ПДТЕНТНО-ТЕШНЕеШБИБЛИОТЕКА Советский патент 1972 года по МПК H01J17/02 

Изобретение относится к управляемым газоразрядным приборам низкого давления с холодным катодом, предназначенным для работы в высоковольтных установках в качестве включающих и защитных элементов.

Известны газоразрядные приборы низкого давления, содержащие полый цилиндрическир анод, а также холодный катод и пусковой электрод, выполненные в виде полых цилиндров с открытым основанием, которые расположены коаксиально с анодом.

Недостатки известных приборов - сравнительно низкая электрическая прочность и большие времена запаздывания.

Цель изобретения - улучщение пусковых и временных характеристик прибора, повышение его электрической прочности и устранение эрозии пускового электрода.

Цель достигается тем, что в предлагаемом приборе катод и пусковой электрод, выполненные в виде лолых цилиндров, расположены коаксиально внутри полого .цилиндрического анода и обращены друг к другу открытыми основаниями так, что между внутренней поверхностью анода и наружными поверхностями катода и пускового электрода, а также между краями катода и пускового электрода образованы равномерные по ширине зазоры. Стенки катода целесообразно при этом выполнять с отверстиями, ширина которых не превышает ширины указанных зазоров.

Края пускового электрода перекрыты краями катода на длине, не меньшей величины зазора анод-катод. Зазор между стенками катода и пускового электрода в местах .перекрытия при этом не превышает ширины зазора анод-катод, что уменьшает эрозию пускового электрода.

На фиг. I показана конструкция предлагаемого газоразрядного прибора (разрез); на фиг. 2 схематически показано устройство лрибора с перфорированным катодом; на фиг. 3 схематически показан вариант выполнения прибора с частичным перекрытием стенками катода стенок пускового электрода.

Анод / представляет собой полый цилиндр, который служит также корпусом прибора. Внутри анода расположены катод 2 и пусковой электрод 3, выполненные в виде полых цилиндров. Одно из основания каждого цилиндра открыто. Катод и пусковой электрод обращены один к другому открытыми основаниями так, что их полости образуют одну общую «пусковую полость 4. Катод и пусковой электрод располол ены коаксиально с анодом. Основной разрядный промежуток 5 образуется между наружными стенками катода и внутренними стенками анода. Связь основного разосуществляется через равномерный по ширине зазор 6 между краями катоца и пускового электрода. Выводы 7 и S катода и Пускового электрода соответственно впаяны в стеклянные изоляторы 9 и 10, которые, в свою очередь, впаяны в торцевые стенки // корпуса прибора. Выводом анода служит кольцо 12, приваренное к средней части последнего.

Величина зазора между катодом и анодом, а также между пусковым электродом и анодом и давление рабочей среды внутри прибора выбирают так, чтобы его электрическая прочность определялась левой ветвью кривой Пашена. Ширину зазора между краями катода и пускового электрода выбирают так, чтобы она была меньше величины основного разрядного промежутка. При этом «провисание поля анода в «пусковую полость незначительно, и влиянием зазора между краями катода и пускового электрода на электрическую прочность прибора можно пренебречь.

Прибор работает следующим образом. В исходном состоянии к аноду 1 приложено рабочее напряжение, а к пусковому электроду 3- постоянное напряжение смещения, поддерживающее в «пусковой полости 4 слаботочный сторожевой тлеющий разряд. Поскольку анодное напряжение (единицы и десятки киловольт) существенно превосходит напряжение смещения (сотни вольт), в зазорах анод- Катод и анод- пусковой электрод устанавливается распределение электрического поля, близкое к однородному. Характер разряда в полости 4 соответствует системе электродов с ПОЛЫМ катодом. Типичным для такого разряда является повышение концентрации электронов вдоль оси системы. На периферии, в том числе в области зазора 6, концентрация электронов настолько мала, что присутствие сторожевого разряда практически не влияет на электрическую прочность прибора.

При подаче на пусковой электрод стартового импульса, величина которого примерно равна величине постоянного смещения, а полярность обратна полярности последнего, поле внутри полости 4 исчезает и вместе с этим резко нарушается условие фокусировки электронов вдоль оси прибора. В результате кулоновского взаимодействия между собой и с некомпенсированным положительным пространственным зарядом на периферии системы электроны с большой скоростью разлетаются к стенкам полости. Часть их сквозь зазор 6 попадает в зону действия анодного поля и вызывает п.робой основного разрядного промежутка 5. Время запаздывания срабатывания прибора определяется двумя компонентами, первая из которых зависит от времени, в течение которого происходит компенсация напряжения смещения (длительностью фронта пускорого импульса), а вторая - от времени дрейфа электронов из центральной области полости 4 к зазору 6. Вследствие высокой подвижности электронов в условиях низкого давления и больших сил, под действием которых

происходит выравнивание концентрации электронов, время запаздывания составляет доли микросекунды. Поскольку не представляет труда сформировать пусковой импульс с длительностью фронта такого же порядка, общее время запаздывания оказывается небольшим и также составляет доли микросекунды при разбросе в единицы наносекунд. После пробоя основного промежутка, в зависимости от параметров внешней цепи, устанавливается либо плотный тлеющий разряд между анодом / и полостью 4 через зазор 6, либо разряд типа «вакуумной дуги между анодом и наружной поверхностью катода 2.

При этом разряд занимает область, непосредственно прилегающую к зазору 6. Для более эффективного использования поверхностей анода и катода в стенках последнего имеются отверстия 13, щирина которых не должна превышать ширины основного разрядного промежутка 5. Выполнение последнего условия необходимо для сохранения требуемой электрической прочности прибора. В приборах, предназначенных для коммутации больших средних и импульсных мощностей и имеющих массивные электроды, для облегчения конструкции пусковой электрод целесообразно выполнить тонкостенным, поскольку он, в отличие от катода и анода, находится под небольшой тепловой нагрузкой. Однако при этом наблюдается заметная эрозия краев этого электрода под действием мощного дугового разряда, возникающего в районе зазора 6. Этот недостаток полностью устраняется при таком выполнении катода 2 и пускового электрода 3, когда их края взаимно перекрывают друг друга (фиг. 3). В этом случае зазора 6 как такового в приборе нет и электроны из полости 4 в разрядный промежуток 5 в момент запуска проходят только через отверстия 13.

Предлагаемый газоразрядный прибор во всех рассмотренных выше вариантах способен работать также в отсутствие сторожевого разряда. Однако при этом требуется некоторое увеличение амплитуды пускового импульса.

При выборе рода газов или паров для наполнения прибора руководствуются их электрическими и химическими свойствами, обеспечивающими необходимые электрические параметры прибора, его долговечность и удобство поддержания давления внутри прибора на постоянном уровне. Наиболее подходящими в этом отношении являются водород, дейтерий, инертные газы и ртуть.

Предмет изобретения

1. Газоразрядный прибор низкого давления, содержащий полый цилиндрический анод, а также холодный катод и пусковой электрод, выполненные в виде полых цилиндров с открытым основанием, которые расположены

t целью улучшения пусковых и временных характеристик и повышения электрической прочности -прибора, катод и пусковой электрод обращены друг к другу открытыми основаниями, лричем между внутренней поверхностью анода и наружными поверхностями катода и nycKOBoro электрода, а также между краями катода и пускового электрода образованы зазоры.

2. Газоразрядный прибор по п. 1, отличающийся тем, что стенки цилиндрического катода снабжены отверстиями, диаметр которых не превышает ширины зазора между анодом и катодом.

3. Газоразрядный прибор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения эрозии пускового электрода, его края перекрыты краями цилиндрического катода но длине, не меньшей величины зазора анод-катод, а расстояние между стенками катода и пускового электрода не превышает ширины зазора анод-катод.

k-//7

7г-8

Г 6П

1

Фиг.1

72