ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ РАЗРЯДНИК Российский патент 2004 года по МПК H01T1/20 H01J17/20 

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано при создании газоразрядных приборов, в частности искровых газонаполненных разрядников, предназначенных для коммутации и формирования высоковольтных импульсов наносекундной длительности, защиты проводных линий от перенапряжений.

Известен искровой разрядник, наполненный гексофоридом серы (SF₆), а разрядные промежутки образованы круглыми и заостренными электродами, соединенные параллельно и создающие при пробое однородные и неоднородные поля между электродами. Поля при пробое накладываются друг на друга, обеспечивая гашение дуги (см. патент Франции №2123573, кл. H 01 J 17/00, 1972 г.).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что разрядники с таким наполнением не обеспечивают работу прибора в широком диапазоне частот и формирование импульсов наносекундной длительности, а подбор и настройка межэлектродного промежутка с последующей герметизацией усложняют конструкцию прибора.

Известен газонаполненный разрядник, который наполнен газовой смесью, состоящей из водорода и ксенона (см. а.с. СССР №317331, кл. H 01 J 17/14, 30.08.92 г.).

Приборы с таким наполнением не обеспечивают работу в широком диапазоне частот. Кроме того, при увеличении коммутируемой энергии через прибор происходит жестчение газа и снижение напряжения пробоя.

Наиболее близким устройством к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является газонаполненный разрядник, содержащий цилиндрический корпус с держателями электродов, электроды и газовое наполнение, состоящее из аргона и водорода (см. пат. США 3885202, кл. 3/7-61, опубл. 75.5) - прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном разряднике при наполнении его смесью газов, состоящей из аргона и водорода, не застабилизировано напряжение первого пробоя, что не уменьшает разницу между напряжением первого пробоя и последующих во время работы разрядника, а также не сохраняет его работоспособность при резких колебаниях плюсовых и минусовых температур окружающей среды в широком диапазоне, все это не обеспечивает надежности и долговечности прибора.

Задачей предлагаемого изобретения является создание надежного разрядника с большим сроком службы (12· 10⁶ пробоев), мгновенной готовностью, работающего в широком диапазоне частот и температур от -60 до +70° С и при пониженных давлениях окружающей среды, обладающего малым весом и габаритами, с высоким напряжением зажигания.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в том, что в предлагаемой конструкции исключается возможность переброса разряда с электродов на внутренние стенки корпуса, а за счет введения изотопа стабилизируется напряжение первого пробоя и уменьшается разница между напряжением первого пробоя и последующих при работе разрядника в течение всего срока службы. Кроме того, имеется возможность повышения напряжения зажигания за счет последовательного соединения разрядников при помощи стержней и внутренней резьбы, расположенной с внешней стороны держателей электродов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в разряднике, содержащем цилиндрический корпус с держателями электродов, электроды и газовое наполнение, состоящее из аргона и водорода, в наполнение введена добавка трития до значения 0,74± 0,186 МБк (20± 5 мкКи), а соотношение расстояния от электродов до внутренней поверхности корпуса прибора к межэлектродному расстоянию ≥ 4, при этом держатели электродов с внешней стороны корпуса выполнены с внутренней резьбой.

Выбор соотношения расстояний от электродов до внутренней поверхности корпуса разрядника к межэлектродному расстоянию ≥ 4, наполнение прибора аргоном и водородом с введением изотопа трития позволяют повысить долговечность и надежность разрядника. Выполнение внутренней резьбы в держателях электродов позволяет соединять разрядники в "гирлянды" и обеспечить высокое напряжение пробоя.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное решение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности не выявлен разрядник, надежно работающий в импульсном режиме длительностью десятки наносекунд с высоким напряжением зажигания, обладающий высокой надежностью и долговечностью, исключающий путь для разряда на стенки оболочки прибора.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого газонаполненного искрового разрядника.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Разрядник содержит керамический корпус 1 с двумя симметричными узлами, каждый из которых включает штампованную чашку 2, в которую высокотемпературным припоем впаивается держатель 3 электрода 4, имеющий с внешней стороны внутреннюю резьбу 5. Узел впаивается в керамический корпус 1 с одновременным припаиванием компенсационных колец 6.

Готовый прибор откачивают, наполняют рабочей смесью газов, включающей 90% Аr, 10% Н₂, тритий 0,74± 0,186 МБк (20± 5 мкКи) до давления, необходимого для получения заданного напряжения пробоя.

Наличие внутренних резьбовых выводов в держателе 3 электрода 4 позволяет набирать разрядники в "гирлянду" с помощью стержня с резьбой, с минимальными собственными индуктивностями и емкостями для дальнейшего получения кратных значений напряжения пробоя.

Разрядник работает следующим образом. На электроды 4 неуправляемого разрядника с накопительной емкости подают напряжение, достаточное для его пробоя. Разрядник пробьется и в момент пробоя напряжение в нем резко падает, через разрядник протекает практически ток короткого замыкания, величина и форма которого будет зависеть от величины и характера нагрузки. Чтобы исключить переход разряда на внутреннюю оболочку (напыленную продуктами распада электродов в процессе долговечности) должно выполняться соотношение: расстояние от электрода до оболочки прибора к межэлектродному зазору должно быть ≥ 4.

Наличие радиоактивного газообразного трития в количестве 0,74± 0,186 МБк (20± 5 мкКи) обеспечивает постоянство первого пробоя в разряднике.

В качестве примера конкретного выполнения приведен разрядник типа Р-90.

Диаметр разрядника d=38 мм.

Высота разрядника h=45 мм.

Корпус выполнен из керамики К-94.

Диаметр электрода разрядника d=4 мм.

Высота электрода h=2 мм.

Электроды выполнены из материала - сплав ВОСТ.

Держатель электрода выполнен из материала - сталь 3.

Чашка выполнена из сплава - 42НАВИ.

Компенсационные кольца выполнены из материала - Мо h=0,5 мм.

Расстояние между электродами 2,5 мм.

Прибор откачан до вакуума 10^-5 мм рт. ст. и наполнен до р=4,5-5 атм смесью газов: Аr - 90%, Н₂ - 10% с добавлением газообразного радиоактивного трития до значений 0,74± 0,186 МБк (20± 5 мкКи).

Напряжение пробоя U_пр≈_{10 кВ.}

Т.о. вышеизложенная конструкция разрядника свидетельствует о том, что заявленное изобретение при его осуществлении способно обеспечить достижение рассматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано при создании газоразрядных приборов, в частности искровых газонаполненных разрядников. Задача изобретения - создание надежного и долговечного газонаполненного разрядника с высоким напряжением зажигания, работающего в широком диапазоне частот и температур. Разрядник содержит цилиндрический корпус 1 с держателями 3 электродов 4 и газовое наполнение, состоящее из аргона и водорода. В наполнение введена добавка трития до значения 0,74±0,186 МБк (20±5 мкКи), обеспечивающая стабилизацию первого пробоя прибора, а соотношение расстояния от электродов до внутренней поверхности корпуса прибора к межэлектродному расстоянию ≥4, исключает возможность переброса разряда с электродов на внутренние стенки корпуса, при этом держатели электродов с внешней стороны корпуса выполнены с внутренней резьбой, позволяющей последовательно соединять разрядники в “гирлянду”, обеспечивая повышение напряжения пробоя. 1 ил.

Газонаполненный разрядник, содержащий цилиндрический корпус с держателями электродов, электроды и газовое наполнение, состоящее из аргона и водорода, отличающийся тем, что в наполнение введена добавка трития до значения 0,74±0,186 МБк (20±5 мкКи), а соотношение расстояния от электродов до внутренней поверхности корпуса прибора к межэлектродному расстоянию ≥4, при этом держатели электродов с внешней стороны корпуса выполнены с внутренней резьбой.