ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ РАЗРЯДНИК Российский патент 1997 года по МПК H01J17/00 H01T1/00 

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники, а именно к газоразрядной технике, и может быть использовано в устройствах формирования и коммутации импульсов тока и напряжения наносекундной длительности.

Известен газонаполненный разрядник [1] содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса и изолятора, выполненного в виде усеченного конуса. Один из электродов разрядника закреплен на корпусе, а другой на меньшем основании конического изолятора. Электроды выполнены с плоскопараллельными рабочими поверхностями одинакового диаметра. Герметичный объем, ограниченный оболочкой откачивается и заполняется газом через штенгель, расположенный на том торце корпуса, где расположен один из электродов.

Недостатком аналога является ограниченный ресурс работы, вызванный нестабильностью параметров разрядника. Это обусловлено пробоями между электродом, расположенным на коническом изоляторе и корпусом. При этом происходит загрязнение герметичной оболочки и изолятора, что ведет, в частности, к снижению электрической прочности изолятора и увеличению времени срабатывания, т.е. к нестабильности параметров разрядника.

Наиболее близким к заявляемому является газонаполненный разрядник [2] содержащий оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, а другой на меньшем основании конического изолятора, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса. Вывод электрода, расположенного на коническом изоляторе, проходит внутри изолятора и выполнен в виде усеченного конуса. Размеры изолятора, корпуса и электрического вывода выполнены в соответствии с определенным соотношением. Электроды выполнены с плоскопараллельными рабочими поверхностями одинакового диаметра.

Недостатком прототипа, также как и аналога, является ограниченный ресурс работы из-за нестабильности параметров разрядника таких, как амплитуда пробивного напряжения и время срабатывания. В разряднике с одинаковыми по диаметру электродами имеет большое значение соответствие межэлектродному зазору. Требуются технологические и конструктивные решения для устранения воздействия разряда на корпус и полый конический изолятор.

Предлагаемое изобретение позволяет решить поставленную задачу. Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является увеличение ресурса работы газонаполненного разрядника за счет стабилизации его параметров.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным газонаполненным разрядником, содержащим оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, а другой на меньшем основании конического изолятора, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса, новым является то, что электрод, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса выполнен с диаметром рабочей поверхности D₁ по меньшей мере в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности D₂ электрода, расположенного на коническом изоляторе.

Выполнение одного из электродов большего диаметра устраняет технологические трудности, связанные в прототипе с соотношением межэлектродного зазора и высотой электродов. Электрод большего диаметра перекрывает пути пробоя на корпус, при возникновении которого происходило бы значительное загрязнение внутреннего объема герметичной оболочки разрядника и поверхности конического изолятора. Если это происходит, как в прототипе, то разряд идет по поверхности изолятора, при этом снижается стабильность работы разрядника, увеличивается время срабатывания. Кроме того, разряды, проходящие по загрязненной поверхности изолятора могут вызвать его сквозной пробой и нарушение герметичности. В заявляемом решении обеспечивается разряд только между рабочими поверхностями электродов, выполненных из тугоплавкого материала и не происходит загрязнения объема оболочки при пробое на корпус, который выполнен из нетугоплавкого материала. Этим обеспечивается заданный ресурс. С увеличением диаметра электрода по крайней мере в 1,5 раза обеспечивается стабильный межэлектродный разряд. При меньшем диаметре пробой может захватить края электрода и даже корпус. В различных вариантах исполнения диаметр большего электрода может быть равен внутреннему диаметру корпуса.

На чертеже изображен заявляемый разрядник.

Газонаполненный разрядник содержит оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом 1 и изолятором 2. Изолятор 2 выполнен в виде полого усеченного конуса. Разрядник также содержит два электрода 3 и 4, один из которых 3 расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса 1. Другой электрод 4 расположен на меньшем основании конического изолятора 2, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса 1. Электрод 3, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса выполнен с диаметром рабочей поверхности D₁ по меньшей мере в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности D₂ электрода 4, расположенного на коническом изоляторе 2.

Кроме того, разрядник содержит электрический ввод 5, проходящий внутри полого конического изолятора 2, штенгель 6 и канал 7, через которые производится откачка и наполнение герметичной оболочки разрядника газом.

Между электродами 3 и 4 прикладывается импульсное напряжение. Когда величина прикладываемого напряжения достигает пробивного значения, происходит закорачивание межэлектродного промежутка и подключение разрядного контура к нагрузке.

В заявляемом газонаполненном разряднике электроды выполнены из тугоплавкого материала, в частности из сплава. На основе вольфрама с температурой плавления в 2 раза выше, чем у стали, из которой выполнен корпус. Для разрядника на импульсное напряжение 200-250 кВ диаметр рабочей поверхности электрода, расположенного на торце конического изолятора, равнялся D₂=11 мм, а диаметр электрода, расположенного на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, D₁=18 мм. Оболочка, образованная корпусом и коническим изолятором, предварительно через штенгель до давления 0,1 мм рт.ст. заполняется азотом или водородом до давления, необходимого для обеспечения рабочего напряжения 200-250 кВ. Изолятор изготовлен из вакуум-плотной керамики типа ВК94-1. Выполнение электродов с различными диаметрами обеспечивает стабильную работу разрядника только между тугоплавкими рабочими поверхностями электродов, исключая попадание разрядов на нетугоплавкий корпус. Для того чтобы не было пробоев по внешней поверхности изолятора, т.е. с противоположной стороны, не находящейся в газонаполненной оболочке, разрядник при работе помещается в жидкий диэлектрик, т.е. трансформаторное масло и т.п.

Сравнительные испытания промышленного варианта разрядника по прототипу на напряжение 200 кВ с электродами одинакового диаметра и заявляемого разрядника на такое же напряжение с электродами разного диаметра в одинаковых режимах (при энергозапасе в разрядном контуре 5 Дж и амплитуде разрядного тока до 3 кА) показали, что ресурс заявляемого разрядника в 1,7 раза больше, чем у прототипа при отсутствии пробоев по поверхности изолятора, т.е. 0,8•10⁶ включений для прототипа и соответственно 1,4•10⁶ для заявляемого разрядника.

Таким образом, заявляемый газонаполненный разрядник обладает увеличенным более чем в 1,7 раза ресурсом по сравнению с прототипом.

Существо: разрядник содержит оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, и два электрода. Электрод, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, выполнен с диаметром рабочей поверхности, по меньшей мере в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности электрода, расположенного на коническом изоляторе. 1 ил.

Газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, а другой на меньшем основании конического изолятора, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса, отличающийся тем, что электрод, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, выполнен с диаметром рабочей поверхности, по меньшей мере в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности электрода, расположенного на коническом изоляторе.