FR2622061A1

FR2622061A1 - Discharger with triggering by pressure reduction

Info

Publication number: FR2622061A1
Application number: FR8714363A
Authority: FR
Inventors: Jean-Marc Linol; Gerard Colombe; Bernard Spriet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1989-04-21
Anticipated expiration: 2007-10-19
Also published as: FR2622061B1

Abstract

The invention relates to a discharger with triggering by pressure reduction comprising an enclosure E1 inside which are fixed two electrodes 20 with specified separation. The device also comprises means 40 for rapid pressurisation and depressurisation of the enclosure E1, as well as an electrical supply 32 enabling a potential difference to be maintained between the electrodes.

Description

ECLATEUR A DECLENCHEMENT PAR BAISSE DE PRESSION
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un éclateur à déclenchement par baisse de pression. Elle trouve des applications industrielles dans la génération d'impulsions électriques pour magnéto-soudage ou magnéto-formage.PRESSURE REDUCED SPLITTER
DESCRIPTION
The present invention relates to a spark gap triggered by pressure drop. It finds industrial applications in the generation of electrical pulses for magneto-welding or magneto-forming.

Un éclateur est un dispositif permettant le transfert de forts courants sous haute tension (éclatement ou claquage). A spark gap is a device allowing the transfer of strong currents under high voltage (bursting or breakdown).

Différents types de dispositifs connus permettent l'éclatement entre deux électrodes : - les éclateurs à pression constante pour lesquels l'éclatement
est provoqué par augmentation de la tension aux bornes des
électrodes. Ces systèmes présentent l'inconvénient de manquer
de précision dans leur déclenchement. Le temps de réponse de
ces systèmes ne permet pas L'application au magnéto-soudage, - les éclateurs à déclenchement électrique et les éclateurs à
déclenchement mécanique nécessitant tous deux des systèmes de
déclenchement complexes, - les ignitrons qui n'ont qu'une durée de vie Limitée. Le
transfert de forts courants nécessite la mise en parallèle de
plusieurs ignitrons et leur prix est élevé.Different types of known devices allow bursting between two electrodes: - constant pressure spark gaps for which bursting
is caused by an increase in the voltage across the
electrodes. These systems have the disadvantage of missing
precision in their triggering. Response time of
these systems do not allow application to magneto-welding, - electrically triggered spark gaps and spark gaps
mechanical release both requiring
complex triggering, - ignitrons which only have a Limited lifespan. The
transfer of strong currents requires paralleling
several ignitrons and their price is high.

La présente invention pallie ces inconvénients par sa simplicité (absence de réglage délicat), sa robustesse et sa grande souplesse d'utilisation ; de plus, l'usure des électrodes n'influence pratiquement pas les performances, ce qui permet d'augmenter la durée de vie du dispositif. The present invention overcomes these drawbacks by its simplicity (absence of delicate adjustment), its robustness and its great flexibility of use; moreover, the wear of the electrodes practically does not influence the performances, which makes it possible to increase the service life of the device.

Le mode de fonctionnement du dispositif objet de la présente demande de brevet se résume comme suit : pour un écartement d'électrodes donné et une tension appliquée aux bornes des électrodes fixe, l'éclatement a lieu pour une certaine pression. En conséquence, L'intérieur de l'enceinte où sont fixées les électrodes est porté à une pression P. Cette pression
P est nettement supérieure à celle correspondant à l'éclatement entre les électrodes sous la tension U que l'on se propose d'utiliser. On applique ensuite la tension U aux bornes des électrodes puis on dépressurise rapidement l'enceinte. Au moment où la pression passe par la valeur correspondant à l'éclatement, celui-ci se produit et permet le transfert d'énergie. The operating mode of the device which is the subject of this patent application can be summarized as follows: for a given electrode spacing and a voltage applied across the fixed electrodes, bursting takes place for a certain pressure. Consequently, the interior of the enclosure where the electrodes are fixed is brought to a pressure P. This pressure
P is clearly greater than that corresponding to the burst between the electrodes under the voltage U which it is proposed to use. Then apply the voltage U across the electrodes and then depressurize the enclosure quickly. When the pressure passes through the value corresponding to the burst, it occurs and allows the transfer of energy.

De manière précise, l'invention a pour objet un éclateur par baisse de pression comprenant : - une enceinte isolante, support des électrodes, électrodes dont
l'écartement est déterminé, - des moyens de mise sous pression et de dépressurisation rapide
de l'enceinte, - une alimentation électrique permettant la mise à une tension
fixée des électrodes.Specifically, the invention relates to a pressure drop spark gap comprising: - an insulating enclosure, electrode support, electrodes including
the spacing is determined, - means for pressurization and rapid depressurization
of the enclosure, - a power supply allowing the setting to a tension
attached electrodes.

Dans un tel dispositif, l'électrode de déclenchement ainsi que son système électrique, souvent complexes, sont supprimés et remplacés par un simple clapet pneumatique. De plus, l'isolation électrique entre électrodes est très simplifiée par l'utilisation d'une commande pneumatique. In such a device, the trigger electrode and its electrical system, which are often complex, are eliminated and replaced by a simple pneumatic valve. In addition, the electrical insulation between electrodes is very simplified by the use of a pneumatic control.

Les électrodes, entre lesquelles s'effectue le claquage, sont d'écartement réglable. Cela permet l'utilisation du dispositif sur une plage de tension, à gaz et pression fixés. The electrodes, between which the breakdown takes place, are of adjustable spacing. This allows the device to be used over a voltage, gas and pressure range.

Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de mise sous pression et de dépressurisation rapide de l'enceinte comprennent - des moyens permettant la circulation du gaz, - un décanteur, - un détendeur, - une électrovanne générale de commande du circuit, - un Limiteur de débit, - un clapet de dépressurisation rapide de l'enceinte, - une électrovanne reliée audit clapet, - des moyens de mesure de la pression à l'intérieur de
L'enceinte.According to a preferred embodiment, the means for pressurizing and rapid depressurization of the enclosure comprise - means allowing the circulation of gas, - a decanter, - a pressure reducer, - a general solenoid valve for controlling the circuit, - a Flow limiter, - a valve for rapid depressurization of the enclosure, - a solenoid valve connected to said valve, - means for measuring the pressure inside
The enclosure.

La pression du gaz peut varier dans des proportions importantes y compris dans les valeurs inférieures à La pression atmosphérique (vide). The pressure of the gas can vary in significant proportions including in the values lower than the atmospheric pressure (vacuum).

Selon un mode de réalisation préféré, l'éclateur ne comprend que deux électrodes de forme cylindrique et à sommet plat. Ce type d'électrode1 bien que d'usure plus rapide que des électrodes usuelles à sommet bombé, présente l'avantage de ne pas nécessiter de retouche au cours du temps sur la valeur de l'écartement. Ce dispositif permet d'adapter, suivant les performances souhaitées, Le nombre et la forme des électrodes. According to a preferred embodiment, the spark gap comprises only two electrodes of cylindrical shape and with flat top. This type of electrode1, although faster to wear than conventional electrodes with a domed top, has the advantage of not requiring any retouching over time on the value of the spacing. This device makes it possible to adapt, according to the desired performance, the number and the shape of the electrodes.

Selon un mode de réalisation préféré, le gaz utilisé est de l'air. C'est un gaz disponible facilement, d'utilisation aisée et qui présente l'avantage supplémentaire de permettre l'utilisation de tensions plus élevées à pression et écartement d'électrodes fixés. According to a preferred embodiment, the gas used is air. It is a gas readily available, easy to use and which has the additional advantage of allowing the use of higher voltages at pressure and spacing of fixed electrodes.

Il est possible d'utiliser d'autres gaz par exemple
SF , Argon,...It is possible to use other gases for example
SF, Argon, ...

6
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente la coupe transversale du bottier de l'éclateur,
- la figure 2 représente l'ensemble du dispositif, vu sous son aspect pneumatique,
- la figure 3 représente les courbes de Paschen (tension d'éclatement en fonction de la pression du gaz multipliée par l'écartement des électrodes) pour trois gaz différents : l'air, l'hydrogène et L'argon.6
Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given purely by way of non-limiting illustration, with reference to the appended figures in which:
- Figure 1 shows the cross section of the spark gap boot,
FIG. 2 represents the entire device, seen from its pneumatic aspect,
- Figure 3 shows the Paschen curves (bursting voltage as a function of the gas pressure multiplied by the spacing of the electrodes) for three different gases: air, hydrogen and argon.

La figure 1 montre La coupe transversale du bottier d'un éclateur à déclenchement par baisse de pression. Il est constitué d'une enceinte El qui comprend - un fond 12 fermé par un couvercle 14 entre lesquels est
maintenu un joint d'étanchéité 16 au moyen de vis de serrage
18, - deux électrodes 20 maintenues face à face dans l'axe de
l'enceinte El et fixées l'une dans le fond 12 et l'autre dans
le couvercle 14 au moyen de vis 19 qui compriment des joints
d'étanchéité 24.Figure 1 shows the cross section of the case of a spark gap triggered by pressure drop. It consists of an enclosure El which comprises - a bottom 12 closed by a cover 14 between which is
maintained a seal 16 by means of clamping screws
18, - two electrodes 20 held face to face in the axis of
the enclosure El and fixed one in the bottom 12 and the other in
the cover 14 by means of screws 19 which compress seals
sealing 24.

Des vis de serrage 26 au centre de chaque électrode 20 maintiennent solidement et en bon contact électrique des lames d'arrivée de courant 22. Clamping screws 26 in the center of each electrode 20 securely maintain current contact blades 22 in good electrical contact.

Entre les électrodes 20 est respecté un écartement déterminé, réglable selon l'utilisation de l'appareil. Sur
l'enceinte El, trois orifices, tels que 30 (deux orifices seulement sont représentés), de diametre approprié permettent
le premier, le remplissage de l'enceinte El par un gaz, le deuxième de plus grand diamètre permet la dépressurisation de
l'enceinte El, le troisième est une simple prise de pression.Between the electrodes 20 is respected a determined spacing, adjustable according to the use of the device. Sure
the enclosure El, three orifices, such as 30 (only two orifices are shown), of suitable diameter allow
the first, the filling of the enclosure El with a gas, the second of larger diameter allows the depressurization of
the El enclosure, the third is a simple pressure test.

La forme des électrodes et le nombre de celles-ci peuvent être adaptés suivant Les performances souhaitées. Selon un mode de réalisation preféré, les électrodes 20 ont la forme d'un cylindre à sommet plat. La distance entre les électrodes est fonction de la plage de tension, du gaz et de la pression. Si le
5 gaz est de l'air comprimé sous 5.10 Pa, et L'écartement entre électrodes de 4 mm, la tension avant claquage permise aux bornes des électrodes est de 40 kV.The shape of the electrodes and the number thereof can be adapted according to the desired performance. According to a preferred embodiment, the electrodes 20 have the shape of a cylinder with a flat top. The distance between the electrodes depends on the voltage range, the gas and the pressure. If the
5 gas is compressed air at 5.10 Pa, and The distance between electrodes of 4 mm, the voltage before breakdown allowed at the terminals of the electrodes is 40 kV.

Une alimentation électrique 32 permet de maintenir la différence de potentiel U entre les électrodes 20. A power supply 32 makes it possible to maintain the potential difference U between the electrodes 20.

La figure 2 représente l'ensemble du dispositif, vu sous son aspect pneumatique. Le circuit d'arrivée du gaz est constitué par un décanteur 41 et un détendeur 42. Le circuit pneumatique est commandé par une électrovanne générale EV1. Le gaz pénètre dans l'enceinte El à travers un limiteur de débit 44 qui permet, en cas de mauvais fonctionnement du circuit électrique (non représenté sur la figure 2), un vidage lent de l'enceinte El. La dépressurisation rapide de l'enceinte s'effectue par l'intermédiaire d'un clapet 46 relié à une électrovanne EV2. L'enceinte El est reliée par un de ses orifices à une prise de pression 48. FIG. 2 represents the entire device, seen from its pneumatic aspect. The gas supply circuit consists of a decanter 41 and a pressure reducer 42. The pneumatic circuit is controlled by a general solenoid valve EV1. The gas enters the enclosure El through a flow limiter 44 which allows, in the event of a malfunction of the electrical circuit (not shown in FIG. 2), a slow emptying of the enclosure El. The rapid depressurization of the enclosure is effected by means of a valve 46 connected to an EV2 solenoid valve. The enclosure El is connected by one of its orifices to a pressure tap 48.

Un tel dispositif permet l'utilisation d'une pression de gaz comprise entre O et 6.10 Pa. Such a device allows the use of a gas pressure between 0 and 6.10 Pa.

La figure 3 représente les courbes de Paschen relatives au dispositif selon l'invention. La courbe n01 correspond à l'air, la courbe n02 à l'hydrogène et la courbe n03 à l'argon. On constate que, à pression donnée et pour un écartement entre les électrodes identiques, l'air permet l'utilisation d'une tension de claquage plus élevée. FIG. 3 represents the Paschen curves relating to the device according to the invention. Curve n01 corresponds to air, curve n02 to hydrogen and curve n03 to argon. It is noted that, at a given pressure and for a spacing between the identical electrodes, the air allows the use of a higher breakdown voltage.

Un dispositif selon L'invention permet de transférer des courants de 500 kA. A device according to the invention makes it possible to transfer currents of 500 kA.

Claims

1. Discharge spark gap, characterized in that it comprises: - an insulating enclosure (and), support for the electrodes (20),

electrodes whose spacing is determined, - means (40) for pressurization and depressurization

fast of the enclosure (El), - a power supply allowing the setting to a tension

attached electrodes (32).

2. A spark gap according to claim 1, characterized in that the spacing between the electrodes (20) is adjustable.

3. A spark gap according to claims 1 and 2, characterized in that the means (40) for rapid pressurization and depressurization of the enclosure (El) comprise - means allowing the circulation of gas, - a decanter (41), - a regulator (42), - a general solenoid valve (EV1) controlling the circuit

pneumatic, - a flow limiter (44), - a valve (46) for rapid depressurization of the enclosure, - a solenoid valve (EV2) connected to said valve (46), - means for measuring the pressure (48) at inside of

the enclosure.

4. A spark gap according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the electrodes (20) are two in number and have the shape of a cylinder with a flat top.

5. A spark gap according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the gas used is air.