Газонаполненный искровой разрядник

 

Cущность: разрядник содержит соосные основные электроды и два электрически соединенных между собой дополнительных электрода, первый из которых выполняет экранирующую функцию, а второй установлен в отверстии одного из основных электродов. Между первым дополнительным электродом и основным электродом с отверстием включен резистивный элемент, выполненный в виде покрытия на разделяющем эти электроды изоляторе. 2 ил.

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных газонаполненных искровых разрядников с высокой стабильностью срабатывания, применяемых для формирования и коммутации импульсов тока наносекундной длительности и большой амплитуды. Цель изобретения повышение стабильности срабатывания газонаполненного искрового разрядника в режиме обострения импульсного напряжения. На фиг.1 показана конструкция газонаполненного искрового разрядника; на фиг.2 кривая изменения относительного среднеквадратического разброса динамического напряжения пробоя от величины соотношения связывающего геометрические размеры разрядных промежутков и величины емкостей между дополнительными и основными электродами. Газонаполненный разрядник (фиг.1) содержит металлический корпус 1 в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и основные электроды 2 и 3, первый дополнительный электрод 4, выполняющий функцию экранирования неоднородностей в местах соединения деталей с изолятором 5 и компенсирующим керамическим кольцом 6, на внутренней цилиндрической поверхности которого нанесен высокоомный резистивный слой 7, второй дополнительный электрод 8 в виде стержня, электрически соединенный с дополнительным электродом 4, конденсатор 9, соединяющий дополнительные электроды 4 и 8 с основным электродом 3 через конус 10 и цилиндр 11, штенгель 12, служащий вводом электрода 2, и резьбовой вывод 13 электрода 3. Зависимость изменения относительного среднеквадратического разброса динамического напряжения пробоя от величины cоотношения приведена на фиг.2 для разрядника с межэлектродным расстоянием S 5 мм, диаметром стержневого дополнительного электрода d 4 мм и диаметром отверстия в основном электроде D 5 мм. Величина соотношения изменялась за счет изменения емкости конденсатора 9. Разрядник наполнялся смесью газов 10% SF₆ + 90% N₂ до давления 20 атм. К электродам разрядника прикладывалось импульсное напряжение с амплитудой 300 кВ и длительностью фронта 1,5 мкс. Разрядник работает следующим образом. При приложении высоковольтного импульсного напряжения к промежутку между основными электродами 2 и 3 происходит емкостное перераспределение напряжения между дополнительными 4 и 8 и основными электродами 2 и 3. В силу указанного выше соотношения, связывающего геометрические размеры разрядных промежутков и величины емкостей между дополнительными и основными электродами С₁ и С₂, создаются условия для возникновения пробоя вспомогательного газового промежутка между стержневым дополнительным электродом 8 и основным электродом 3, в отверстии которого установлен этот электрод, в момент, когда напряжение между основными электродами 2 и 3 близко к пробивному. Происходит пробой вспомогательного промежутка, вызывающий инициирование разряда в основном разрядном промежутке между электродами 2 и 3. Высокоомный резистивный слой 7 служит для снятия остаточного потенциала с дополнительных электродов 4 и 8. Разрядник работает в режиме обострения импульсного напряжения с предварительной подсветкой основного разрядного промежутка в результате пробоя вспомогательного разрядного промежутка. Как видно из фиг.2, относительный среднеквадратический разброс динамического напряжения пробоя значительно уменьшается при и достигает максимального значения при
Характер изменения относительного среднеквадратического разброса динамического напряжения пробоя объясняется влиянием подсветки при пробое вспомогательного газового промежутка между стержневым дополнительным электродом 8 и основным 3. Чем больше соотношение

тем при большем напряжении между основными электродами 2 и 3 будет происходить пробой вспомогательного промежутка. При

пробой вспомогательного промежутка происходит при максимальном напряжении между основными электродами 2 и 3 и практически одновременно с пробоем основного разрядного промежутка, что объясняется примерным равенством напряженностей электрического поля в разрядных промежутках. В числителе соотношения, связывающего электрические размеры разрядных промежутков и величины емкостей между дополнительными 4 и 8 и основными электродами 2 и 3, стоит выражение, указывающее, какую часть от основного межэлектродного расстояния составляет расстояние между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде 3. В знаменателе соотношения стоит выражение коэффициента передачи емкостного делителя напряжения, приложенного к основным электродам 2 и 3, указывающее какая часть импульса напряжения приложена к вспомогательному промежутку. При равенстве указанных выше выражений

импульсное напряжение, приложенное к основным электродам 2 и 3, перераспределяется так, что напряжение между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде 3 во столько раз меньше напряжения между основными электродами 2 и 3, во столько раз расстояние между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде 3 меньше расстояния между основными электродами 2 и 3, т. е. напряженность в указанных промежутках примерно одинакова, и при достаточной его величине пробой промежутков происходит одновременно. В тригатронной конструкции разрядника электрическое поле в промежутке между кромками стержневого дополнительного электрода 8 и отверстия в основном электроде 3 более неоднородно, чем в основном разрядном промежутке, поэтому одновременный пробой промежутков будет, как показали экспериментальные исследования, при

При
напряженность электрического поля в промежутке между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде с учетом вышесказанного будет выше, чем напряженность в промежутке между основными электродами 2 и 3. Поэтому при достаточной амплитуде импульсного напряжения пробой вспомогательного промежутка будет происходить раньше, чем пробой основного промежутка, причем величина напряжения между основными электродами 2 и 3, при которой происходит пробой вспомогательного промежутка, уменьшается с уменьшением величины соотношения

Этим и объясняется характер изменения относительного среднеквадратичного разброса динамического напряжения пробоя. При
напряженность электрического поля в пространстве между основными электродами 2 и 3 выше, чем напряженность поля в промежутке между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде 3. В этом случае при приложении импульса напряжения к основным электродам 2 и 3 разрядника промежуток между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде 3 пробиваться не будет и разрядник работает без предварительной ионизации, что сказывается на увеличении относительного среднеквадратического разброса динамического напряжения пробоя. При
пробой вспомогательного промежутка между кромкой стержневого дополнительного электрода 8 и кромкой отверстия в основном электроде 3 происходит при низкой напряженности поля в основном разрядном промежутке, поэтому предварительная ионизация незначительно влияет на стабильность срабатывания. Конструкция газонаполненного искрового разрядника при соблюдении соотношения

имеет относительный среднеквадратичный разброс динамического напряжения пробоя 1,5-2,5% т.е. позволяет повысить стабильность срабатывания в режиме обострения импульсного напряжения. Разрядник найдет применение в аппаратуре для исследования физики быстропротекающих процессов, при создании импульсных рентгеновских аппаратов для дефектоскопии материалов, в ускорительной технике, в источниках с лазерной подсветкой для телевизионной аппаратуры с пространственно-временной селекцией и в специальных областях науки и техники.

Формула изобретения

Газонаполненный искровой разрядник, содержащий соосно установленные два основных электрода, дополнительный электрод, расположенный коаксиально с одним из основных электродов, и резистивный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности срабатывания разрядника в режиме обострения импульсного напряжения, в разрядник введен второй дополнительный электрод в виде стержня, расположенный в осевом отверстии основного электрода, коаксиального с первым дополнительным электродом, и электрически соединенный с первым дополнительным электродом непосредственно, а с основным электродом с отверстием через дополнительно введенный конденсатор, резистивный элемент включен между основным электродом с отверстием и первым дополнительным электродом и выполнен в виде покрытия на разделяющем эти электроды изоляторе, причем диаметр D отверстия в основном электроде, диаметр d второго дополнительного электрода и расстояние S между основными электродами выбраны в соотношении

где С₁ величина суммарной конструктивной емкости между дополнительными электродами и вторым основным электродом;
С₂ величина суммарной конструктивной емкости между дополнительными электродами и основным электродом с отверстием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---