RU143137U1 - CONTROLLED VACUUM DISCHARGE - Google Patents
CONTROLLED VACUUM DISCHARGE Download PDFInfo
- Publication number
- RU143137U1 RU143137U1 RU2014108084/07U RU2014108084U RU143137U1 RU 143137 U1 RU143137 U1 RU 143137U1 RU 2014108084/07 U RU2014108084/07 U RU 2014108084/07U RU 2014108084 U RU2014108084 U RU 2014108084U RU 143137 U1 RU143137 U1 RU 143137U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- dielectric
- magnetic field
- induction
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Управляемый вакуумный разрядник, содержащий катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой, и анод, расположенные внутри откачанной герметичной диэлектрической оболочки, отличающийся тем, что снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлены коаксиально два постоянных цилиндрических магнита одноименными полюсами навстречу друг к другу, создающими аксиально симметричное магнитное поле с максимумом индукции между торцом катода и дном анода, выполненного в виде полого стакана, и минимумом индукции в области промежутка катод - анод у поверхности диэлектрической прокладки.A controllable vacuum arrester containing a cathode and an ignition electrode separated by a cylindrical dielectric spacer and an anode located inside a pumped-out sealed dielectric sheath, characterized in that two permanent cylindrical magnets with the same poles opposite each other are mounted coaxially outside the sealed dielectric sheath, creating an axially symmetric magnetic field with a maximum induction between the end of the cathode and the bottom of the anode, made in the form of a hollow glass, and a minimum induction in the region of the cathode - anode gap at the surface of the dielectric strip.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и применяется для быстрого подключения электрической сети к нагрузке, в частности, в шунтирующих быстродействующих коммутирующих устройствах, обеспечивающих защиту электрооборудования от воздействия токов короткого замыкания.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to power switching equipment, and is used to quickly connect an electrical network to a load, in particular, in shunting fast-acting switching devices that protect electrical equipment from the effects of short-circuit currents.
Известен управляемый вакуумный разрядник, который представляет собой коаксиальную трехэлектродную систему (катод, анод, поджигающий электрод), которая расположена внутри герметичной оболочки, выполненной из электроизоляционного материала. Пшеничный А.А., Якубов Р.Х. // Вакуумная наука и техника. Материалы научно-технической конференции. Под ред. Д.В. Быкова, М.: МИЭМ. 2011. С. 153. Эксперименты показали, что привязка разряда приводит к интенсивной выработке всего лишь от 1/4 до 1/3 периметра диэлектрической прокладки.Known controlled vacuum spark gap, which is a coaxial three-electrode system (cathode, anode, ignition electrode), which is located inside a sealed enclosure made of insulating material. Pshenichny A.A., Yakubov R.Kh. // Vacuum science and technology. Materials of the scientific and technical conference. Ed. D.V. Bykova, Moscow: MIEM. 2011. P. 153. The experiments showed that the binding of the discharge leads to the intensive development of only from 1/4 to 1/3 of the perimeter of the dielectric strip.
Известен управляемый вакуумный разрядник, содержащий два дисковых основных электрода, катодный и анодный, и, по меньшей мере, один узел поджига, установленный в отверстии катодного электрода. Каждый из основных электродов, катодный и анодный, содержит индуктор, формирующий аксиальное магнитное поле, а каждый узел поджига установлен на катодном электроде в месте с меньшей плотностью тока электрической дуги. Патент Российской Федерации на полезную модель №119948, МПК: H01T 2/02, 2012 г. Прототип. Использование переменного магнитного поля, создаваемого протекающим в разряднике переменным током приводит к генерации паразитного импульса электрического поля в коммутируемой цепи и может нарушить заданный режим работы этой цепи. Использование индукторов неизбежно приводит к увеличению индуктивности коммутируемой разрядником цепи, и, соответственно, к затягиванию формируемого в указанной цепи импульса тока.Known controlled vacuum spark gap containing two disk main electrode, cathode and anode, and at least one ignition unit installed in the hole of the cathode electrode. Each of the main electrodes, cathode and anode, contains an inductor forming an axial magnetic field, and each ignition unit is mounted on the cathode electrode in a place with a lower current density of the electric arc. Utility Model Patent of the Russian Federation No. 119948, IPC: H01T 2/02, 2012. Prototype. The use of an alternating magnetic field created by an alternating current flowing in the arrester leads to the generation of a spurious impulse of an electric field in a switched circuit and can disrupt the specified mode of operation of this circuit. The use of inductors inevitably leads to an increase in the inductance of the circuit switched by the spark gap, and, accordingly, to the delay of the current pulse generated in the indicated circuit.
Задачей является создание управляемого вакуумного разрядника, обеспечивающего сохранение электрической прочности диэлектрической прокладки при воздействии на нее протекающего в разряднике электрического тока.The task is to create a controlled vacuum spark gap, ensuring the preservation of the dielectric strip electrical strength when exposed to an electric current flowing in the spark gap.
Технический результат полезной модели, заключается в увеличении ресурса управляемого вакуумного разрядника.The technical result of the utility model is to increase the resource of a controlled vacuum spark gap.
Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, содержащем катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой, и анод, расположенные внутри откачанной герметичной диэлектрической оболочки, снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлены коаксиально два постоянных цилиндрических магнита одноименными полюсами навстречу друг к другу, создающими аксиально симметричное магнитное поле с максимумом индукции между торцом катода и дном анода, выполненного в виде полого стакана, и минимумом индукции в области промежутка катод - анод у поверхности диэлектрической прокладки.The technical result is achieved by the fact that in a controlled vacuum spark gap containing a cathode and an ignition electrode separated by a cylindrical dielectric gasket and an anode located inside a pumped-out sealed dielectric sheath, two permanent cylindrical magnets with the same poles opposite each other are installed coaxially outside the sealed dielectric sheath, creating axially symmetric magnetic field with a maximum induction between the end of the cathode and the bottom of the anode, made in the form of th glass, and a minimum induction period in the cathode - anode at the surface of the dielectric pads.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated in the drawing.
На чертеже схематично представлен продольный разрез управляемого вакуумного разрядника, где: 1 - анод; 2 - диэлектрическая прокладка; 3 - герметичная диэлектрическая оболочка; 4 - поджигающий электрод; 5 - катод; 6 - постоянные цилиндрические магниты, обращенные одноименными магнитными полюсами навстречу друг к другу.The drawing schematically shows a longitudinal section of a controlled vacuum spark gap, where: 1 - anode; 2 - dielectric gasket; 3 - sealed dielectric sheath; 4 - ignition electrode; 5 - cathode; 6 - permanent cylindrical magnets facing magnetic poles of the same name towards each other.
Анод 1 выполнен в виде полого стакана. Внешние постоянные цилиндрические магниты 6 формируют внутри электродной системы аксиально симметричное магнитное поле, обладающее максимумом индукции в области между торцом катода 5 и дном анода 1, и минимумом индукции в области промежутка катод-анод у поверхности диэлектрической прокладки 2. В области инициирования разряда, т.е. вблизи поверхности диэлектрической прокладки 2 градиент магнитного поля направлен к приосевой области промежутка катод-анод (чертеж).The anode 1 is made in the form of a hollow glass. External permanent cylindrical magnets 6 form an axially symmetric magnetic field inside the electrode system with a maximum induction in the region between the end of the cathode 5 and the bottom of the anode 1, and a minimum of induction in the region of the cathode-anode gap at the surface of the dielectric strip 2. In the region of discharge initiation, t. e. near the surface of the dielectric strip 2, the magnetic field gradient is directed to the axial region of the cathode-anode gap (drawing).
Приложенное магнитное поле в силу своей конфигурации не препятствует распространению потока заряженных частиц из плазменного факела, формирующегося у поверхности диэлектрической прокладки 2 в результате пробоя при подаче на поджигающий электрод 4 импульса напряжения положительной относительно катода 5 полярности.The applied magnetic field, by virtue of its configuration, does not prevent the propagation of the flow of charged particles from the plasma plume formed at the surface of the dielectric strip 2 as a result of breakdown when a positive voltage pulse is applied to the ignition electrode 4 with respect to the cathode 5.
Следовательно, наличие магнитного поля заметным образом не сказывается на времени замыкания промежутка катод-анод.Therefore, the presence of a magnetic field does not noticeably affect the closure time of the cathode-anode gap.
Скорость электронов, эмитируемых катодным пятном при температуре плазмы на границе пятна 3÷5 эВ составит Ve=106 м/с. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука. 2000. - 424 с. При величине индукции магнитного поля B=10-1 Тл, что технически достижимо, ларморовский радиус для электронов составит:The speed of the electrons emitted by the cathode spot at a plasma temperature at the spot boundary of 3 ÷ 5 eV is V e = 10 6 m / s. Month G.A. Ectons in a vacuum discharge: breakdown, spark, arc. M .: Science. 2000 .-- 424 p. When the magnitude of the magnetic field induction B = 10 -1 T, which is technically achievable, the Larmor radius for electrons is:
где e и me - заряд и масса электрона; что много меньше величины промежутка катод-анод ~10-3 м.where e and m e are the charge and mass of the electron; which is much smaller than the cathode-anode gap ~ 10 -3 m.
Считая разлет плазмы катодного факела изотропным, при котором концентрация частиц падает при удалении от катодного пятна, и исходя из величины концентрации заряженных частиц в области катодного пятна ~1028 м-3 получим оценку концентрации заряженных частиц на расстоянии ~10-4 м n≈1022 м-3. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука. 2000. - 424 с. Длина свободного пробега частиц в плазме катодного факела в этом случае:Considering the expansion of the plasma of the cathode plume to be isotropic, in which the particle concentration decreases with distance from the cathode spot, and based on the concentration of charged particles in the region of the cathode spot ~ 10 28 m -3, we obtain an estimate of the concentration of charged particles at a distance of ~ 10 -4 m n≈10 22 m -3 . Month G.A. Ectons in a vacuum discharge: breakdown, spark, arc. M .: Science. 2000 .-- 424 p. The mean free path of particles in the plasma of the cathode torch in this case:
где σ≈10-19÷10-20 м2 - сечение упругого соударения; что много больше ларморовского радиуса для электронов, следовательно электроны в катодном факеле при замыкании промежутка катод-анод оказываются замагничены.where σ≈10 -19 ÷ 10 -20 m 2 is the cross section of elastic collision; which is much larger than the Larmor radius for electrons, therefore, the electrons in the cathode plume when the cathode-anode gap closes, are magnetized.
При температуре плазмы ~3÷5 эВ скорость ионов, например, алюминия (материал катода) составит Vi≈5·103 м/с и соответствующий ларморовский радиус окажется при B≈10-1 ТлAt a plasma temperature of ~ 3–5 eV, the speed of ions, for example, aluminum (cathode material) will be V i ≈5 · 10 3 m / s and the corresponding Larmor radius will be at B≈10 -1 T
где mi - масса иона; т.е. ионы в катодном факеле не замагничены, т.к. не выполняется условие rлi<<1. Однако значительного пространственного разделения электронов при распространении катодного факела в промежутке катод-анод произойти не может в силу малости радиуса Дебая.where m i is the mass of the ion; those. ions in the cathode torch are not magnetized, because the condition r li << 1 is not satisfied. However, a significant spatial separation of electrons during the propagation of the cathode plume in the cathode-anode gap cannot occur due to the small radius of the Debye.
Даже на максимальном расстоянии от катодного пятна ~10-3 м на момент замыкания промежутка катод - анод концентрация частиц составляет n0=10-19 м-3, а радиус Дебая окажетсяEven at a maximum distance of ~ 10 −3 m from the cathode spot at the time of closure of the cathode – anode gap, the particle concentration is n 0 = 10 −19 m −3 , and the Debye radius will be
где ε0 - диэлектрическая постоянная, k - постоянная Больцмана, T - температура плазмы; что будет много меньше линейного размера плазменного факела. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М. Атомиздат. 1968. - 286 с.where ε 0 is the dielectric constant, k is the Boltzmann constant, T is the plasma temperature; which will be much smaller than the linear size of the plasma torch. Frank-Kamenetsky D.A. Lectures on plasma physics. M. Atomizdat. 1968 .-- 286 p.
В неоднородном магнитном поле плазма катодного факела будет двигаться как целое в направлении, противоположном градиенту магнитного поля, формируя поток частиц, обдувающий поверхность диэлектрической прокладки 2. С переходом разряда от искровой стадии к дуговой стадии указанный поток, будет увеличиваться в результате роста количества катодных пятен при увеличении силы тока в разряде.In an inhomogeneous magnetic field, the plasma of the cathode torch will move as a whole in the opposite direction to the gradient of the magnetic field, forming a particle stream blowing around the surface of the dielectric strip 2. With the transition of the discharge from the spark stage to the arc stage, this stream will increase as the number of cathode spots increases with increasing current in the discharge.
Происходит самоочистка поверхности диэлектрической прокладки 2, действующая на протяжении всего времени горения разряда. Плазменный поток, обдувающий поверхность диэлектрической прокладки 2, препятствует накоплению на ней материала электродов и тем самым стабилизирует электрическую прочность данной поверхности.Self-cleaning of the surface of the dielectric strip 2 takes place, acting throughout the entire time the discharge is burning. The plasma stream blowing the surface of the dielectric strip 2 prevents the accumulation of electrode material on it and thereby stabilizes the electric strength of this surface.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108084/07U RU143137U1 (en) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108084/07U RU143137U1 (en) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU143137U1 true RU143137U1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51220030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014108084/07U RU143137U1 (en) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU143137U1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608825C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-01-25 | Виктор Дмитриевич Бочков | Spark discharger |
| RU2654494C1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-05-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Vacuum spark discharger |
| RU210126U1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | CONTROLLED VACUUM SPARGER WITH FILM ELECTRODES |
| RU210127U1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | COMPACT VACUUM Spark Gap |
| RU219857U1 (en) * | 2023-06-13 | 2023-08-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | IGNITION SYSTEM OF A PULSE DISCHARGE |
-
2014
- 2014-03-04 RU RU2014108084/07U patent/RU143137U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608825C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-01-25 | Виктор Дмитриевич Бочков | Spark discharger |
| RU2654494C1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-05-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Vacuum spark discharger |
| RU210126U1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | CONTROLLED VACUUM SPARGER WITH FILM ELECTRODES |
| RU210127U1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | COMPACT VACUUM Spark Gap |
| RU219857U1 (en) * | 2023-06-13 | 2023-08-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | IGNITION SYSTEM OF A PULSE DISCHARGE |
| RU223870U1 (en) * | 2023-07-31 | 2024-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | CONTROLLED VACUUM SWITCH OF COMBINED TYPE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU143137U1 (en) | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE | |
| US10256067B1 (en) | Low voltage drop, cross-field, gas switch and method of operation | |
| Kong et al. | Anode spot formation threshold current dependent on dynamic solid angle in vacuum subjected to axial magnetic fields | |
| Gushenets et al. | Electrostatic plasma lens focusing of an intense electron beam in an electron source with a vacuum arc plasma cathode | |
| RU143138U1 (en) | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE | |
| Yushkov et al. | Plasma of vacuum discharges: The pursuit of elevating metal ion charge states, including a recent record of producing bi 13+ | |
| US3015745A (en) | Apparatus for ionising a gas to obtain high intensity pulsed ions or electrons | |
| Abdel-Salam | Electrical breakdown of gases | |
| RU2638954C2 (en) | Commute structure device | |
| Goncharov et al. | Manipulating large-area, heavy metal ion beams with a high-current electrostatic plasma lens | |
| RU187270U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
| RU149963U1 (en) | ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION | |
| US2953718A (en) | Apparatus and method for generating high temperatures | |
| Wenzel et al. | Combined experimental and theoretical study of constriction threshold of large-gap AMF vacuum arcs | |
| Sun et al. | Miniature, 3D-printed, monolithic arrays of corona ionizers | |
| RU2773038C1 (en) | Pulse neutron generator | |
| Wang et al. | The influence from the residual magnetic field on the plasma dissipation in the post-arc phase in a vacuum interrupter | |
| RU2529879C1 (en) | Cathode plasma flux stabiliser | |
| Brown | Vacuum arc ion sources: A review | |
| Asiunin et al. | Influence of an external magnetic field on the switching mode of a compact triggered vacuum gap | |
| RU2647887C1 (en) | Duoplasmatron source of gas ions | |
| Wang et al. | Research on time delay and lifetime characteristics of triggered vacuum switch with multirod system | |
| Hencken et al. | Modeling and simulation of high-Current constricted vacuum arcs driven by a strong magnetic field in 3D | |
| RU159636U1 (en) | ION-PLASMA ENGINE | |
| Delachaux et al. | Modeling and simulation results of a high current vacuum arc in a transverse magnetic field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190305 |