Газонаполненный разрядник Советский патент 1991 года по МПК H01J17/00 

«

оэ

00

puf.1

, Изобретение относится к газораз- рядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных газоразрядных прибороВ| напрйнер раз- рядников-обострителей для малогабаритных импульсных рентгеновских- аппаратов, и схем формирования высоковольтных импульсов напряжения нано- секундной длительности.

Цель изобретения - повышение электрической прочности газонаполненного разрядника.

На фиг. 1 показан газонаполненный разряднику на фиг. 2 дана кривая из-

менения напряжения пробоя (---)

ип(. Moifcii

В относительных единицах от отношения диаметра d вывода электрода к диаметру D отбортовка корпусаJ на фиг.3 4 и 5 даны кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора

(от отношения г- , где 1 - расстоя- 25

, .-l- . . ние от большего основания изолятора до рассматриваемой точки поверхности вдоль образующей изолятора; l длина образующей изолятора) при различных значениях расстояния между боль- 30 шим оснойанием изолятора и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, различных значениях угла ofj конической поверхности вывода электрода и

, D, 35 различных значений отношения - и ,

г

угла о(, конической поверхности изолятора соответственнр. Газонаполненньш разрядник содержит металлический корпус 1 в виде 40 цилиндрического стакана с отбортонкой 2, изолятор 3 в виде полого усеченного конуса, размещенного внутри кор- , пуса 1, электроды 4 и 5, один из которых 4 закреплен на внутренней по- верхности дна корпуса 1, а другой 5 - на торцовой поверхности меньшего основания изолятора 3, соединенного другим основанием с отбортовкой 2 корпуса 1, вьшод 6 электрода 5, часть50 которого расположенная внутри изолятора, вьтолнена в виде конуСа и штенгеля 7 для наполнения разрядника гАзом..

На фиг. 2 приведена указанная зависимость, при снятии которой изме-/ нялся только диаметр вывода 6 электрода 5 при Dij 50 мм.

На фиг, 3 приведены кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора 3 разрядника при приложении импульсного напряжения меладу электродами 4 и 5 с амплитудой 500 кВ для трех значений расстояния S между большим основанием изолятора 3 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1

- S,

- S, - S.

О )

7 мк , 14 мм.

Кривые приведены для разрядников с межэлектродным расстоянием S 7 мм и геометрическими размерами изолятора 3 и вывода 6 электрода 5; D, 30 мм, D7 50 мм, 0, 20, (/2 20, d 12 мм, высота изолятора h 6и мм, D 3 50 мм.

На фиг. 4 приведены кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора 3 разрядника при приложении импульсного напряжения между электродами 4 и 5 с амплитудой 500 кВ для пяти значений 1

аз .

А -

5 - (/2 10%

5°,

, А5°,

м -Z

g- 0,6, 43,

Г-а,

Д - .

0, 2U% 0,25 -- 0,5 ji

1Кривые приведены для разрядников с межэлектродным расстоянием S 7 мм и геометрическими размерами изолятора 3: D-i 30 мм, Dj 50 мм, высота изолятора h 60 мм D 50 мм. Большее основание изолятора 3 отстоит от цилиндрической поверхности корпуса 1 на расстоянии, рав- ном удвоенному расстоянию между электродами 4 и 5 (Si 14 мм). При изменении угла dn oTKomewue г- оставаи. .:

- d йось в пределах 0,25 i -- 0,5.

На фиг. 5 приведены кривые изменеп ния потенциала электрического поля вДодь образующей конической поверхности изолятора 3 разрядника при прилеяении импульсного напряжения между электродаьт 4 и 5 с a mлитyдoй 500 кВ

для пяти значений «/, и 5i

При

Кривые приведены для рязрядиикоа с межэлектродным расстоянием S - 7 мм, высотой изолятора 3 h 60 MV. и внутренним диаметром большего основания изолятора 3 DJ « 50 мм. Большее основание изолятора 3 отстоит от внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 на расстоянии S, 14 нк. Угол с. и соответственно отношение

Dj Ог

изменялись за счет иэмененяя внутреннего диаметра D меньшего основания изолятора 3. Для сохранения постоянного угла ofj соответственно из- менялся диаметр d вывода 6 электрода

5 так, чтобы 0,25 i -- 0,5.

ъ

Разрядник работает следующим образом.

При приложении высоковольтного им- :пульсного напряжения к промежутку между электродами 4 и 5 происходит его пробой и импульс напряжения, .обусловленный протеканием тока в разрядном контуре, выделяется на нагрузке, при этом крутизна нарастания импульса напряжения на нагрузке определяется временем коммутации раз- рядника и индуктивностью разрядного контура. Во время воздействия импульсного напряжения между электродами 4 и 5 распределение потенциала электри- ческого поля вдоль образующей кони- ческой поверхности изолятора 3 и меж ду выводом 6 электрода 5 и корпусом 1 зависит от взаимного расположения изолятора 3, корпуса 1 и вывода 6

0

5

5

электрода 5i а также от их, конфигурации.

Вьипеуказанное подтверждается кривыми, приведенными на фиг. 2, фиг.З, фиг. 1 и фиг. 3.

Электрическая прочность предлагаемой конструкции разрядника определяется поверхностной электрической прочностью изолятора 3 и электрической прочностью промежутка между выводом 6 электрода 5 и отбортовкой 2 металлического корпуса 1.

Как видно из фиг. 2 зависимость напряжения пробоя между выводом электрода и отбортовкой корпуса от отношения -- (диаметр отбортовки равен

Dg

внутреннему диаметру D большего основания изолятора) имеет явно выражен ый экстремум. При -- 0,38 криUj V

вая зависимости имеет максимум, а

и.

при

пр

и

пр.мйкс

0,9 отношение -- лежит

Un

в пределах 0,25 -- 0,5. В этом

случае промежуток между выводом электрода и отбортовкой корпуса имеет достаточно большую электрическую прочность.

d , „ d

При g« 0,25 и -- 0,5 зависи- г j мость напряжения, пробоя указанного

промежутка резко уменьшается.

При ;- 0,25 (D J const) на ха

з рактер изменения напряжения пробоя в

большей -степени влияет кривизна поверхности вьшода электрода. Известно что напряженность электрического поля вблизи цилиндрического стержня обратно пропорциональная квадрату радиуса стержня, т.е. напряженность электрического поля с уменьшением диаметра вывода увеличивается, что влечет за собой снижение напряжения пробоя промежутка.

При -- и,5 (БЗ const) на рактер изменения напряжения пробоя в

большей степени влияет уменьшение зазора между выводом электрода и отбортовкой корпуса, чем ослабление напряженности электрического поля вблизи вывода электрода за счет увеличения его диаметра.

Из приведенного вьиие следует, что для увеличения электрической проч- ности разрядника необходимо соблюдать с 1едугощее соотношение:

0.25 , 0,5

Как видно из фиг. 3 на,распределение потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора влияет расположение корпуса относительно изолятора. При расположении корпуса в непосредственной близости от изолятора (расстояние между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса И больпмм основанием изолятора S,j«« 0) имеет место резкое искажение распределения потенциала электрического поля (усиление напряженности электри- ческого поля) в нижней части изолятора ближе к металлическому корпусу (см. 4иг. 3, кривая А). При удалении изолятора UT внутренней цилиндрической поверхности .корпуса происходит выравнивание потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора и при расстоянии равном межэлектроднсму расстоянию, оно близко к равномерному (см. фиг. 3, кривая Б). При дальнейшем увеличении расстояния между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса rt большим основанием изолятора до расстояния, равного удвоенному расстоянию между электродами, распределение потенциала электрического становится линейным (см. фиг.З, кривая В). Дальнейшее увеличение расстояния между внутренней цилиндри- ческой иоверхностьк корпуса и большим основанием изолятора приводит к неоправданному увеличению габаритов разрядника, поэтому при снятии распределения потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора огра- ничиваются расстоянием, равным удвоен ному расстоянию между электродами.

Таким образом, для увеличения электрической прочности разрядника необходимо удалить внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса от большего основания изолятора на расстояние не Менее расстояния между электродами.

Из рассмотрения кривых, приведенных на фиг. 4, следует, что на распределение потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора

Ш

15

20 3035 4045

31588,

6

влияет величина углая коннческоЙ поверхности вывода электрода.

При of.j 5 имеет место резкое искажение распределения потенциала (усиление напряженности электрического поля) в верхней части изолятора ближе к месту соединения вывода электрода с меньшим основанием изолятора . Это объясняется близким расположением конической поверхности вывода электрода относительно поверхности изолятора (см, фиг. А, кривая В) . При увеличении угла конической поверхности вывода электрода происходит вьфавнивание распределения потенциала вдоль образующей по

верхнрсти изолятора и при f-j оно близко к равномерному (см. фиг.А, кривая Б). При увеличении угла « до

значения, равного 25, распределение потенциала эл.поля становится линейным (см. фиг. 4 кривая А).

Дальнейшее увеличение угла «(вы- зывает уменьшение напряженности поля в верхней части изолятора, что влечет за собой неравномерное распределение потенциала электрического поля вдол образующей изолятора, при этом, когда f( 45° (cMi фиг. 4, кривая Г)8 распределение потенциала еще остается близко к равномерному, а при дальнейшем увеличении угла с(до 50 (см. фиг. 4, кривая Д) неравномерность распределения потенциала резко увеличивается.

Из приведенного выше следует, что для увеличения электрической проч- ности разрядника необходимо выбирать угол конической поверхности вывода .электрода в пределах 10° oTj . . Из рассмотрения кривых, приведенных на фиг. 5, следует, что на распределение потенциала электрического пот ля вдоль образующей изолятора D, также влияет конфигурация изолятора

отношения

D,

0,9, of,- 5

9 угол eff) . (см, фиг. 5,

кривая Д) имеет место резкое искажение распределения потенциала электрического поля (усиление напряженности электрического поля) в верхней части изолятора ближе к месту соединения вывода электрода с меньшим основанием изолятора, что объясняется близким распрложением конической по-

верхности вывода электрода относительно поверхности изолятора.

При уменьшении отношения - и cd

D. ответственно при ув.еличении угла о,, т .е. при удалении конической поверхности изолятора относительно конической поверхности вывода электрода происходит выравнивание распределе- ВИЯ потенциала электрического поля вдоль образукщей изолятора и при D-,

D

1.

0,8 tf Ю (см. фиг, 3, кри вая Г) оно близко к равномерному. 0,6j «/, 20 распредепри 5

ление потенциала электрического поля практически линейно.

При дальнейшем уменьшении о.тйоие-

ния

DJ и

соответственно увелкчекик

угла /г происходит уменьшение напряженности электрического доля в верх- ней.части изолятора, что влечет за 25 собой неравномерное распределение потенциала электрического поля вдоль (Образующей изолятора, при этом когда

- 0,4 of ЗО (см. фиг. 3,

вая Б), распределе1ше потеньскапа еще

остается близко к равномерному,.а

Dt

при дальнейшем уменьшении - л соответственно увеличении угла у, (см, .фиг. 5, кривая А) неравномерность г распределения потенциала резко увеличивается.

Из рассмотрения кривых, приведенных на фиг. 5, следует, что для уве- личеяия электрической прочности раз- ряднина необходимо соблюдать соотношения , .

Р,Д 1 0.8 1

Ю . (, 30.

Таким образом, предлагаемая koH- струкхщя разрядника при соблюдения следующих соотношений: . . .50

ОН . 1 Р,8

D

. Q

g

п

5

0

г

5

0

и выполнении расстояния межлу BviyT- реиней uii.aHHApHMecKojt поверхностью корпуса и большим основанием изолятора не менее мек электродного позволяет значительно повысить и получить максимально возможную электрическую прочность, что повьпаает надежность работы разрядника в аппаратуре.

Кроме того, использование предлагаемой конструкщш разрядника в импульсных генераторах высокого напряжения наносекундного диапазона позволяет в 1,5 раза увеличить амплитуду импульса выходного напряжения за счет большой распределенной емкости между выводом электрода и корпусом разрядника.

Предлагаемый разрядник найдет широкое применение в импульсных рентгеновских аппаратах для дефектоскопии металлоконструкций и в специальных областях науки и техники.

Формула изобретения

Газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два пpoтиDoгтoяno x электрода, один и5 которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического .стакана, а другой - на торцовой поверхности меньшего основания изолятора, соединенного другим основа1гием с отбортовкой корпуса, и вывод электрода, проходящий внутри изолятора, о т- личающийся тем, что, с целью повышения электрической проч- . . кости разрядника, большее основание изолятора отстоит от внутренней цилиндрической поверхности корпуса на расстояние, не менее расстояния между электродами, вывод электрода вьтолнен в виде усеченного конуса, большее основание которого соединено с электродом, а меньшее основание переходит в цилиндрическую часть, при этом размеры изолятора корпуса и вывода выбраны из выражения

10 cf, 30

10 4 i 45 0,25 5-

5S

. if

0,8

10 0, 30 Ю d ., 4 45

9

0,25 i :;- 4 0,5, 3

D, - внутренний диаметр меньшего g

основания изолятора м{ П - внутренний диаметр большего основания изолятора, м{ Лггх ffprrtO K

0.2 О.и 0.6 О.б 1.0 Фаг 2 I

й.2 0. 0.6 0,8 J.O

фигЛ 4

g

1588 10

, т углы конической поверхности изолятора и вывода электрода .соответственно}

d диаметр цилиндрической части вывода электрода, м{

Пз - диаметр отверстия отбортов- ки корпуса, м.

ffKS

Р. ол о.б о,в г.о фае.Ъ

SOO td 4ff0

300

т

7ffO

3

Ж

МЛ

/

.

0.2 O.ff 0.6 0.8 7,0

Фие.-

Iff