленно возрастает до напряжения источника питания, а ток постепенно спадает до ноля. С увеличением С1>0,1 мкФ на осциллограммах тока наблюдался резкий всплеск тока, обусловленный разрядом шунтирующей емкости С\ через нелинейное сопротивление вакуумного промежутка. С увеличением напряжения £/ы ток разряда емкости С] возрастает и при его превышении тока источника питания суммарный ток в промежутке на второй полуволне разрядного тока может достигнуть ноля. В этом случае дуга погасает и на вакуумном промежутке начинает восстанавливаться напряжение. Это явление призодит к уменьшению длительности неустойчивой стадии дуги и, соответственно, к увеличению предельного тока отключения.

С увеличением тока выше предельных значений 4г наблюдалось увеличение числа пробоев в центральной области на поверхности катода, где аксиальная составляющая магнитного поля Вг увеличивается с уменьшением радиуса г < 10 мм, а радиальная составляющая Вт уменьшается. Данное обстоятельство может быть обусловлено увеличением вероятности пробоя и образования КП в центральной области катода. Если же силовые линии магнитного поля вблизи нового КП в центральной области катода попадали на анод, то дуга горела устойчиво вплоть до окончания импульса тока - отказ отключения тока. Другой возможной причиной отказа отключения тока является возникновение каскадного горения дуги между катодом и экраном и между экраном и анодом.

Таким образом, для успешного гашения вакуумной дуги постоянного тока в поперечном магнитном поле необходимо выполнение двух условий: должно произойти нарушение устойчивости горения дуги и вакуумный промежуток должен выдерживать восстанавливающееся на нем напряжение.

Была также исследована возможность повышения отключающей способности вакуумного промежутка с магнитным полем при помощи шунтирующего резистора. Исследования проводились при нарастающем во времени

токе. Найдена зависимость тока ограничения от сопротивления шунтирующего резистора и скорости нарастания тока. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что нарушение устойчивости дуги будет происходить, если скорость роста критического тока <#т(г)/<А в ВДК до критического значения /ш, определяемая скоростью с!г!Ж хода контактов, превысит скорость нарастания тока во внешней цепи.

Результаты испытаний подтвердили обоснованность принятых технических и конструкторских решений, использованных в ВДК с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем: плоский дисковый катод, чашечный анод и цилиндрический магнит, установленный по оси вакуумного промежутка под катодной поверхностью. На основе этой ВДК разработан и успешно прошел сертификационные испытания вакуумный контактор постоянного тока КБВ-3-25 на номинальный ток 25 А и напряжение до 4 кВ. Контактор предназначен для коммутации вспомогательных цепей на подвижном составе железнодорожного транспорта. Ожидаемый объем выпуска до сотен штук в год.

Заключение

Основные научные результаты, выводы и рекомендации можно сформулировать в следующем виде.

1. Обнаружено формирование устойчивого цилиндрического разрядного канала в дуговой стадии разряда и определены условия его образования. Установлено существование пороговой скорости нарастания тока, при превышении которой разряд переходит в неустойчивую стадию, характеризующуюся значительными осцилляциями напряжения и немонотонностью роста тока. На этой стадии обнаружено существенное изменение свечения плазмы и образование разрывов в разрядном канале. Установлено наличие временной корреляции между изменениями электрических параметров разряда, динамикой свечения плазмы разрядного канала и образованием пятен на электродах. Полученные результаты позволили определить оптимальные условия инициации разряда, обеспечивающие минимальное время включения и малые энергетические потери РВУ.

2. Определены условия образования спонтанных катодных пятен под плазмой вакуумного разряда, что позволило найти пути повышения ресурса РВУ. Предложен новый способ инициации разряда в РВУ и разработана методика оптимизации его параметров.

3. Определены требования к параметрам инициирующего разряда, обеспечивающие устойчивое развитие начальной стадии разряда и ресурс РВУ.

4. В результате исследования развития сильноточного электрического разряда в макете стержневой электродной системы обнаружено явление быстрого перехода разряда от узла поджига в межстержневые промежутки при достижении мгновенного значения тока 5-9 кА. Установлена корреляция между моментом появления резкого спада напряжения на вакуумной дуге и моментом образования нового разрядного канала в межстержневом промежутке.С ростом тока наблюдались различные моды вакуумной дуги в меж-

стержневом промежутке и размножение разрядных каналов по всем межстержневым зазорам. Предложена феноменологическая модель развития сильноточного разряда в нестационарном пространственно-неоднородном скрещенном электромагнитном поле, которая согласуется с результатами экспериментального исследования. Результаты исследований использованы при разработке и создании новых типов мощных РВУ отпаянной конструкции с улучшенными техническими характеристиками: РВУ-27, РВУ-35, РВУ-43, РВУ45 и РВУ-47.

5. Предложена и обоснована оригинальная конструкция вакуумной дугогасительной камеры с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем. Обнаружены и исследованы две характерные стадии развития разряда (устойчивая и неустойчивая), присущие практически всем вакуумным промежуткам с аксиально-симметричным магнитным полем.

6. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия нарушения устойчивости вакуумной дуги в поперечном магнитном поле. Развита одномерная модель течения плазмы между расходящимися контактами в поперечном магнитном поле, описывающая устойчивую стадию горения дуги. Рассчитанные в рамках этой модели зависимости критического тока нарушения устойчивости дуги в поперечном магнитном поле от тока дуги, индукции магнитного поля и длины межконтактного промежутка качественно согласуются с результатами экспериментальных исследований.

7. Развита модель возникновения неустойчивой стадии, в которой протекание тока в прианодном слое объемного отрицательного заряда описывается законом Чайльда-Ленгмюра. Предполагается, что размер слоя увеличивается с постоянным ускорением. Результаты моделирования удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

8. Результаты исследований использованы при разработке и создании ВДК с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем, на основе которой изготовлен и успешно прошел сертификационные испытания вакуумный контактор постоянного тока КВО-3-25 на максимальное напряжение 4кВ. Выпущена опытная партия контакторов в количестве 50 шт.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Alferov D.F., Korobova N.I., Novikova K.P., Sibiriak I.O. Experimental study of a plasma expansion in to vacuum //Proc. of XlVth ISDEIV, Santa Fe, September 1990. -P. 405-408.

2. Alferov D.F., Korobova N.I., Novikova K.P., Sibiriak I.O. Cathode spots dynamics in pulse vacuum discharge //Proc. of XlVth ISDEIV, Santa Fe, September 1990. - ,P. 542-545.

3. Alferov D.F., Vozdvijensky V.A., Sibiriak I.O. Formation of cathode spots under the vacuum discharge plasma //Proc. of Santa Fe, September 1990. - P. 546-493.

4. Алферов Д.Ф., Воздвиженский B.A., Сибиряк И.О. Образование новых катодных пятен в вакуумном разряднике //ЖТФ. - 1990. - Т. 60. -№4. - С. 202-204.

5. Alferov D.F., Korobova N.I., Novikova K.P., Sibiriak I.O. Evolution of pulsed vacuum arc discharge //Proc. of XX Int. Conf. Phenom. Ionized Gases, Pisa, July 1991. -P. 1305-1306.

6. Alferov D.F., Vozdvijensky V.A., Korobova N.I., Sibiriak I.O. Triggered vacuum switch with subsidiary cathode //Proc. of XVth ISDEIV, Darmstadt, September 1992. -P. 411-415.

7. Алферов Д.Ф., Коробова Н.И., Сибиряк И.О. Развитие сильпоточпого импульсного электрического разряда в вакууме //Физика плазмы. -1993. - Т. 19.-№3.-С. 399-410.

8. Алферов Д.Ф., Воздвиженский В.А., Коробова Н.И., Сибиряк И.О., Сидоров В.А. Четырехразрядный вакуумный управляемый разрядник //ЖТФ. -1994. - Т. 64. - №2. - С. 180-188.

9. Alferov D.F., Vozdvijensky V.A., Sidorov V.A. Switching characteristics of the submicrosecond triggered vacuum switch //Proc. of XVI ISDEIV, Moscow-St. Petersburg, May 1994. - P. 247-250.

10 Алферов Д.Ф., Воздвиженский B.A., Сидоров B.A. Малогабаритный частотный вакуумный управляемый разрядник //ПТЭ. - 1995. - №1. - С. 98108.

11. Алферов Д.Ф., Сидоров В.А. Модернизированный вакуумный управляемый разрядник с шестизазориой стержневой электродной системой //ПТЭ. -1996. - №3. - С. 80-86.

12. Alferov D.F., Sidorov V.A., Korobova N.I. The burning voltages of a high current vacuum arc in a six-gap rod electrode system //Proc. of XVII ISDEIV, Berkeley,

1996. - P. 243-247.

13. Alferov D.F., Sidorov V.A., Korobova N.I. The burning voltages of a high current vacuum arc in a six-gap rod electrode system //IEEE Trans. Plasma Sci.,

1997. - Vol. 25. - No 4. - P. 586-592.

14. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. High-current vacuum switching devices for pulsed technologies //Proc. of 11th IEEE Int. Pulsed Power Conf., 1997. - P. 857-861.

15. Алферов Д.Ф., Коробова Н.И., Сидоров B.A. Вольт-амперные характеристики сильноточного вакуумного управляемого разрядника с шестизазориой стержневой электродной системой //Прикладная физика. - 1998. - №1. -С. 67-78.

16. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Сильноточные вакуумные коммутирующие устройства для мощных накопителей энергии //ПТЭ. - 1998. -№5.-С. 83-90.

17. Alferov D.F., Sidorov V.A. High-current vacuum arc evolution in a six-gap rod electrode system //Proc. ofXIX-th ISDEIV, Xi' an, China, 2000. - P. 319-322.

18. Alferov D.F., Sidorov V.A., Nevrovsky V.A. Anode erosion of a high-current multigap vacuum triggered switch //Proc. of XlX-th ISDEIV, Xi' an, China, 2000.-P. 515-518.

19. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А., Федоров В.В.Новое поколение сильноточных вакуумных управляемых разрядников //Прикладная физика. - 2001. - №4. - с.41-48; Сб. докл. VI Симп. «Электротехника 2010 год», Окт. 2001. - С. 4953.

20. Алферов Д.Ф., Лукацкая И.А., Селикатова С.М., Сидоров В.А. Исследование распределения магнитного поля в вакуумных управляемых разрядниках //Прикладная физика. - 2001. - №4. - С. 35-40.

21. Алферов Д.Ф., Сидоров В.А. Развитие сильноточной вакуумной дуги в стержневой электродной системе //ТВТ. - 2001. - Т. 39. - №6. - С. 865-872.

22. Lee Н., Jin Y., Cho С., Rim G.,Kim J., Chu J., Jung J., Sidorov V. A., Alferov D.F. Evaluation of RVU-43 Switch as the Closing Switch for Modular 300kJ Pulse Power Supply for ETC Application //IEEE Trans. Magn. - 2001. - Vol. 37. - No. 1. - C. 371-374.

23. Алферов Д.Ф., Невровский B.A., Сидоров В.А. Анодная мода вакуумной дуги в многостсржнсвой электродной системе //ТВТ. - 2002. - Т. 40. -№ 1. - С. 19-25.

24. Алферов Д.Ф., Лукацкая И.А., Селикатова С.М., Сидоров В.А. Распределение магнитного поля в вакуумном управляемом разряднике со стержневой электродной системой электродов при горении дуги в межстержневых зазорах //Прикладная физика. - 2003. - №1. - С. 72-79.

25. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. High-current vacuum triggered switching devices //IEEE Trans, on Magnetics. - 2003. - Vol. 39. - №1. - P.406-409.

26. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Устойчивость горения вакуумной дуги постоянного тока в осесимметричном магнитном поле //Прикладная физика. - 2001. - №4. - С. 27-34.

27. Сидоров В.А., Алферов Д.Ф., Иванов В.П. Вакуумный управляемый разрядник. Патент РФ № 45052. БИ. - 2005. - № 10.

28. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. Characteristics of DC Vacuum Arc in the Transverse Axially Symmetric Magnetic Field //Proc. of XX-th ISDEIV, Tour, 2002. -P. 198-201.

29. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. Characteristics of DC Vacuum Arc in the Transverse Axially Symmetric Magnetic Field //IEEE Trans, on Plasma Science. - 2003. - Vol. 31. - No5. - P. 918-922.

30. Alferov D., Ivanov V., Petrov L., Sidorov V., Yashnov Yu. DC Vacuum Arc in the Axially-Symmetric Magnetic Field //Proc. of XXI-th ISDEIV, Yalta, 2004. - P. 166169.

31. Алферов Д.Ф., Гостиев В.Г., Иванов В.П., Ильин В.Н., Симонов А.С., Сидоров В.А., Яшнов В.М. Вакуумный выключатель тока. Патент РФ № 2230385. БИ,-2004.-№16.

32. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Ильин В.Н., Симонов А.С., Сидоров В.А., Яшнов В.М. Вакуумный выключатель тока. Патент РФ № 2230386. БИ. -2004. -№ 16.

33. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Ильин В.Н., Симонов А.С., Сидоров В.А., Яшнов В.М. Вакуумный выключатель тока. Патент РФ № 2291513. БИ. - 2007. -№ 1.

34. Алферов Д.Ф., Евсин Д.В., Лондер ЯМ. Нарушение устойчивости электрической дуги при разведении контактов в вакуумном промежутке с поперечным магнитным полем //Прикладная физика. - 2006. - №1. - С. 29-36.

35 Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Вакуумная дуга постоянного тока в аксиально-симметричном неоднородном магнитном поле //ТВТ. - 2006.

- Т. 44.-№3.-С. 349-361.

36. Alferov D.F., Yevsin D.V., bonder Ya.I. Studies of the Stable Stage of the Electric Arc Burning at the Contact Separation in a Vacuum Gap with a Transverse Magnetic Field //Proc. of XXII-th ISDEIV. Matsue. Japan. 2006 - B2-P01.

37. Alferov D.F., Yevsin D.V., bonder Y.I. Studies of the stable stage of the electric arc burning at the contact separation in a vacuum gap with a transverse magnetic field //IEEE Trans. Plasma Sci. - Vol. 35. - Issue 4. - Part 2, - Aug. 2007. -P. 953-958.

38. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Евсин Д.В., Сидоров В.А. Изучение статистических закономерностей гашения электрической дуги постоянного тока в аксиально-симметричном магнитном поле // ТВТ. - 2008. - Т. 46. - № 4.

- С. 495 - 503.

39. Алферов Д.Ф., Белкин Г.С., Евсип Д.В. Влияние параметров цепи на коммутацию постоянного тока вакуумной дугогаснтсльной камерой с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем //Электричество. -

2008.-№9.-С. 17-24.

40. Alferov D., Belkin G., Yevsin D. DC Vacuum Arc Extinction in a Transverse Axisymmetric Magnetic Field //Proc. of ХХШ-th ISDEIV, Bucharest, Romania. -September 2008. - (B6-OQ21.

41 Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Евсин Д.В Повышение отключающей способности вакуумного промежутка с поперечным магнитным полем с помощью шунтирующего резистора //ТВТ-2009. - Т. 47. - № 4. - С. 516-521.

42. Alferov D., Belkin G., Yevsin D. DC Vacuum Arc Extinction in a Transverse Axisymmetric Magnetic Field /ЛЕЕЕ Trans. Plasma Sci. - Aug.

2009. - Vol. 37. - No 8. - Part 1. - P. 1433-1437.

Подписано в печать:

31.05.2010

Заказ № 3873 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

Глава 1. ИНИЦИАЦИЯ, РАЗВИТИЕ И ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА В ВАКУУМНЫХ ПРОМЕЖУТКАХ

1.1. Общие свойства вакуумного разряда.

1.1.1. Условия развития пробоя.

1.1.2. Вакуумная дуга.

1.1.3. Восстановление электрической прочности вакуумного промежутка после прохождения тока через нуль.

1.1.4. Электрическая прочность «холодных» вакуумных промежутков

1.2. Развитие инициируемого разряда в РВУ.

1.2.1. Конструктивные особенности РВУ.

1.2.2. Особенности развития разряда в РВУ

1.2.3. Вакуумные управляемые.разрядники, разработанные в ВЭИ.

1.2.4. Применение РВУ.

1.3 Анализ различных способов коммутации постоянного тока в вакуумных выключателях

1.3.1. Вакуумный выключатель с контуром противотока

1.3.2. Гибридные выключатели постоянного тока

1.3.3. Вакуумный промежуток поперечным магнитным полем

1.3.4 Сравнение различных способов коммутации постоянного тока в выключателях, содержащих В ДК

Выводы по главе

Глава 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Высоковольтный импульсный стенд №

2.1.1. Схема стенда.

2.1.2. Методика измерений

2.2. Сильноточный импульсный стенд №

2.2.1. Описание установки

2.2.2. Методика измерений

2.3. Стенд №3 для изучения гашения вакуумной дуги постоянного тока . 82 2.3.1. Описание экспериментального стенда

2.3.2. Методика измерений

2.4. Методы борьбы о напряжением помех.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ИНИЦИИРУЕМОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА НА МОДЕЛИ ВАКУУМНОГО ПРОМЕЖУТКА.

3.1. Объект исследований.

3.2. Разряд инициирующей искры.

3.2.1. Оптические измерения

3.2.2. Зондовые измерения

3.2.3. Обсуждение результатов.

3.3. Основной разряд.

3.3.1. Развитие вакуумного дугового разряда при высоких М(И.

3.3.2. Обсуждение результатов.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ИНИЦИАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В РВУ

4.1. Инициация разряда в РВУ с помощью вспомогательного источника плазмы

4.1.1. Образование катодного пятна.

4.1.2. Расчет коммутационных характеристик.

4.1.3. Результаты измерений

4.2. РВУ с субмикросекундной длительностью тока.

4.2.1. Объект исследований и условия измерений

4.2.2. Результаты исследований.

4.3. Требования к параметрам инициирующего разряда.

Выводы по главе 4.

Глава 5. КОММУТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РВУ СО СТЕРЖНЕВОЙ ЭЛЕКТОДНОЙ СИСТЕМОЙ.

5.1. Объект исследований.

5.2. Эксперимент.

5.2.1. Развитие импульсного сильноточного электрического разряда в стержневой электродной системе.

5.2.2. Анодная мода вакуумной дуги в стержневой электродной системе.

5.3. Обсуждение результатов

5.3.1. Феноменологическая модель развития разряда в стержневой электродной системе.

5.3.2. Анодная мода вакуумного дугового разряда

5.4. Распределение магнитного поля в стержневой электродной системе

Выводы по главе

Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОПЕРЕЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ВАКУУМНОЙ ДУГИ.

6.1. Нарушение устойчивости горения вакуумной дуги постоянного тока при возбуждении импульсного аксиально-симметричного магнитного поля

6.1.1. Объект исследований.

6.1.2. Результаты исследований.

6.2. Характеристики вакуумной дуги отключения в поперечном аксиально-симметричном постоянном магнитном поле.

6.2.1. Объект исследований.

6.2.2. Эксперимент.

6.2.3. Обсуждение результатов.

Выводы по Главе

Глава 7. ГАШЕНИЕ ВАКУУМНОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО

ТОКА В ПОПЕРЕЧНОМ АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

7.1. Опытный образец В ДК.

7.2. Изучение условий нарушения устойчивости дуги

7.2.1. Модельные представления.

7.2.2. Эксперимент.

7.3. Отключающая способность ВДК с аксиально-симметричным магнитным полем.

7.3.1. Влияние индукции магнитного поля и длины межконтактного промежутка на отключение тока ВДК.

7.3.2. Влияние параметров цепи на отключение тока в ВДК.

7.3.3. Исследование неустойчивой стадии дуги

7.3.4. Моделирование процесса гашения дуги.

7.3.5. Обсуждение возможных механизмов отказов

7.4. Повышение отключающей способности ВДК с помощью шунтирующего резистора

7.4.1. Эксперимент.

7.4.2. Обсуждение результатов.

7.5. Рекомендации по доработке конструкции ВДК

Выводы по Главе

Актуальность выбранной темы

Вакуумные аппараты обладают уникальным свойством выдерживать высокие напряжения при сравнительно малых размерах, длительное время пропускать большие токи, благодаря практически неограниченной эмиссионной способности катодных пятен, и быстро восстанавливать электрическую прочность после погасания дуги.

В связи с этим достаточно очевиден интерес исследователей и разработчиков к вакуумным коммутационным аппаратам, в которых отсутствует открытая электрическая дуга, нет выбросов продуктов горения, коммутатор взрыво- и пожаро-безопасен, имеет высокий коммутационный ресурс, малые габаритные размеры, низкие потребности в ревизии и ремонте. Применение вакуумных аппаратов способствует также повышению экологической безопасности.

В- настоящее время в электрических сетях среднего и высокого (доПОкВ) класса напряжения все более широкое применение находят традиционные вакуумные коммутационные аппараты (выключатели и контакторы переменного тока и др.). Однако существуют области техники, в которых возможности применения традиционных вакуумных аппаратов сильно ограничены. К таким областям нетрадиционных применений можно отнести мощные электроимпульсные технологии (мощные электрофизические установки, магнитно-импульсная сварка и штамповка, электрогидравлическая и электроимпульсная обработка материалов, дробление камней, уплотнение свай и1 др.), в которых коммутационный аппарат должен быстро (единицы микросекунд и менее) включаться и обеспечить многократное пропускание импульсных токов до сотен килоампер длительностью до единиц миллисекунд. Малое время включения и его разброс зачастую является одним их основных требований для мощных импульсных генераторов. В частности, соблюдение этих требований необходимо для установок, содержащих большое количество десятки) параллельно соединенных аппаратов. Другой областью нетрадиционных применений является коммутация цепей постоянного тока, которая невозможна с помощью вакуумных выключателей переменного тока без применения специальных мер.

Одним из востребованных типов импульсных вакуумных аппаратов являются разрядники вакуумные управляемые (РВУ). Вакуумные управляемые разрядники уступают по электрической прочности, только газовым разрядникам высокого давления. Однако они имеют значительно меньший межэлектродный зазор, что позволяет существенно уменьшить габариты устройства и его индуктивность.

Мощные РВУ находят широкое применение в различных высоковольтных импульсных источниках питания благодаря следующим ' своим свойствам:

- по сравнению с игнитронами не требуют термостабилизации, не боятся вибрации, работают при любой ориентации, в пространстве и экологически безопасны;

- по сравнению с газоразрядными коммутаторами могут работать в широком диапазоне рабочих напряжений без изменения времени запаздывания включения;

- по сравнению с полупроводниковыми коммутаторами обладают значительно большей мощностью на один элемент, в несколько раз дешевле, способны выдерживать значительные перегрузки по току и напряжению, не требуют дополнительных мер защиты. Представляется перспективным использовать отмеченные выше привлекательные свойства РВУ и в высоковольтных коммутационных аппаратах для электроэнергетики, в частности в аппаратах с управляемой коммутацией и в устройствах защиты от сверхтоков и перенапряжений.

Основным элементом РВУ является электродная система, содержащая два основных и один управляющий электроды. Электродная система размещается в герметизированном корпусе отпаянной конструкции, который выполняет также функции изолятора. Управляющий электрод устанавливается на одном из основных электродов и отделяется от него с помощью диэлектрической вставки — поджигающий промежуток. Расстояние между основными электродами всегда фиксировано и определяется требуемой электрической прочностью вакуумного промежутка. Разрядник также содержит токовводы и экранную систему, которая защищает внутренние стенки корпуса от металлизации продуктами эрозии основных электродов.

Первые конструкции РВУ были предложены группой сотрудников ВНИИА в составе A.A. Бриша, А.Б. Дмитриева, JI.H. Космарского, Ю.Н. Сачкова, E.JI. Сбитнева, А.Б. Хейфеца, С.С. Цициашвилли и A.C. Эйга, а также Дж. Лафферти в фирме Дженерал Электрик (General Electric Company), США в 50-х годах прошлого столетия. Для повышения коммутационной способности разрядников И.А. Рич (I.A. Rich) предложил использовать электродную систему, которая представляет собой набор чередующихся стержней противоположной полярности. Однако применение этих типов РВУ было ограничено малым ресурсом, сравнительно большим временем включения, его разбросом и другими проблемами, многие из которых остаются актуальными и в настоящее время. Эти проблемы были частично решены при разработке отечественных РВУ сотрудниками ВЭИ Воздвиженским В.А и Сидоровым В.А. Производство РВУ до 1000 шт. в год было освоено Лавриновичем В.А. на ОАО «ЭНЕКО».

В связи с возрастающими требованиями потребителей и расширением области применения возникла необходимость в повышении предельных параметров РВУ в соответствии с потребностями электроимпульсных технологий и электроэнергетики. В частности, для успешного применения РВУ в мощных электроимпульсных технологиях необходимо было повысить коммутируемый ими ток от 100 кА до 500 кА, количество электричества в импульсе от десятков до сотен кулон и ресурс от тысячи до сотен тысяч включений в широком диапазоне коммутируемых токов. Весьма важным направлением совершенствования вакуумных разрядников является также уменьшение уровня рассеиваемой в РВУ энергии на начальной стадии формирования проводимости разрядного канала, что особенно существенно для коммутации микросекундных импульсов тока с частотой до десяти герц. Однако дальнейшее совершенствование конструкции РВУ, и выбор оптимальных режимов его использования было невозможно без более глубокого понимания физических процессов определяющих инициацию и развитие сильноточного вакуумного дугового разряда. Поэтому задача разработки физико-технических основ создания РВУ с повышенными технико-экономическими параметрами является актуальной.

Отметим, что, помимо большого прикладного значения, сильноточный импульсный вакуумный дуговой разряд является весьма интересным физическим объектом, представляющим самостоятельный интерес. Это обусловлено специфической особенностью вакуумной дуги, в которой происходит быстрый переход материала катода в жидкую фазу, сверхплотный пар и плазму, последовательно переходящую из плотного неидеального состояния в умеренно разряженное, а затем и в бесстолкновительное состояние. Изучение этого объекта с неослабевающим интересом проводится исследователями и разработчиками в различных научных центрах в течение последних 50-ти лет. Однако к моменту постановки настоящей работы практически отсутствовали систематизированные экспериментальные данные об инициации и развитии импульсной вакуумной дуги при токах разряда выше нескольких десятков килоампер, особенно на стадиях быстрого нарастания и спада разрядного тока. Это свидетельствует об исключительной сложности возникающих проблем: развитие разряда в нестационарном пространственно неоднородном электромагнитном поле, формируемом собственным током разряда; взаимодействие интенсивных плазменных потоков с поверхностью электродов и электродинамическое воздействие на токонесущие электроды в собственном магнитном поле.

Основные свойства вакуумного дугового разряда отражены в монографиях И.Н Сливкова, Г.А Месяца, И.Г. Кесаева, В.И. Раховского, коллективных монографиях под редакцией Дж. Лафферти (Lafferty J.M.), Р.Л. Боксмана (Boxman R.L.) и цитируемой в них литературе. Аналитический обзор особенностей развития сильноточного вакуумного дугового разряда приводится в разделе 1 главы 1.

Другой актуальной задачей, которая может быть решена с помощью вакуумных коммутационных аппаратов, является замена существующих высоковольтных выключателей постоянного тока с открытой электрической дугой, например, на железнодорожном транспорте. Такие аппараты имеют большие активные потери энергии, значительный объем, требуют свободной зоны для выхлопа ионизированного воздуха, обладают низкой надежностью, недостаточной коммутационной износостойкостью и высокой стоимостью затрат на обслуживание. Они характеризуются значительным рассеиванием энергии в дуге, повышенным уровнем акустических шумов и радиопомех, а также выделением токсичных и химически активных веществ при горении дуги. Применение вакуумных выключателей позволяет устранить многие из недостатков, присущих открытой электрической дуге. В таких аппаратах коммутация тока осуществляется в герметизированном вакуумном объеме, что позволяет значительно уменьшить падение напряжения на дуге, снизить, таким образом, энергетические потери и, как следствие, получить высокий коммутационный и механический ресурс.

В качестве дугогасительного устройства в вакуумных выключателях используются вакуумные дугогасительные камеры (ВДК). Значительный вклад в разработку вакуумных выключателей переменного тока в нашей стране внесли сотрудники ВЭИ: Белкин Г.С., Воздвиженский В.А., Лукацкая И.А., Перцев A.A., Потокин B.C., Ромочкин Ю.Г и др. Разработанные ими камеры находятся на уровне лучших зарубежных образцов.

Коммерческие ВДК содержат герметизированный стеклянный или керамический корпус с размещенными в нем контактной и экранной системами. В отличие от РВУ, контактная система ВДК состоит из двух торцевых контактов, один из которых неподвижный, а другой соединяется с корпусом через сильфон, благодаря чему он может перемещаться без нарушения вакуума.

Дуга отключения, возникающая при размыкании контактами ВДК цепи тока, горит в парах материала контактов и гаснет при переходе переменного тока через нулевое значение. Для отключения постоянного тока в вакуумном выключателе необходимо применять специальные меры.

Аналитический обзор различных способов коммутации постоянного тока в коммутационных аппаратах, содержащих ВДК, приводится во втором разделе Главы 1. Из анализа следует, что для сильноточной коммутации (более сотен ампер) можно использовать как вакуумные выключатели с принудительным переводом тока через нуль, так и гибридные выключатели, в которых используются параллельно соединенные ВДК и полностью управляемый силовой полупроводниковый прибор (СПП).

В первом типе выключателей для перевода тока через ноль используется дополнительный контур противотока, который создает встречный переменный ток с ампли!удой, превышающей отключаемый ток. В нашей стране разработкой этого типа, выключателя занимались Воздвиженский В.А. и Иванов В.П. Во втором типе выключателей отключение тока осуществляется в СПП, а ВДК используется для длительного пропускания номинального тока. Один из первых образцов такого аппарата в нашей стране был разработан и испытан И.В. Ермиловым и В.П. Ивановым при участии автора. Перспективность применения вакуумных выключателей для коммутации цепей постоянного тока электрифицированного железнодорожного транспорта рассмотрел В.Н. Пупынин.

Для отключения сравнительно небольших токов до сотен ампер при напряжении сети до 4 кВ экономически целесообразным представляется использовать ВДК с поперечным относительно направления тока магнитным полем. В таком аппарате реализуются условия, при которых падение напряжения на вакуумной дуге в момент коммутации может значительно превысить напряжение источника питания.

Исследования отключения постоянного тока в поперечном магнитном поле проводились группой из научно-исследовательского института электроэнергетики США (Electric Power Research Institute Inc.) в составе Кимблина (Kimblin C.W.), Хеберлейна (Heberlein J.V.R.), Слейда (Slade P.G.), Вошала (Voshall R.E.), Холмса (Holmes F.А.) и Рольфа Детлефсена (Rolf Dethlefsen) в 70-80 годы прошлого столетия. Усилия этих исследователей были направлены, в основном, на изучение возможности создания ограничителей тока. В ранее выполненных экспериментах использовалось импульсное магнитное поле, которое генерировалось во время горения дуги в вакуумном промежутке при максимальном расстоянии между контактами. В этих условиях наложение магнитного поля приводило к быстрому нарушению устойчивости дуги и ее погасанию. Процесс носил стохастический характер, поэтому надежность отключения тока была невелика. Имеющихся экспериментальных данных было недостаточно для описания особенностей; протекания тока при разведении контактов в вакуумном промежутке с магнитным полем, а также дляч создания адекватной физической модели гашения дуги. В последние годы к, решению этой проблемы подключилась группа исследователей под руководством К.Н. Ульянова.

Задача изучения гашения вакуумной дуги постоянного тока в поперечном магнитном поле сохранила свою актуальность и до настоящего времени. Решение данной проблемы необходимо для оптимизации режимов работы, а также для выбора и совершенствования конструкции коммутационных аппаратов постоянного тока на напряжение до 4 кВ. Разработка и создание таких аппаратов является важной научно-технической задачей, на решение которой направлена данная работа.

Цели работы.

Разработка физико-технических основ создания вакуумных коммутационных аппаратов для электроимпульсных технологий и для цепей постоянного тока посредством изучения процессов,, определяющих динамику проводимости сильноточного электрического разряда и его гашения в вакуумных промежутках различной конфигурации.

Разработка феноменологической модели развития инициируемого сильноточного вакуумного дугового разряда и физических моделей вакуумной дуги отключения в магнитном поле, необходимых для совершенствования конструкции мощных РВУ, и выбора оптимального распределения внешнего магнитного поля в рабочем объеме ВДК постоянного тока. Построение таких моделей необходимо для повышения надежности включения, ресурса и коммутационной способности РВУ, а также для повышения отключающей способности вакуумных выключателей постоянного тока с поперечным магнитным полем.

Работа ориентирована на разработку нового поколения вакуумных коммутационных аппаратов, которые будут отличаться высокой надежностью, коммутационной способностью и экологической чистотой.

Основные задачи исследований.

При совершенствовании конструкций РВУ возникает ряд проблем, связанных с обеспечением зачастую противоречивых требований: малые и стабильные времена включения, устойчивое развитие разряда в начальной и дуговой стадии, надежность включения, высокая коммутационная способность, большой ресурс и высокие номинальные напряжения. Решение каждой из перечисленных проблем непосредственно связано с изучением физических явлений, определяющих развитие разряда в РВУ. Работа велась по следующим направлениям:

- изучение влияния параметров разрядного тока и инициирующего разряда на развитие сильноточного импульсного дугового разряда в вакуумных промежутках различной конфигурации с целью определения способов повышения надежности и уменьшения времени включения РВУ;

- изучение различных способов инициации сильноточного вакуумного дугового разряда с целью повышения ресурса узла поджига РВУ;

- исследование коммутационных характеристик сильноточных разрядников с целью изучения возможности повышения ресурса РВУ при коммутации токов более 100 кА;

- разработка научных основ повышения предельных параметров РВУ путем совершенствования конструкции электродной системы и оптимизации параметров инициирующего разряда для различных режимов работы.

Другой задачей, на решение которой направлена настоящая работа, является определение условий, обеспечивающих отключение постоянного тока в поперечном магнитном поле. Для выполнения этой задачи, работа велась по следующим основным направлениям:

- выбор и обоснование конструкции контактной системы В ДК с внешним поперечным магнитным полем;

- экспериментальное и теоретическое исследование условий нарушения устойчивости и гашения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле в зависимости от индукции магнитного поля, геометрии вакуумного промежутка и параметров внешней цепи;

- разработка научных основ создания вакуумных коммутационных аппаратов постоянного тока для требуемых режимов коммутации.

Объект и предметы исследований

Объектом исследований являлся сильноточный дуговой разряд в вакуумных промежутках различной конфигурации, который обладает рядом специфических свойств, отличающих его от других форм газового разряда. В вакуумной дуге проводящая среда генерируется только в процессе электроэрозии материала электрода в катодных пятнах. Неограниченная эмиссионная способность катодных пятен позволяет обеспечить практически любые токи разряда, что обеспечивает высокую коммутационную способность вакуумных промежутков. Характер развития вакуумного дугового разряда существенно зависит от режима горения дуги, геометрии вакуумного промежутка и распределения магнитного поля как собственного, так и внешнего.

В качестве предметов исследований при участии Сидорова В.А и Иванова В.П. были выбраны, разработаны и изготовлены макетные образцы РВУ различной конфигурации и макетные образцы ВДК. В межконтактном промежутке последних формировалось постоянное аксиально-симметричное магнитное поле с помощью магнитной системы на основе постоянных магнитов типа MAER30HSs с высокой коэрцитивной силой > 1500 кА/м. Для формирования импульсного магнитного поля использовались специальные электромагнитные катушки с автономным источником питания.

Методы исследования

Экспериментальные исследования проводились на высоковольтных сильноточных стендах отдела 0200 ФГУП ВЭИ, оснащенных современной системой управления и диагностики, обеспечивающей одновременную регистрацию электрических характеристик разряда, импульсов зондового тока и излучения плазмы. Результаты измерений обрабатывались и оформлялись с помощью программ WaveStar, Mathcad и ORIGIN. Теоретические исследования проводились путем разработки феноменологических и физических моделей. При решении поставленных задач использовались методы статистической обработки экспериментальных данных, методы математического анализа, методы теории электрических цепей и методы численного решения уравнений на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Предложена и апробирована оригинальная методика времяпролетных измерений скорости ионов с помощью плоского ленгмюровского зонда. Методика позволяет определить среднюю и направленную скорость ионного потока по измеренной зависимости зондового тока во времени.

2. В дуговой стадии импульсного разряда при скорости нарастания тока £/;/£#> 2*109 А/с и длине вакуумного промежутка ¿/—10 мм обнаружено формирование устойчивого цилиндрического разрядного канала. Показано, что с увеличением сИ/Ж > 1010 А/с происходит нарушение устойчивости развития сильноточного вакуумного дугового разряда, сопровождающееся значительными осцилляциями напряжения и немонотонностью роста тока. На этой стадии обнаружено существенное изменение свечения плазмы и образование разрывов в разрядном канале. Впервые установлено наличие временной корреляции между изменениями электрических параметров разряда и динамикой свечения плазмы разрядного канала и пятен на электродах. Полученные результаты позволили определить требования к параметрам инициирующего разряда и длине вакуумного промежутка, обеспечивающие устойчивое развитие сильноточного разряда при высокой скорости нарастания тока и, следовательно, минимальные энергетические потери, что важно для повышения ресурса узла по джига РВУ.

3. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия образования катодных пятен под плазмой вакуумного разряда с током Л при напряжении С/: > О, где постоянная О определяется материалом электродов и состоянием поверхности катода. Предложена и экспериментально апробирована методика расчета коммутационных характеристик РВУ с отделенным от катода вспомогательным импульсным источником плазмы. Методика позволяет оптимизировать параметры вспомогательного источника. Полученные результаты способствовали разработке новых способов инициации разряда с целью повышения ресурса РВУ.

4. В результате экспериментального исследования инициации и развития импульсного сильноточного вакуумного разряда в стержневой электродной системе обнаружено явление быстрого перехода разряда от узла поджига в межстержневые промежутки. Найдено пороговое значение тока перехода /'к = 5 - 9 кА, которое практически не зависит от скорости нарастания тока. Установлена корреляция между моментом появления резкого спада напряжения на вакуумной дуге и моментом образования нового разрядного канала в межстержневом промежутке. Предложена феноменологическая модель развития сильноточного дугового разряда в нестационарном пространственно-неоднородном скрещенном электромагнитном поле стержневой электродной системы. Полученные результаты позволили определить требования к конструкции стержневой электродной системы, обеспечивающие высокую коммутационную способность РВУ.

5. Предложена оригинальная конструкция ВДК, в межконтактном промежутке которой формируется аксиально-симметричное преимущественно радиальное магнитное поле. Обнаружены и исследованы две характерные стадии развития дуги отключения, присущие практически всем вакуумным промежуткам с аксиально-симметричным магнитным полем: устойчивая и неустойчивая, которая характеризуется значительными осцилляциями напряжения и тока. Обнаружено, что в момент перехода из устойчивой стадии дуги в-неустойчивую дуговойканал в межконтактном промежутке погасает.

6. Впервые определено распределение длительности устойчивой стадии дуги и тока отключения в вакуумном промежутке с поперечным магнитным полем при различных значениях индукции магнитного поля и параметрах внешней цепи. Установлено, что экспериментальные распределения продолжительности устойчивой стадии дуги и отключаемого тока до 300' А удовлетворительно описывается двухпараметрическим вейбулловским законом с параметром формы Ъ > 1, т.е. отличаются от экспоненциального распределения, присущего вакуумным промежуткам без внешнего магнитного поля. Из этих результатов следует, что наложение аксиально-симметричного магнитного поля изменяет статистические свойства вакуумной дуги отключения.

7. Впервые экспериментально определено и теоретически обосновано существование критической плотности тока /ш, ниже которой происходит нарушение устойчивого горения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле и найдены его зависимости от длины межконтактного промежутка и индукции магнитного поля. Найдены условия нарушения устойчивости дуги в случае разведения контактов ВДК с магнитным полем при растущем во времени токе. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что нарушение устойчивости будет происходить, если скорость роста критического тока dim(z)/dt, определяемая скоростью хода dz/dt контактов ВДК, превысит скорость нарастания тока внешней цепи.

8. Предложена математическая модель развития нестационарного слоя отрицательного объемного заряда в прианодной области вакуумного промежутка при нарушении устойчивого горения дуги, в которой размер слоя растет с постоянным ускорением аРазвитая модель динамики анодного слоя позволила оценить температуру поверхности анода на завершающей стадии гашения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле. Определены возможные механизмы отказа отключения тока в ВДК с поперечным магнитным полем.

Практическая ценность работы

Выполненный цикл теоретических и экспериментальных исследований способствовал углубленному пониманию физических процессов, определяющих динамику проводимости сильноточного инициируемого импульсного электрического разряда в вакуумных промежутках различной конфигурации и нарушение устойчивости вакуумной дуги постоянного тока в поперечном магнитном поле. Практическая ценность результатов исследований заключается в следующем:

- получено, что для обеспечения минимальных энергетических потерь в начальной стадии развития вакуумного разряда и надежности включения РВУ скорость нарастания тока инициирующего разряда должна быть сравнима со скоростью нарастания тока основного разряда, а его длительность должна превышать время пролета ионами вакуумного промежутка;

- предложена схема РВУ со вспомогательным источником инициирующего разряда и разработана методика определения условий включения и расчета его коммутационных характеристик;

- определены способы совершенствования конструкции существующих типов РВУ;

- разработана оригинальная конструкция В ДК, в межконтактном промежутке которой формируется аксиально-симметричное преимущественно радиальное магнитное поле;

- определены условия успешного отключения постоянного тока в ВДК с внешним магнитным полем: должно произойти нарушение устойчивости дуги и вакуумный промежуток должен выдерживать восстанавливающееся на нем напряжение.

- предложена методика оценки индукции магнитного поля и длины межконтактного промежутка ВДК, при которых происходит отключение постоянного тока;

- определены возможные причины отказа отключения тока в ВДК с поперечным магнитным полем и разработаны требования к конструкции вакуумных коммутационных аппаратов постоянного тока.

Результаты исследований использовались при проектировании новых типов сильноточных РВУ, способных многократно (104 - 105) коммутировать импульсные токи до 500 кА с величиной передаваемого заряда до сотен кулон, которые по своим характеристикам превосходят известные мировые аналоги, и при разработке ВДК с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем. На основе этой камеры разработан и успешно прошел сертификационные испытания вакуумный контактор постоянного тока КВО-3-25 на напряжение до 4 кВ. На предприятиях ОАО «НЛП «КОНТАКТ»», г. Саратов, и ООО «Вакуумные технологии», г. Рязань, освоено мелкосерийное производство новых типов РВУ и вакуумных контакторов.

Достоверность результатов

Достоверность результатов исследований, изложенных в работе, обеспечивается корректностью постановки задачи теоретических и экспериментальных исследований, использованием современных методов синхронной регистрации электрических сигналов и излучения плазмы, точностью измерений, и подтверждается сравнением результатов экспериментальных исследований с аналитическим расчетом и численным моделированием, а также эксплуатационной надежностью внедренных аппаратов, подтвержденной многолетним опытом их применения.

Основные положения, выдвигаемые на защиту

1. В результате исследований инициации и развития сильноточного дугового разряда при высокой скорости нарастания тока

- экспериментально найдены условия существования устойчивого цилиндрического разрядного канала в дуговой стадии разряда: 1 кА <1т < 3 кА, 2-109 А/с < (¿ШОт < Ю10 А/с при с1~ 10 мм;

- экспериментально определенны условия нарушения устойчивости сильноточного вакуумного дугового разряда, сопровождающиеся значительными осцилляциями напряжения и немонотонностью роста тока: 1т> 3 кА, (сИ/Ж)т > ю10 А/с при 10 мм;

- экспериментально установлено наличие корреляции между изменениями электрических параметров разряда, динамикой свечения плазмы разрядного канала и пятен на электродах;

- определены требования к параметрам инициирующего разряда, обеспечивающие минимальное время включения и повышение ресурса РВУ.

2. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия инициации разряда в вакуумном промежутке с помощью вспомогательного источника плазмы. Использование вспомогательного источника плазмы позволяет существенно повысить ресурс РВУ.

3. В результате исследований развития сильноточного вакуумного дугового разряда в стержневой электродной системе

- экспериментально обнаружено, что независимо от скорости изменения тока всегда существует пороговый ток = 5 - 9 кА, при достижении которого происходит переход сильноточной дуги от узла поджига в межстержневые промежутки;

- экспериментально установлена корреляция между моментом появления резкого спада напряжения на вакуумной дуге и моментом образования нового дугового канала в межстержневом промежутке, что позволило следить за развитием дугового разряда путем анализа осциллограмм тока и напряжения,

- предложена феноменологическая модель развития сильноточного разряда в нестационарном пространственно-неоднородном скрещенном электромагнитном поле.

4. В результате исследования гашения дуги в вакуумном промежутке с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем

- экспериментально найдены и теоретически обоснованны условия нарушения устойчивости вакуумной дуги в поперечном магнитном поле;

- развита модель возникновения и развития неустойчивой стадии дуги, в которой предполагается, что размер слоя объемного отрицательного заряда увеличивается с постоянным ускорением.

5. На основании результатов выполненных исследований разработаны новые типы мощных РВУ со стержневой электродной системой и оригинальная вакуумная камера КДВ-25 с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на следующих отечественных и международных симпозиумах и конференциях: XIV-th ISDEIV, Santa Fe, September 1990; XX Int. Conf. Phenom. Ionized Gases, Pisa, July 1991; XV-th ISDEIV, Darmstadt, September 1992; XVI-th

ISDEIV, Moscow-St. Petersburg, May 1994; XVII-th ISDEIV, Berkeley, 1996; 11th IEEE Int. Pulsed Power Conf., 1997; VII Международная конференция MG-7, С аров, 1997; 12th IEEE Int. Pulsed Power Conf., 1999; XlX-th ISDEIV, Xi' an, China, 2000; VI Симпозиум «Электротехника 2010», 2001; XX-th ISDEIV, Tour, 2002; 11-th EML-Symposium, Saint-Louis, France, May 2002; XXI-th ISDEIV, Yalta, 2004; XXII-th ISDEIV, 2006, Matsue, Japan; IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030. Перспективные технологии электроэнергетики», 2007, Истра, Московская область; «Электрические контакты и электроды» (ЭК-2007), 2007, Украина, Крым, пос. Кацивели; XXIII-th ISDEIV, 2008, Bucharest, Romania; VIII Международный симпозиум по радиационной плазмодинамике, Москва, 2009; Научные сессии МИФИ 2007, 2008 гг.; физические семинары ВЭИ.

Выводы по Главе 7

1. Определены условия успешного гашения дуги постоянного тока в ВДК с внешним магнитным полем: должно произойти нарушение устойчивости горения дуги и вакуумный промежуток должен выдерживать восстанавливающееся на нем напряжение.

2. Из результатов экспериментов следует, что существует мгновенное значение тока Д,, при котором происходит нарушение устойчивости горения дуги в поперечном магнитном поле для заданного значения индукции магнитного поля и величины межконтактного зазора. Среднее значение тока увеличивается с ростом радиальной и аксиальной составляющих магнитного поля, а также с увеличением межконтактного зазора, и практически не зависит от величины шунтирующей емкости. При зазоре 4 мм и изменении усредненной по зазору индукции магнитного поля от 65 до 115 мТл ток нарушения устойчивости возрастает от 85 до 260 А.

3. Для объяснения наблюдаемых явлений развита одномерная стационарная модель течения плазмы в поперечном магнитном поле, в которой возникновение неустойчивости обусловлено уменьшением скорости ионов в прианодной области вакуумного промежутка до скорости ионного звука.

4. Предложенная модель позволила оценить условие нарушения устойчивости дуги в случае разведения контактов ВДК при растущем во времени токе. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что нарушение устойчивости будет происходить, если скорость роста критического тока di-Jdt, определяемая скоростью dz/dt хода контактов ВДК, превысит скорость нарастания тока внешней цепи до критического значения 11п.

5. Полученные результаты продемонстрировали возможность применения ВДК с шунтирующим резистором Rs < 2 Ом для ограничения тока. Следует ожидать, что уровень ограничения тока можно повысить путем увеличения индукции поперечного магнитного поля, скорости разведения контактов и максимального хода контактов в ВДК.

6. Экспериментальные функции вероятности обрыва тока в поперечном магнитном поле удовлетворительно аппроксимируются двухпараметрическим вейбулловским законом распределения. Найденные распределения позволили оценить отключающую способность ВДК с заданной вероятностью при фиксированных значениях межконтактного зазора, индукции магнитного поля и шунтирующей емкости. Так, при BUi = 90 мТл в ВДК, шунтированной емкостью Ci ~ 0,5 мкФ, будет обрываться ток 120 А с вероятностью Fbr = 0,999. При Вга = 115 мТл обрыв с той же вероятностью Fbr = 0,999 обеспечивается для тока ~ 180 А. С уменьшением емкости С\ от 0,5 до 0,025 мкФ обрываемый ток при вероятности Fbr = 0,999 при Вгя = 90 мТл уменьшается от 120 до 80 А.

7. Резкое повышение напряжения на вакуумном промежутке и спад тока в момент перехода дуги в неустойчивую стадию удовлетворительно описываются моделью развития нестационарного слоя объемного заряда в прианодной области вакуумного промежутка, в которой размер слоя растет с постоянным ускорением a¿¡. Величина ускорения определялась адаптивным методом из условия наилучшего приближения экспериментальных осциллограмм и расчетных кривых. Численное моделирование процесса гашения дуги позволило определить зависимость скорости нарастания плотности теплового потока на анод от индукции магнитного поля и величины шунтирующей промежуток емкости.

8. Развитая модель динамики анодного слоя позволила оценить температуру поверхности анода на завершающей стадии гашения вакуумной дуги в поперечном магнитном поле. Из анализа результатов расчетов следует, что предельный ток отключения ВДК в значительной степени определяется разогревом поверхности анода до предельно допустимой температуры !ГД0П« 1500-5- 1700 °К для вакуумной дуги, горящей в парах меди. При превышении температуры Гдоп плотность металлического пара достигает критических значений и становится возможным пробой вакуумного промежутка под действием восстанавливающегося на нем напряжения или нейтрализация анодного слоя.

9. Пробой при увеличении напряжения можно объяснить и другим механизмом, определяемым изменением концентрации плазмы вакуумной дуги в прикатодной области. Так, при нарушении устойчивости дуги во время быстрого роста напряжения изолированная от анода плазма расширяется в радиальном направлении в результате взаимодействия холловского тока с аксиальной составляющей магнитного поля. В результате на периферии катода под слоем расширяющейся плазмы могут возникнуть условия для образования спонтанных КП, и генерации новой катодной плазмы за границей дугового канала, которая быстро закоротит межконтактный промежуток. В результате произойдет спад напряжения и рост тока.

10. Из анализа развития неустойчивой стадии дуги следует, что высокочастотные осцилляции напряжения могут быть обусловлены повторными пробоями вакуумного промежутка при резком повышении напряжения. После пробоя на ток в цепи накладывается ток разряда шунтирующей емкости С увеличением С1>0,1мкФ суммарный ток в промежутке на второй полуволне разрядного тока шунтирующей емкости может достигнуть нуля и дуга погасает. Это приводит к уменьшению длительности неустойчивой стадии дуги и, соответственно, к увеличению предельного тока отключения при спадающем токе.

11. Отказ в отключении тока происходит, если пробой произошел в центральной области на поверхности катода в области максимальных значений аксиальной составляющей Д, магнитного поля. В этом случае силовые линии из нового КП в центральной области катода могут попадать на анод, и дуга горит устойчиво вдоль силовых линий вплоть до окончания импульса тока. Другой возможной причиной отказа отключения тока является возникновение каскадного горения дуги между катодом и экраном и между экраном и анодом. Возможность реализации такого режима обусловлена малой кривизной силовых линий магнитного поля на периферии контактной системы.

12. Разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции ВДК с аксиально-симметричным магнитным полем с целью повышения ее отключающей способности. Эти рекомендации касаются, в частности, изолирования центральной области поверхности катода и усовершенствования магнитной системы для увеличения кривизны силовых линий магнитного поля на периферии контактной системы.

13. Результаты исследований использовались при разработке вакуумной дугогасительной камеры с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем. На основе этой камеры разработан и успешно прошел сертификационные испытания вакуумный контактор постоянного тока КБВ-3-25 на номинальное напряжение 3 кВ. Выпущена опытная партия контакторов в количестве 50 шт.

Заключение

Основные научные результаты, выводы и рекомендации можно сформулировать в следующем виде.

1. Обнаружено формирование устойчивого цилиндрического разрядного канала в дуговой стадии разряда и определены условия его образования. Установлено существование пороговой скорости нарастания тока, при превышении которой разряд переходит в неустойчивую стадию, характеризующуюся значительными осцилляциями напряжения и немонотонностью роста тока. На этой стадии обнаружено существенное изменение свечения плазмы и образование разрывов в разрядном канале. Установлено наличие временной корреляции между изменениями электрических параметров разряда, динамикой свечения плазмы разрядного канала и пятен на электродах. Полученные результаты позволили определить оптимальные условия инициации разряда, обеспечивающие минимальное время включения и малые энергетические потери РВУ.

2. Определены условия образования спонтанных катодных пятен под плазмой вакуумного разряда, что позволило найти пути повышения ресурса РВУ. Предложен новый способ инициации разряда в РВУ и разработана методика оптимизации его параметров.

3. Определены требования к параметрам инициирующего разряда, обеспечивающие устойчивое развитие начальной стадии разряда и ресурс РВУ.

4. В результате исследования развития сильноточного электрического разряда в макете стержневой электродной системы обнаружено явление перехода разряда от узла поджига в межстержневые промежутки при достижении1 мгновенного значения тока 5-9 кА. Установлена корреляция между моментом появления резкого спада напряжения на вакуумной дуге и моментом образования нового разрядного канала в межстержневом промежутке. С ростом тока наблюдались различные моды вакуумной дуги в межстержневом промежутке и размножение разрядных каналов по всем межстержневым зазорам. Предложена феноменологическая модель развития сильноточного разряда в нестационарном пространственно-неоднородном скрещенном электромагнитном поле, которая согласуется с результатами экспериментального исследования. Результаты исследований использованы при разработке и создании новых типов мощных РВУ отпаянной конструкции с улучшенными техническими характеристиками: РВУ-27, РВУ-35, РВУ-43, РВУ-45 и РВУ-47.

5. Предложена и обоснована оригинальная конструкция вакуумной дугогасительной камеры с аксиально-симметричным преимущественно радиальным магнитным полем. Обнаружены и исследованы две характерные стадии развития разряда (устойчивая и неустойчивая), присущие практически всем вакуумным промежуткам с аксиально-симметричным магнитным полем.

6. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия нарушения устойчивости вакуумной дуги в поперечном магнитном поле. Развита одномерная модель течения плазмы между расходящимися контактами в поперечном магнитном поле, описывающая устойчивую стадию горения дуги. Рассчитанные в рамках этой модели зависимости критического тока нарушения устойчивости дуги в поперечном магнитном поле от тока дуги, индукции магнитного поля и длины межконтактного промежутка качественно согласуются с результатами экспериментальных исследований.

7. Развита модель возникновения неустойчивой стадии, в которой протекание тока в прианодном слое объемного отрицательного заряда описывается законом Чайльда-Ленгмюра. Предполагается, что размер слоя увеличивается' с постоянным ускорением. Результаты моделирования удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

8. Результаты исследований использованы при разработке и создании ВДК с аксиально-симметричным поперечным магнитным полем. На основе этой камеры изготовлен и успешно прошел сертификационные испытания вакуумный контактор постоянного тока КВО-3-25 на максимальное напряжение 4 кВ. Выпущена опытная партия контакторов в количестве 50 шт.

1. Сливков И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме.- М.: Энергоиздат, 1986.- 254с.

2. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга.- М.: Наука, 2000. 424с.

3. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск : Наука, 1984.- 255 с.

4. Litvinov Е.А. Theory of explosive electron emission // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1985.-Vol.20. - No 4. - pp.683-689.

5. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги.- М.: Наука, 1968.

6. Раховский В.И. Физические основы- коммутации электрического тока а вакууме.- М.: Наука, Физ-матизд., 1970.

7. Вакуумные дуги. Теория и приложения /под редакцией Дж. Лафферти.- М: Мир, 1982.- 432 с.

8. Boxman R.L., Sanders D.M., Martin P. J., Eds. Handbook of vacuum arc science and technology: fundamentals and applications. Park Ridge, N.J.: Noyes, 1995.

9. Agarwal M.S., Holms R. Arcing voltage of the metal vapour vacuum arc// J. Phys. D: Appl. Phys. -1984. -Vol.17.- No 4,- pp. 757-767.

10. Zabello K.K., Barinov Y.A., Chaly A.M., Logatchev A.A., Shkol'nik S.M. Experimental study of cathode spot motion and burning voltage of low-current vacuum arc in magnetic field //IEEE Trans. Plasma Sci. -2005.- Vol.33.-No 5.-pp. 1497-1503.

11. Перский H.E., Сысун В.И., Хромой Ю.Д. Динамика катодных пятен вакуумного разряда//ТВТ. -1989. -Т. 27.- № 6. -С. 1060.

12. Бушик А.И., Зачепило П.С., Шилов В. А. Изменение типа катодных пятен в импульсном сильноточном вакуумном разряде как критерий степени очистки рабочей поверхности //Вакуумная техника и технология. -1991.-Т.1.- №2.- с.44-46.

13. Логачев А.А., Чалый A.M., Школьник С.М. Особенности электродных процессов на медьхромовой композиции в короткой сильноточной вакуумной дуге //Письма в ЖТФ.-1996. Т.22. - вып.11. - с.26-31.

14. Школьник С.М., Дюжев Г. А. Физические исследования сильноточного вакуумного дугового разряда // Инженерно физический журнал. 1992.- Т. 62.- №5.- с.733-738.

15. Miller H.G. A review of Anode Phenomena in Vacuum Arcs //Contrib. Plasma Phys.- 1989.- Vol.29.- No 3,- pp.223-249

16. Лондер Я.И., Ульянов K.H. Критические режимы сильноточной вакуумной дуги// ТВТ.- 2001.- Т. 39.- №5.- с. 699.

17. Kimblin C.W. Arcing and interruption phenomena in AC vacuum switchgear and in DC switches subjected to magnetic fields // IEEE Trans. Plasma Sci. -1983.-Vol. 11.- No.3.- pp.173-181.

18. Белкин Г.С., Лукацкая И.А., Перцев А.А., Ромочкин Ю.Г. Новые разработки ВЭИ в области, вакуумных дугогасительных камер //Электротехника. 2001.- №9.- с.9-15.

19. Chaly A.M., Logatchev A.A., Shkol'nik S.M. // IEEE Trans. Plasma Sci.-1999,- Vol. 27.- No 4,- pp. 827-834.

20. Yanabu S., Okawa M., Kaneko E,.Tamagawa T. Use of axial magnetic fields to improve high-current vacuum interrupters//IEEE Trans. Plasma Sci.- 1987.- Vol. 15,- No 5,- pp.524-532.

21. Matsuo Т., Harumitsu F., Yanabu S., et al. Insulation recovery characteristics after current interruption by various vacuum interrupter electrodes //IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation.- 2006.- Vol. 13.- No 1.- pp. 10-16.

22. Homma M., Somei Ы, Niwa Y., Yokokura K., Ohshima I. Physical and theoretical aspects of a new vacuum arc control technology-self arc diffusion by electrode: SADE // IEEE Trans. Plasma Sci.- 1999,- Vol. 27.-No4.-pp.961-968.

23. Chaly A.M., Logatchev A.A., Zabello K. Shkol'nik S.M. High current vacuum arc appearance in nonuniform magnetic field //IEEE Trans. Plasma Sci.- 2003,-v. 31.- No5.- pp.884-889.

24. Лондер Я.И., Ульянов K.H. Теоретическое изучение влияния магнитного поля тока Холла на параметры сильноточного вакуумно-дугового разряда //ТВ-2008.-Т.46.-№2.-С. 185-196.

25. Белкин Г.С. Закономерности среза тока в вакуумных выключателях //Электричество,- 1991.- №4.- с.6-11.

26. Schade Е., Dullni Е The Characteristic Features of Recovery of the Breakdown Strength of Vacuum Switching Devices after Interruption of High Currents // XIX-ISDEIV. 2000.- Xi'an.- pp. 367-374.

27. Sampayan S.E., Curbaxani S.H., Buttram M.T. Recovery properties of vacuum spark gaps //IEEE Trans. Plasma Sci. -1989.- Vol.l7/-No 6. pp.889-897.

28. Childs S.E., Greenwood A.N., A model for interruption on diffuse1 vacuum arcs //IEEE Trans. Plasma Sci. -1980. Dec.- pp.289-294.

29. Reece M.P.The Vacuum Switch. Part 2. Extinction of an a.c. vacuum arc. //Proc.of the IEE. 1963,- Vol. 110 - N 4.

30. Лукацкая И.А. Высоковольтные силовые вакуумные камеры. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук./ ВЭИ им. В.И. Ленина .~М.: 1964,- 25 с.

31. Воздвиженский В.А. Анализ отключающей способности вакуумных дугогасительных камер с торцевыми контактами //Электричество. 1977.-№1.-с. 83-85.

32. Белкин Г.С., Данилов М.Е., Клешнин Н.И., Лукацкая И.А., Ромочкин Ю.Г. К расчету отключающей способности вакуумных дугогасительных камер //Электричество.- 2001.- № 9.- с. 89-94.

33. Zalucki Z.Interrupting capacity of vacuum interrupter dependence on frequency of current //Proc. XV-ISDEIV. 1992.- Darmstadt, pp. 540-545; IEEE Trans. Plasma Sci. -1993. - Vol.21.- N5.- pp.494-500.

34. Chulkov V.V., Pertsev A.A. Investigation of the Voltage of Arc Ignition Between Vacuum Interrupter Contacts //XVII-ISDEIV. 1996,- Berkeley. - pp. 21-23.

35. Лондер Я.И., Пятницкая O.B., Ульянов K.H. Динамика процесса гашения вакуумной дуги. II. Влияние медленных ионов на восстановлениеэлектрической прочности и повторное зажигание дуги //ТВТ.-1992.-Т.30.-№5.-с.854-8б1.

36. Богословская А.Б., Лондер Я.И., Ульянов К.Н. Динамика процесса гашения вакуумной дуги. Образование в межэлектродном промежутке медленных атомов и ионов //ТВТ.-1992.-Т.30.-№4.-С.679-685.

37. Glinkowski М., Greenwood A. Some interruption criteria for shot high-frequency vacuum arcs //IEEE Trans. Plasma Sci. 1989. - Vol.17.- No 5.-pp.741-743.

38. Dullni E., Schade E.Recovery Behavior of Vacuum Cicuit-Breakers at the Current Interruption Limit //XVII-ISDEIV.- 1996,- Berkeley.- pp.517-521.

39. Рыльская Л.А., Перцев А.А. Электрическая, прочность вакуумной дугогасительной камеры после отключения тока //Электротехника. 1985. - №1.- с. 5-9.

40. Перцев А.А., Рыльская Л.А., Ульянов К.Н. и др. Расчет вероятности повторных пробоев вакуумной дугогасительной камеры //Электричество. -1989.- №8.- с. 74-76.

41. Перцев А.А., Рыльская Л.А. Повторные пробои вакуумных дугогасительных камер //Электричество. 1993.- №8.- с. 21-25.

42. Toy а Н., Ueno N., Okada Т., Murai Y. Statistical property of breakdown between metal electrodes in vacuum //IEEE Trans. Power Apparatus and Systems. 1981.- Vol. 100,- No 4.- pp.1932-1939.

43. Osmokrovich P. Influence of switching on dielectric properties of vacuum interrupters //IEEE Trans. DEI.- 1994,- Vol.1.- No2.- pp.340-347.

44. Сидоров B.A., Алферов Д.Ф. Электрическая прочность сильноточных вакуумных управляемых разрядников //1Г1Э. 2001.- №1.- с. 92-100.

45. Сидоров В.А., Алферов Д.Ф., Алферова Е.Д. Статистическое описание электрической прочности последовательно соединенных одинаковых изоляционных элементов // Электричество. 2005.- №2. - с.10-17.

46. Sidorov V.A., Alferov D.F., Alferova E.D. Dielectric Strength of Series-Connected Vacuum Gaps //IEEE Trans, on Dielectrics and Electrical Insulation.-2006.-Vol. 13.-Feb.-pp. 18-25.

47. Alferov D. F., Belkin G. S., Pertsev A. A., Romochkin Yu. G., Rylskaia L. A., Sidorov V. A. Dielectric Strength of Two Series Connected Vacuum Interrupters //Proc. of XXIII-th ISDEIV, 15-19 September. -2008,- Bucharest, Romania. (B1-P03).

48. Бриш A.A., Дмитриев А.Б., Космарский Л.Н., Сачков Ю.Н., Сбитнев Е.Л., Хейфец А.Б., Цициашвилли С.С. и Эйг А.С. Вакуумные искровые реле //ПТЭ. 1958. - №5.- С.53

49. Lafferty J.M. Triggered Vacuum Gaps //Proc.IEEE. 1966. - Vol.54. - pp. 23-32.

50. Green A.J., Christopoulos C. Plasma- Buildup and Breakdown Delay in a Triggered Vacuum Gap //IEEE Trans. Plasma Sci. 1979. - Vol.7.- No2.-pp.111-115.

51. Василевский М.А., Воздвиженский В.А., Сидоров В.А., Яикин Е.Г. Высоковольтные сильноточные управляемые вакуумные разрядники отпаянной конструкции //11ТЭ. — 1986,- №6.- с. 123-126.

52. Импульсный разряд в диэлектриках, под ред. Г.А.Месяца.- Новосибирск: Наука, 1985 167 с.

53. Vozdvijensky V.A., Sidorov V. A. Initial stage of discharge current growth in a triggered vacuum gap //IEEE Trans. Plasma Sci. — 1991.- Vol.19.- No5.- pp. 778-781.

54. Boxman R.L.Triggering mechanisms in triggered vacuum gaps //IEEE Trans. Electron Devices.- 1977.- Vol.24.- No 2.- pp. 122-128.

55. Коваль H.H., Крейедель М.Ю., Литвинов У.Ф., Толкачев Е.И. Влияние поджига на время коммутации длинных вакуумных промежутков //ЖТФ.1991. Т. 61. - № 1. - с.198-199.

56. Крейндель М.Ю., Литвинов Е.А. Влияние давления газа на развитие кнудсеновского разряда с поджигом в длинных промежутках //Физика плазмы. 1991. - Т.17. - №7. - с.893-895.

57. Gutfeld R.J., Dreyfus R.W. Electronic probe measurements of pulsed copper ablation at 148 nm //Appl. Phys. Lett. 1989. - Vol. 54. - No 3. - pp.1212-1214.

58. Kutzner J., Miller H.C. Ion flux from the cathode region of a vacuum arc //IEEE Trans. Plasma Sci.-1989.-Vol.17.-No 5.-pp.688-694; J. Phys.D: Appl.Phys.1992.-Vol. 25.- No 4.-pp.685-693.

59. Борзенко В.П., Волков О.Л., Красов В.И., Кринберг И.А., Паперный В.Л., Симонов В.Г. Резистивное ускорение ионов- в токонесущих плазменных струях //Физика плазмы. 1991.- Т.17. - №3. - с.360-368.

60. Ivanov V.A., Anders S., Jiittner В., Pursch H. Ion and electron acceleration in metal vapor arc plasmas // Proc. XlVth ISDEIV, Santa Fe. Sep. - 1990. -pp. 192-197.

61. Логачев A.A., Митрофанов H.K., Циркель Б.И., Школьник С.М. К вопросу о характере движения ионов в межэлектродном промежутке сильноточной вакуумной дуги //Письма в ЖТФ. 1989.-Т. 15.- № 9,- с.78-82.

62. Хороших В.М. Аксенов И.И., Коновалов И.И. О структуре плазменных струй, генерируемых катодным пятном вакуумной дуги.//ЖТФ. -1988. -Т.58. №6.-с.1220-1221.

63. Miller Н.С. Cathode Ions from Microsecond Aluminum Vacuum Arcs //J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 66. -No3. - pp. 1107-1112.

64. Smeets R.P.P., Schulpent F.J.H. Fluctuations of Charged Particle and Light Emission in Vacuum Arcs //J. Phys. D: Appl. Phys. -1988. Vol.21. - No 2. -pp.301-310.

65. Юшков Г.Ю. Исследование направленных скоростей ионов в вакуумном дуговом разряде эмиссионными методами //Изв. Вузов. Физика. 2001. - № 9.-с. 9-14.

66. Юшков Г.Ю., Бугаев А.С., Кринберг И.А., Оке Е.М. О механизме ускорения ионов в плазме вакуумного дугового разряда //Доклады АН РАН. 2001. - т. 378. - №1. - с. 41-43.

67. Короп Е.Д., Плютто А.А. Ускорение ионов материала катода при вакуумном пробое //ЖТФ. 1970.- Т.40,- с. 2534.

68. Astrakhantsev N.V., Krasov V.I., Paperny V.L. Ion Acceleration in a Pulse Vacuum Discharge //J. Phys. D: Appl. Phys.- 1995.- Vol.28.- p. 2514.

69. Астраханцев H.B., Вантеев A.B., Варнаков A.A., Красцов В.И., Паперный В.Л. Об ускорении ионов при расширении токонесущей плазмы в вакуум //Письма в ЖТФ. 1995. - т. 21. - №11. - с.37-41.

70. Красов В.И., Кринберг И.А., Паперный В.Л., Коробкин Ю.В., Романов И.В. Особенности расширения в. вакуум сильноточной катодной плазменной струи //Прикладная физика. 2007.- №б.-с.88-92.

71. Горбунов С.П., Красов В.И., Кринберг И.А., Паперный В.Л. Ускорение многозарядных ионов металлов во фронте катодного факела, вакуумного искрового разряда //Прикладная физика.-2004.-№ 6.- с.83 90.

72. Зверев Е.А., Красов В.И., Кринберг И.А., Паперный В.Л. Формирование микропинча и генерация многозарядных ионов на фронте токонесущего плазменного факела//Физика плазмы.-2005.-Т.31.-№19.-с.909-922.

73. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Перелыптейн Э.А. Модель коллективного ускорения ионов в вакуумном разряде на основании концепции глубокой потенциальной ямы //ЖЭТФ. 2000. -Т. 118. - с. 1358.

74. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Перелыптейн Э.А. Феноменологическая модель неустойчивой стадии вакуумного искрового разряда //ЖТФ.-2009.-Т.79.-№10.-с.45-52.

75. Chaly A.M., Logatchev A.A., Shkol'nik S.M. Cathode spot dynamics on pure metals and composite materials in high-current vacuum arcs //IEEE Trans. Plasma Sci.- 1997.- Vol.25.- No 4.- pp.564-570.

76. McNab I.R. Developments in Battlefield Power Technology. //Proc. 12th Intern. Pulsed Power Conf. Monterey, USA, June -1999.- pp.359-363.

77. Bower S., Cook K.G., Jones F.J., Pirrie C.A. Preliminary Study into the Magnetically Assisted Blocking of Reverse Current in a Cold Cathode High Current Vacuum Switch //Proc. 12th Intern. Pulsed Power Conf. Monterey, USA, June -1999. pp. 1141-1144.

78. Junjia H., Jiyan Z., Shihong Q., HaLW. A High-capacity Triggered Vacuum Switch with Single Axial Magnetic Field Electrode //IEEE Trans. Magnetics. -1999.- Vol. 35,- № 1. -pp. 352-353.

79. Jiyan Z., Jinxiang C., Qiwen L. Theory and application of triggered vacuum switches //Proc. 19th ISDEIV. -Xi'an. -2000.- pp. 363-366.

80. He Z., Wang L., Li F., Yao W., Dong M., Zhao C. Improving triggering characteristics for a surface-flashover triggered vacuum switch //Proc. 2th Euro-Asian Pulsed Power Conf., Lithuania. -2008,- pp. 22-26.

81. Вакуумные дугогасительные камеры. Сборник статей сотрудников ВЭИ. Составители А.А. Перцев, Л.А. Рыльская Рязань: Рязанский издательский дом, 2008. - 392 с.

82. Воздвиженский В.А., Сидоров В.А. Вакуумный управляемый разрядник отпаянной конструкции РВУ-3 //ПТЭ.-1992.-№ 4.-е. 104-111.

83. Алферов Д.Ф., Воздвиженский В.А., Сибиряк И.О., Сидоров В.А. Вакуумный управляемый разрядник с пространственно чередующимися стержневыми электродами //11'1'Э. 1990.-№ 5.- с. 139-142.

84. Сидоров В.А. Исследование и разработка вакуумных управляемых разрядников отпаянной конструкции для импульсных источников энергии: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.27.02 /ВЭИ им. В.И. Ленина.- М.:1990.— 21 с.

85. Лавринович В.А. Разработка коммутационной аппаратуры для импульсной техники и электроэнергетики: дис. докт. техн. наук: 01.04.13 /Институт электрофизики УрО РАН.-Томск: 2005.- 60 с.

86. Алферов Д.Ф., Воздвиженский В.А., Сидоров В.А. Состояние разработок управляемых вакуумных разрядников в ВЭИ им. В.И. Ленина и перспективы их применения //Электротехника. 1996,- № 8.- с.45-49.

87. Rich I.A., Farral G.A., Umam I., Sofignek I.C. Development of a high-power vacuum interrupter //EPRI Rep., EL.-1895.- Project 754-1.- June -1981.

88. Pappas J.A., Pish S.R., Salinas M.J. Characterization of Triggered Vacuum Switches for High Current Operation //IEEE Trans. Magn.- 1999.- Vol.35. -No l.-pp. 367-371.

89. Фридман Б.Э., Благодатов И.Г., Варава Н.И., Карижский А.П., Леке А.Г., Рутберг Ф.Г., Стогов А.Ю., Стогов B.C. Система коммутации для емкостных накопителей энергии //11'1'Э. 2001. - № 3,- С. 93-97.

90. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А., Управляемые вакуумные разрядники: основные свойства и применение //ЭЛЕКТРО.- 2002.- №2.- с. 31-37.

91. Алферов Д.Ф., Будовский А.И., Иванов В.П., Сидоров В.А Сильноточный быстродействующий короткозамыкатель //Электротехника. 2003.- № 11.-с.56-59.

92. Алферов Д.Ф., Матвеев Н.В., Сидоров В.А., Хабаров Д.А. Высоковольтное быстродействующее шунтирующее устройство //Электротехника. 2003.-№11.- с.60-64.

93. Алферов Д.Ф., Матвеев Н.В., Сидоров В.А., Хабаров Д.А. Применение управляемых вакуумных разрядников в высоковольтном быстродействующем защитном устройстве //ПТЭ. — 2004.- №3.- с. 94-101.

94. Алферов Д.Ф., Белкин Г.С., Ивакин В.Н., Иванов В.П., Сидоров В.А. Новые системы защиты электротехнического оборудования от перенапряжений и токовых перегрузок //Электротехника.- 2006.- №9.- с. 21-26.

95. Алферов Д.Ф., Белкин Г.С., Ивакин В.Н., Иванов В.П., Сидоров В.А. Устройство защиты от перенапряжений Патент РФ №2304835 //Опубл. БИ- 2007. №23.

96. Alferov D.F., Belkin G.S., Budovsky A.I., Dorf G.A., Ivanov V.P., Sidorov V.A. New Types of Triggered Vacuum Switching Devices for Fast Synchronized Load Commutation //Proc. of CIGRE Symp., Paris. -Aug. -1998 pp. 13-108.

97. Алферов Д.Ф., Белкин Г.С., Будовский А.И., Иванов В.П., Сидоров В.А., Дорф Г.А. Применение быстродействующих управляемыхкоммутирующих устройств в электроэнергетике //Электричество. — 1998.-№7.- с. 2-8.

98. Патент РФ № 55222, Устройство управления конденсаторным регулятором напряжения Алферов Д.Ф., Белкин Г.С., Горюшин Ю.А., Ивакин В.Н., Иванов В.П., Киракосов В.Г., Кочкин В.И., Маслов А.А., Нечаев О.П., Сидоров В.А. //Опубл. БИ №21.- 2006.

99. Алферов Д.Ф., Белкин Г.С, Иванов В.П., Ромочкин Ю.Г., Сидоров В.А., Быстродействующие вакуумные аппараты с управляемой коммутацией //ЭЛЕКТРО- 2006,- №1.- с. 14-18.

100. Andersen J.M., Carroll J.J. Applicability of a vacuum interrupter as the basic switch element in HVDC breakers //IEEE Trans, on Power Appl. and Syst. -1978.- Vol. 97.- № 5,- pp. 1893-1900.

101. Tomura S., Shimoda R., Kito V., Kanai Y., Koiko N. Parallel interruption of heavy DC by vacuum circuit-breakers //IEEE Trans. Power Apparatus and Systems.- 1980,- Vol. 99.- May.- pp. 1119-1129.

102. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. High-current vacuum switching devices for power energy storages //IEEE Trans, on Magnetics. 1999.- Vol. 35.- №1.- p.323-327

103. Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин B.H., Шалимов М.Г. Тяговые и трансформаторные подстанции М:: Транспорт, 1986. - 319 с.

104. D. Alferov, A. Budovsky, D. Evsin, V. Ivanov, V. Sidorov, V. Yagnov . DC vacuum circuit-breaker//Proc. of XXIII-th ISDEIV.- 15-19 September -2008.-Bucharest, Romania. (B1-P16); ЭЛЕКТРО.-2008.- № 3.- C.25-28.

105. Розанов Ю.К., Акимов Е.Г. Основные тенденции развития силовых коммутационных аппаратов управления и защиты низкого напряжения //Электротехника. 1997.- № 1.

106. Алферов Д.Ф., Ермилов И.В., Иванов В.П. Высоковольтный сильноточный выключатель постоянного тока //Электричество. 2001. -№11.-о. 14-19.

107. Kimblin C.W., Gorman J.G., Holmes F.A., Emtage P.R., Heberlein J.V.R., Voshall R.E. Development of a current limiter using vacuum arc current commutation //EPRI Final Report EL-1221 on Project 564-3. Oct. -1979.

108. Drouet M.G., The physics Of retrograde motion of the electric arc //IEEE Trans.Plasma Sci. 1985.- Vol. PS-13. - No5.- pp. 235-241.

109. Meunier J.L., Drouet M.J. Bouncing expaneion of the arc-cathode plasma in vacuum- along the transverse applied В field //IEEE Trans.Plasma Sci.- 1983.-Vol. PS-11.- No3.- pp.165-168.

110. Бендер Е.Д., Кривенко A.C. Холловский слой в плазме вакуумной дуги в поперечном магнитном поле //Прикладная физика. 1999.- №5.- с. 33-42.

111. Dethlefsen R., Mylius J. Vacuum arc commutator for resistive fault current limiter // ЕРШ EL-1187, RP 993-2, Final Report.- September.- 1979.

112. Dettman D.R., Dollinger R., Sarjeant W.J. Pulsed power characterizations of metal plasma arc switches //Arlington Proc. of 4 IEEE Pulsed Power Conf., Albuquerwue June.- 1983. - pp. 762-765.

113. Pedrow P.D., Burrage L.M., Shohet J.L. Performance of a vacuum arc commutating switch for a fault-current limier //IEEE Trans, on Power Apparatus and Syst.- 1983.- Vol. Pas-102. No5.- pp. 1269-1277.

114. Кузьмичев А.И., Гашение вакуумной дуги магнитным полем//Вестн. Киевск. политехнич. ин-та. радиоэлектрон. 1986.- №23.- с.117-120.

115. Bartosik М. Chosen phenomena in vacuum chamber at heavy direct current switching off in trasverse magnetic field //Proc. of XVIIth ISDEIV, Berkeley.-July.- 1996. pp. 355-359.

116. Klajn A. Switching vacuum arc in a pulsed transverse magnetic field //IEEE Trans. Plasma Sci.- 1999.- Vol. PS-27.- No4. pp. 977-983.

117. Хаушильд В. Мош В. Статистика для электротехников в приложении к технике высоких напряжений.- JI: Энергоатомиздат, 1989. 312 с.

118. Капур К, Ламберсон Л Надежность и проектирование систем.- М.: Мир , 1990. 606 с.

119. Шваб, А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения: пер. с нем. / А. Шваб. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1983. 264 с.

120. Alferov D.F., Korobova N.I., Novikova К.Р., Sibiriak I.O. Experimental study of a. plasma expansion in to vacuum //Proc. of XlVth ISDEIV, Santa Fe.-September.- 1990. p. 405.

121. Alferov D.F., Korobova N.I., Novikova K.P., Sibiriak I.O. Cathode spots dynamics in pulse vacuum discharge //Proc. of XlVth ISDEIV, Santa Fe.-September.- 1990. p. 542.

122. Alferov D.F., Korobova N.I., Novikova K.P., Sibiriak I.O. Evolution of pulsed vacuum arc discharge //Proc. of XX Int. Conf. Phenom. Ionized Gases, Pisa, July. -1991.-pp. 1305-1306.

123. Алферов Д.Ф., Коробова Н.И., Сибиряк И.О. Развитие сильноточного импульсного электрического разряда в вакууме //Физика плазмы. 1993. -Т. 19. - №3.-с. 399-410.

124. Кринберг И.А. Особенности расширения и нагрева токонесущей плазмы в вакуумно-дуговых разрядах разного типа //Прикладная физика. 2004. -№ 6. - с. 77-82.

125. Захаров Ю.П., Оршич A.M., Пономаренко А.Г. Лазерная плазма и лабораторное моделирование нестационарных космических процессов.-Новосибирск: 1988.-220 с.

126. Кринберг И.А. Катодная плазменная струя при вакуумном пробое и в вакуумной дуге //Письма в ЖТФ. 1994. -Т.20. - вып. 18: - с. 81-85.

127. Бугаев А.С., Гушенец В.И., Юшков Г.Ю., Оке Е.М., Андерс А., Браун Я., Гершкович А., Шпедке П. Генерация многозарядных ионов в плазме вакуумного дугового разряда//Изв. Вузов. Физика. — 2001.-№9.-с.9-14.

128. Juttner В. Characterization of cathode spot //ШЕЕ Trans. Plasma Sci. — 1987. -Vol.15. No 5. - pp.474-480.

129. Cohen Y., Boxman R.L., Goldsmith S. Angular distribution of ion current emerging from an aperture anode in a vacuum arc //IEEE Trans. Plasma Sci.-1989.- Vol.17.-No 5.-pp.713-716.

130. Месяц Г.А., Литвинов E.A. О вольтамперной характеристике диода с острийным катодом в режиме взрывной эмиссии электронов //Известия вузов .Физика. -1972. -№8. -с.158-160.

131. Kutzner J, Miller Н.С. Parameters of integrated ion flux emited from the cathode spot region of a diffuse vacuum arc //XlVth Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Santa Fe, USA.- September. 1990.- pp. 223 -230.

132. Dyuzhev G.A., Shkol'nik S.M. Processes in the gap of a high-current vacuums arc //XlVth Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Santa Fe, USA.- September.- 1990.- pp. 213-217.

133. Калда Я. Л., Кингсеп А. С. К теории работы плазменных размыкателей //Физика плазмы,- 1989.- Т. 15- №8- С. 981-986.

134. Галеев А. А., Сагдеев Р. 3. //Основы физики плазмы. Доп. к т. 2/Под ред. Галеева А. А., Судана Р.-М.: Энергоатомиздат, 1984. 5с.

135. Ш.Александров А. Ф., Богданкевич Л. С, Рухадзе А. А. Основы электродинамики плазмы- М.: Высш. школа, 1988. 424 с.

136. Быченков В. Ю., Новиков В. Н., Силин В. П., Урюнин С. А. Анизотропный нагрев ионов и эволюция спектра ионно-звуковой турбулентности плазмы в сильном электрическом поле //Физика плазмы.-1989.- Т. 15.- № 12.- с. 1456-1469.

137. Ульянов К.Н. Физическая модель образования анодного пятна в сильноточной вакуумной дуге //ТВТ.-2003.-Е.41.-№2.-с.167-172.

138. Красов В.И., Кринберг И.А., Паперный В.Л., Коробкин Ю.В., Романов И.В. Особенности расширения в вакуум сильноточной катодной плазменной струи //Прикладная физика.-2007.-№6.-с. 88-92.

139. Крендель М.Ю., Литвинов Е.А. Озур Г.Е., Проскуровский Д.И. Нестационарные процессы в начальной стадии формирования сильноточного электронного пучка в плазмонаполненном диоде //Физика плазмы.-1991.-Т. 17.-№12.-с. 1433-1439.

140. Артамонов М.Ф., Красов В.И., Паперный В.Л. Регистрация ускоренных многозарядных ионов из катодной струи вакуумного разряда //ЖЭТФ.-2001.-Т.120.-№6(12).- с.1404-1410.

141. Орешко А.Г. Двойные электрические слои объемного заряда в катодной плазме //Физика плазмы.-1991.-Т.17.-№6.-с.679-685.

142. Проскуровский Д.И., Пучкарев В.Ф. Реакция вакуумного дугового разряда на скачок тока //ЖТФ. 1981. - Т.51. - №11. - с. 2277-2282.

143. Alferov D.F., Vozdvijensky V.A., Sibiriak I.O. Formation of cathode spots under the vacuum discharge plasma //Proc. of Santa Fe, September.- 1990. pp. 546-549.

144. Алферов Д.Ф., Воздвиженский В.А., Сибиряк И.О. Образование новых катодных пятен в вакуумном разряднике //ЖТФ. 1990. - Т. 60. - №4. - с. 202-204.

145. Alferov D.F., Vozdvijensky V.A., Korobova N.I., Sibiriak I.O. Triggered vacuum switch with subsidiary cathode // Proc. of XVth ISDEIV, Darmstadt. -September.- 1992. p. 411.

146. Алферов Д.Ф., Воздвиженский B.A., Коробова Н.И., Сибиряк И.О., Сидоров В.А. Четырехразрядный вакуумный управляемый разрядник //ЖТФ. 1994. - Т. 64. - №2. - с. 180-188.

147. Alferov D.F., Vozdvijensky V.A., Sidorov V.A. Switching characteristics of the submicrosecond triggered vacuum switch //Proc. of XVI ISDEIV, Moscow-St. Petersburg, May.- 1994. pp. 247-250.

148. Алферов Д.Ф., Воздвиженский B.A., Сидоров В.А. Малогабаритный частотный вакуумный управляемый разрядник //ПТЭ. 1995. - №1. - с. 98108.

149. Perskii N.E., Khromoy Y.D. Cathode spot firing potential on plasma metal boundary // XXth Intern. Conf. on Phenomena in Ionizes Gases. Barda (Italy). 1991. Vol. 6. - pp. 1359-1360.

150. Проскуровский Д.И., Пучкарев В.Ф. Образование новых эмиссионных центров на катоде в процессе коммутации электрического тока в вакууме //ЖТФ. 1979. - Т.49. - №12. - с. 2611-2618.

151. Dougal R.A., Morris Jr.G., Volakakis G.D. Low-loss high-repetition-rate vacuum switching // IEEE Trans. Plasma Sci. -1991. Vol. 19. - No 5. - pp. 976988.

152. Le Gressus C., Maire Ph., Duraud J.P. The Influence of Surface Phenomena on The Initiation,of Discharges in Vacuum //IEEE Trans. Electrical Insulation. -1989. Vol.24. - No 6 - pp. 969-977.

153. Petersen C.K., Brunhart W., Peters R.P. Electron-optic effects and x-ray generation in switching high-voltage vacuum-tube design // Int. J. Electronics. -1987. Vol.63. - No 1. - pp. 49-54.

154. Алферов Д.Ф., Сидоров В.А. Модернизированный вакуумный управляемый разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой //ПТЭ. 1996. - №3. - с. 80-86.

155. Alferov D.F., Sidorov V.A., Korobova N.I. The burning voltages of a high current vacuum arc in a six-gap rod electrode system //Proc. of XVII ISDEIV. Berkeley.- 1996. pp. 243-247.

156. Alferov D.F., Sidorov V.A., Korobova N.I. The burning voltages of a high current vacuum arc in a six-gap rod electrode system //IEEE Trans. Plasma Sci.-1997. Vol. 25. - No 4. - pp. 586-592.

157. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. High-current vacuum switching• th devices for pulsed technologies //Proc. of 11 IEEE Int. Pulsed Power Conf.1997.-pp. 857-861.

158. Алферов Д.Ф., Коробова Н.И., Сидоров В.А. Вольт-амперные характеристики сильноточного вакуумного управляемого разрядника с шести-зазорной стержневой электродной системой //Прикладная физика. — 1998. №1. - с. 67-78.

159. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Сильноточные вакуумные коммутирующие устройства для мощных накопителей энергии //ПТЭ. — 1998. №5. - с. 83-90.

160. Alferov D.F., Sidorov V.A. High-current vacuum arc evolution in a six-gap rod electrode system //Proc. of XEX-th ISDEIV, Xi' an, China.- 2000. pp. 319322.

161. Alferov D.F., Sidorov V.A., Nevrovsky V.A. Anode erosion of a high-current multigap vacuum triggered switch //Proc. of ХГХ-th ISDEIV, Xi' an, China. -2000. pp. 515-518.

162. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А., Федоров В.В.Новое поколение сильноточных вакуумных управляемых разрядников //Прикладная физика. 2001. - №4. - с.41-48; Сб. докл. VI Симп. Электротехника 2010 год. - Окт. -2001.-с. 49-53.

163. Алферов Д.Ф., Лукацкая И.А., Селикатова С.М., Сидоров В.А. Исследование распределения магнитного поля в вакуумных управляемых разрядниках //Прикладная физика,- 2001. - №4. - с. 35-40.

164. Алферов Д.Ф., Сидоров В.А. Развитие сильноточной вакуумной дуги в стержневой электродной системе //ТВТ. 2001. - Т. 39. - №6. - с.865-872.

165. Lee Н., Jin Y., Cho С., Rim G.,Kim J., Chu J., Jung J., Sidorov V. A., Alferov D.F. Evaluation of RVU-43 Switch as the Closing Switch for Modular 300kJ Pulse Power Supply for ETC Application //IEEE Trans. Magn.- Vol. 37. No. 1. -Jan.- 2001.

166. Алферов Д.Ф., Невровский B.A., Сидоров В.А. Анодная мода вакуумной дуги в многостержневой электродной системе //ТВТ. — 2002. Т. 40. - № 1. -с. 19-25.

167. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. High-current vacuum triggered switching devices //IEEE Trans, on Magnetics. 2003. - Vol. 39. - №1. - p.406-409.

168. Сидоров B.A., Алферов Д.Ф., Иванов В.П. Вакуумный управляемый разрядник. Патент РФ № 45052. //Опубл. БИ. № 10. - 2005.

169. Drouet M.G. The Physics of the Retrograde Motion of the Electric Arc // IEEE Trans. Plasma. Sci.-1985.- Vol.l3.-No.5.-p.235.

170. Kimblin. C.W. Anode Voltage Drop and Anode Spot Formation in dc Vacuum Arcs //J. Appl. Phys.-1969.- Vol. 40.-p. 1744.

171. Goldsmith S., Shalev S., Boxman R.L. Anode Melting in a Multi-Cathode-Spot Vacuum Arc //IEEE Trans. Plasma Sci.-1983.- Vol. 11.-p. 127.i I

172. Невровский В.А. О стадии установления абляционного процесса //Изв. СО АН СССР. Сер. Техническая.-1991.-№ 1. -С. 38.

173. Nevrovsky V.A. Models to Assess Thermal State of an Anode of Vacuum Arc //Proc. XVnith ISDEIV. Eindhoven.-1998.- p. 314.

174. Lukatskaya I.A., Selikatova S.M. Investigation of Arc in Contact Systems of Vacuum Interrupters //Proc. Vllth ISDEIV. Novosibirsk. USSR.-1976.-p. 434.

175. Невровский B.A. Неустойчивость пленки расплавленного металла в электрическом поле //Изв. АН СССР. МЖГ.-1977.-№4.-С. 20.

176. Nevrovsky V.A., Rakhovsky V.I. Electrode Melting and Metal Drop Formation in High Electric Fields //IEEE Trans, on El. Insul.-1990.-V. 28.- p. 359.

177. Nevrovsky V.A. Stability of Liquid Metal in Alternating Electric Field //Proc. XlXth ISDEIV.-2000.- p. 72.

178. Watanabe K., Kaneko Т., Yanabu S. Technological Progress of Axial Magnetic Field Vacuum Interrupters //IEEE Trans. Plasma Sci.-1997.-Vol.25.-No 4,-pp. 609-616.

179. Грановский В.JI. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. - 544 с.

180. Данилов М.Е., Филиппов А.А., Данилова Е.М., Шмырова Н.В. //Научно-техн. конф: Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, сильноточной и полупроводниковой техники. Тезисы докладов. ГНЦ РФ ВЭИ. Москва. 1994,- с.81-85.

181. Воздвиженский В. А., Гончаров А. Ф., Козлов В. Б. и. др. Вакуумные выключатели в схемах управления электродвигателями. — М.: Энергоатомиздат, 1988. 200 с.

182. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Устойчивость горения вакуумной дуги постоянного тока в осесимметричном магнитном поле //Прикладная физика. — 2001. №4. - с.27-34.

183. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. Characteristics of DC Vacuum Arc in the Transverse Axially Symmetric Magnetic Field //Proc. of XX-th ISDEIV, Tour.- 2002. p. 198-201.

184. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. Characteristics of DC Vacuum Arc in the Transverse Axially Symmetric Magnetic Field //IEEE Trans, on Plasma Science. 2003. - Vol. 31. - No5. - p. 918-922.

185. Alferov D.F., Ivanov V.P., Petrov L., Sidorov V.A., Yashnov Yu. DC Vacuum Arc in the Axially-Symmetric Magnetic Field //Proc. of XXI-th ISDEIV, Yalta.-2004. p. 166-169.

186. Алферов Д.Ф., Гостиев В.Г., Иванов В.П., Ильин В.Н., Симонов А.С., Сидоров В.А., Яшнов В.М. Вакуумный выключатель тока. Патент РФ № 2230385 // Опубл. БИ. № 16. 2004.

187. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Ильин В.Н., Симонов А.С., Сидоров В.А., Яшнов В.М. Вакуумный выключатель тока. Патент РФ № 2230386// Опубл. БИ. № 16. 2004.

188. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Ильин В.Н., Симонов А.С., Сидоров В.А., Яшнов В.М. Вакуумный выключатель тока. Патент РФ № 2291513// Опубл. БИ. № 1. 2007.

189. Алферов Д.Ф., Евсин Д.В., Лондер Я.И. Нарушение устойчивости электрической дуги при разведении контактов в вакуумном промежутке с поперечным магнитным полем //Прикладная физика. 2006. - №1. - с. 29 — 36.

190. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Вакуумная дуга постоянного тока в аксиально-симметричном неоднородном магнитном поле //ТВТ. —2006. Т. 44. - № 3. - с. 349-361.

191. Прозоров Е.Ф., Ульянов К.Н., Федоров В.А. Экспериментальное изучение влияния неоднородного осесимметричного поля на обрыв тока вакуумного дугового разряда //ТВТ.-2003.-Т.42.- №6.- С. 850.

192. Селикатова С.М., Лукацкая И.А. Некоторые особенности движения вакуумной дуги отключения в магнитном поле //ЖТФ.-1972.-№ 7.- С. 1516.

193. Кринберг И.А. О механизме воздействия внешнего магнитного поля на температуру и ионный состав плазмы в вакуумной дуге //Письма в ЖТФ.-2003.-Т. 29.-Вып. 12.-С. 42.

194. Чукбар К.В., Яньков В.В. Эволюция магнитного поля в плазменных размыкателях//ЖТФ.-1988.-Т. 58.-№ 11.-С. 2130.

195. Воронин А. В., Русаков А. И., Семенов А. А. Взаимодействие электрической дуги постоянного тока с неоднородным магнитным полем //ЖТФ.-1995.-Т. 65.-№ 4.-С. 20-30.

196. Alferov D.F., Yevsin D.V., bonder Ya.I. Studies of the Stable Stage of the Electric Arc Burning at the Contact Separation in a Vacuum Gap with a Transverse Magnetic Field //Proc. of XXII-th ISDEIV. Matsue. Japan.- 2006. -B2-P01.

197. Alferov D.F., Yevsin D.V., bonder Y.I. Studies of the stable stage of the electric arc burning at the contact separation in a vacuum gap with a transverse magnetic field //IEEE Trans. Plasma Sci. Vol. 35. - Issue 4. - Part 2. - Aug.2007.-pp. 953-958.

198. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Евсин Д.В., Сидоров В.А. Изучение статистических закономерностей гашения электрической дуги постоянного тока в аксиально-симметричном магнитном поле // ТВТ. 2008. - Т. 46. - № 4. - С. 495 -503.

199. Алферов Д.Ф., Белкин Г.С., Евсин ДВ. Влияние параметров цепи на коммутацию постоянного тока вакуумной дугогасительной камерой саксиально-симметричным поперечным магнитным полем //Электричество. -2008.-№9.-С. 17-24.

200. Alferov D., Belkin G., Yevsin D. DC Vacuum Arc Extinction in a Transverse Axisymmetric Magnetic Field //Proc. of XXIII-th ISDEIV. Bucharest, Romania.- September. -2008. (B6-002).

201. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Евсин Д.В Повышение отключающей способности вакуумного промежутка с поперечным магнитным полем с помощью шунтирующего резистора //ТВТ.-2009. Т. 47. - № 4. - С. 516521.

202. Alferov D., Belkin G., Yevsin D. DC Vacuum Arc Extinction in a Transverse Axisymmetric Magnetic Field //IEEE Trans. Plasma Sei. Aug.- 2009. - Vol. 37.- No 8. Part 1. - pp. 1433-1437.

203. Ульянов K.H. Баланс энергии электронов в сильноточной вакуумной дуге // ТВТ. -1999,- Т. 37.- №4. С. 540.

204. Брагинский С.И. Явления переноса в плазме. В кн.: Вопросы теории плазмы. Вып.1. М.: Госатомиздат, 1963. - 183с.

205. Лыков A.B. Теория теплопроводности . М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

206. Буткевич Г.В., Белкин Г.С., Ведешенков H.A., Жаворонков М.А. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электродов.- М.: Энергия, 1978.-256 с.

207. Белкин Г.С., Данилов М.Е. Исследование особенностей электрической эрозии металлокерамических материалов //Электричество. 1972. - № 8. -С.45-48.

208. Чунихин A.A., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-432 с.

209. Невровский В.А., Васин В.А. Вопросы технологии изготовления медь-хромового контактного материала //Труды МАТИ. — 2007. №13(85). — с. 50-54.

210. Лондер Я.И., Ульянов К.Н. Двухмерная кинетическая модель короткого сильноточного вакуумно-дугового разряда //Письма в ЖТФ. 2010. - Т.36.- №5. — с. 78-85.