Искровой разрядник Советский патент 1980 года по МПК H01T3/00 

(54) ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК

1

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к устройствам формирования прямоугольных импульсов, и может быть использовано в сильноточных на носекундных ускорителях.

Известны двухэлектродные неуправляемые разрядники, состоящие из корпуса и расположенных в жидкой диэлектрической среде двух противолежащих электродов. Благодаря простоте конструкции такие разрядники находят широкое применение в различных импульсных системах, например, в генераторах мощных наносекундных импульсов. Одно, из основных требований, предъявляемых к разрядникам - это высокая электрическая прочность его промежутка и .малая длительность фронта формируемого импульса.

В известных разрядниках увеличение напряженности электрического поля в рабочем промежутке достигается применением электродных систем с однородным полем 1 или созданием в рабочей камере избыточного давления 2.

В первом случае (создание в промежутке однородного поля) в виду TQro, что площадь электродов достаточно большая, электрическая прочность промежутка невысока. Разрядник с избыточным давлением в разрядной камере применим только при временах воздействия напряжения 1 мкс, так как для жидкостей при столь коротких временах

5 повышение давления практически не влияет на электрическую прочность.

Наиболее близким разрядником к данному является искровой разрядник, содержащий расположенные в жидкой диэлектрической среде противостоящие анод и катод,

О поле между которыми слабонеоднородно, причем катод снабжен выступом, выполненным в виде цилиндрического стержня с полусферической вершиной 3.

,5 Однако, в виду наличия довольно существенной неоднородности поля у катода, электрическая прочность разрядного промежутка недостаточна высока (индуктивность такого разрядника в виду несовершенства конструкции высока).

20 Цель изобретения - повышение электрической прочности промежутка и уменьшение длительности фронта формируемого импульса путем снижения индуктивности разрядника.

Указанная цель достигается тем, что в известном разряднике диаметр d выступа и высота h выступа выбраны с длиной 1 промежутка между вершиной выступа и анодом в соотношениях d l,8t:h 1.

Максимальная электрическая прочность промежутка при выполнении данных соотношений обеспечивается благодаря тому, что в этом случае удается сбалансировать действие двух эффектов, определяюш.их электрическую прочность, а именно: эффекта плош,ади электродов и эффекта искажения поля. Минимальная индуктивность разрядника обеспечивается благодаря уменьшению длины межэлектродного промежутка, а также за счет оптимальной высоты выступа. Все это вместе - максимальная прочность промежутка и минимальная индуктивность - позволяет существенно уменьшить длительность фронта формируемого импульса.

На чертеже изображен искровой разрядник.

Он состоит из корпуса 1, в котором расположены два противостоящих электрода: катод 2 и анод 3, являющиеся конструктивными элементами накопителя энергии. На катоде разрядника имеется выступ 4, выполненный в виде стержня с полусферической вершиной. В качестве основной изоляции в разряднике используется очищенная вода с удельным сопротивлением Ом-см.

Работа разрядника осуществляется следующим образом.

При зарядке накопителя энергии от импульсного генератора, собранного, например, по схеме Аркадьева-Маркса, потенциал на высоковольтном электроде возрастает до значения, определяемого электрической прочностью среды, которая при постоянном времени зарядки линии определяется в основном площадью электродов и степенью неоднородности поля, а в виду того, что путем выполнения оптимальных соотношений действие этих двух факторов скоординировано, прочность промежутка (заявляемое устройство) оказывается существенно выше как прочности промежутка с однородным полем, так и прочности промежутка с неоднородным полем. Поэтому при одинаковых условиях длина межэлектродного зазора заявляемого устройства будет меньше, чем

вместе с высокой электрической прочностью (обеспечивает минимальную длительность фронта сформированного импульса).

Кроме того, неоднородность поля у катода практически не сказывается на процессах развития разряда, и разряд как и в однородном поле развивается с анода, разветвляясь к катоду на несколько каналов, что существенно снижает эрозию выступа. Поэтому срок службы такого разрядника выше срока службы известного.

Таким образом, выполнение соотношений приведенных выше, позволяет увеличить электрическую прочность промежутка и уменьшить длительность фронта формируемого импульса, что обеспечит применение разрядника в мегавольтных генераторах и сильноточных ускорителях с водяной изоляцией, не требующих жесткой синхронизации с какими-либо другими установками.

Формула изобретения

Искровой разрядник, содержащий расположенные в жидкой диэлектрической среде противостоящие анод и катод, поле между которыми слабо неоднородно причем ка тод снабжен выступом, выполненным в виде цилиндрического стержня с полусферической верщиной, отличающийся тем, что, с целью повышения электрической прочности промежутка и уменьшения длительности фронQ та формируемого импульса, диаметр d и высота h выступа выбраны с расстоянием f между верщиной выступа и анодом в соотнощениях d 1,8-Е: h {.

Источники инфор.мации, принятые во внимание при экспертизе

Ушаков В. Я. Влияние конструкции водяных разрядников на их коммутационные характеристики. ПТЭ, № 1, 1977, с. 122-124.

5 ПТЭ, № 5, 1975, с. 107-110.