RU143138U1 - Управляемый вакуумный разрядник - Google Patents
Управляемый вакуумный разрядник Download PDFInfo
- Publication number
- RU143138U1 RU143138U1 RU2014108088/07U RU2014108088U RU143138U1 RU 143138 U1 RU143138 U1 RU 143138U1 RU 2014108088/07 U RU2014108088/07 U RU 2014108088/07U RU 2014108088 U RU2014108088 U RU 2014108088U RU 143138 U1 RU143138 U1 RU 143138U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- dielectric
- controlled vacuum
- magnetic field
- anode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
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. Техническим результатом полезной модели является увеличении ресурса управляемого вакуумного разрядника. Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлены постоянные магниты для формирования магнитного поля, силовые линии которого параллельны оси электродов и диэлектрической прокладки. 1 с.п.ф. 1 илл.
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.
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.
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: Н01Т 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, что неприемлемо для высокочастотных цепей.
Технической задачей является создание коаксиального устройства, обеспечивающего равномерную по периметру выработку диэлектрической прокладки прилегающих кромок электродов.
Техническим результатом полезной модели является увеличении ресурса управляемого вакуумного разрядника.
Технический результат достигается тем, что в управляемом вакуумном разряднике, содержащем в герметичной диэлектрической оболочке коаксиальные катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой и анод, выполненный в виде полого стакана, снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлены постоянные магниты для формирования магнитного поля, силовые линии которого параллельны оси электродов и диэлектрической прокладки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
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 или полюсные наконечники постоянного магнита, обращенные разноименными магнитными полюсами навстречу друг к другу.
Снаружи герметичной диэлектрической оболочки 3 установлены постоянные цилиндрические магниты или полюсные наконечники постоянного магнита 6 для формирования внутри электродной системы магнитного поля (поперечного по отношению к электрическому полю в промежутке катод-анод, задающему направление протекания коммутируемого в разряднике тока), силовые линии которого параллельны оси электродов и диэлектрической прокладки 2 (ортогональны силовым линиям электрического поля в промежутке катод-анод).
Управляемый вакуумный разрядник состоит из коаксиальной электродной системы, заключенной внутри откачанной герметичной диэлектрической оболочки 3, и постоянных цилиндрических магнитов или полюсных наконечников постоянного магнита 6, размещаемых снаружи герметичной диэлектрической оболочки 3 и обращенных разноименными магнитными полюсами навстречу друг к другу. Электродная система содержит катод 5 и поджигающий электрод 4, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой 2, и анод 1, выполненный в виде полого стакана. Внешние постоянные цилиндрические магниты или полюсные наконечники постоянного магнита 6 формируют внутри электродной системы магнитное поле, силовые линии которого параллельны оси симметрии электродов и диэлектрической прокладки 2 (силовые линии формируемого магнитного поля в промежутке катод-анод ортогональны силовым линиям электрического поля).
Управляемый вакуумный разрядник следующим образом.
Толщина диэлектрической прокладки 2 составляет порядка 0,1 мм; разность диаметров внутренней поверхности анода 1 и внешней поверхности катода 5 составляет порядка 2 мм. Индукция магнитного поля, создаваемого внутри управляемого вакуумного разрядника, составляет величину порядка 0,1 Тл.
Присутствие продольного магнитного поля не влияет на процесс пробоя по поверхности диэлектрической прокладки 2, так как вектор индукции магнитного поля направлен параллельно направлению распространения заряженных частиц из катодного пятна при подаче на поджигающий электрод 4 импульса напряжения. Скорость распространения катодного факела можно оценить величиной, например, для алюминиевой плазмы ~4·104 м/с. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука. 2000. - 424 с. Продолжительность искровой стадии разряда по поверхности диэлектрической прокладки 2 составит ~2·10-9 с. При этом развитие катодного факела в направлении анода 1 в присутствии магнитного поля затруднено, т.к. направление распространения потока заряженных частиц оказывается поперечным по отношению к линиям магнитного поля. При температуре плазмы в катодном пятне 3÷5 эВ скорость электронов, вырывающихся за пределы катодного факела, составляет ~106 м/с. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука. 2000. - 424 с.
Ларморовский радиус для электронов составит:
где e, me и Ve - заряд, масса и скорость электрона, B - индукция магнитного поля; что много меньше величины промежутка катод - анод. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М. Атомиздат. 1968. - 286 с.
Электрическое поле, приложенное к промежутку катод - анод, вырвать электроны из плазмы катодного факела не может в силу малости радиуса Дебая. В области катодного пятна плотность плазмы близка к плотности твердого тела и концентрация заряженных частиц ~1028 м-3.
Если разлет плазмы происходит изотропно, т.е. концентрация частиц падает при удалении от катодного пятна, размер которого можно оценить величиной 10-6 м, то на расстоянии, равном расстоянию между катодом и анодом, концентрация частиц окажется равной ~1019 м-3. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука. 2000. - 424 с.
Радиус Дебая в этом случае составит:
где ε0 - диэлектрическая постоянная, k - постоянная Больцмана, T - температура плазмы (в кельвинах), e - заряд электрона, n - концентрация заряженных частиц; что окажется величиной много меньшей размеров катодного факела.
В указанных условиях процесс распространения катодного факела в направлении анода 1 будет определяться скоростью диффузии плазмы факела в магнитном поле. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при наличии поперечного магнитного поля скорость распространения катодной плазмы уменьшается примерно вдвое. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука. 2000. - 424 с. Таким образом, при температуре плазмы порядка 3÷5 эВ и соответствующей средней тепловой скорости ионов алюминия ~5·103 м/с время замыкания промежутка катод-анод составит ~4·10-7 с.
Т.к. время искрового пробоя по поверхности диэлектрической прокладки 2 много меньше времени искрового пробоя промежутка катод-анод, то возможно образование многочисленных пробоев по поверхности диэлектрической прокладки 2 и многочисленных катодных пятен, а следовательно и нескольких катодных факелов, закорачивающих промежуток катод-анод на стадии сохранения высокого напряжения между катодом 5 и анодом 1. Возникает симметричная картина формирования токовых каналов в разрядном устройстве.
В направлении симметризации воздействия заряда на диэлектрическую прокладку 2 и прилегающую к ней поверхность электродов действует еще один механизм. В присутствии магнитного поля будет происходить движение катодного пятна на стадии искры в направлении силы Ампера, т.е. по периметру катода, со скоростью ~104 м/с, что за время искровой стадии разряда составит несколько миллиметров. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М. Наука. 2000. - 424 с.
Опытным путем было подтверждено, что в присутствии магнитного поля, силовые линии которого параллельны оси симметрии электродов и диэлектрической прокладки 2 управляемого вакуумного разрядника наблюдается равномерная по периметру эрозия диэлектрической прокладки 2 и прилегающих кромок электродов.
Claims (1)
- Управляемый вакуумный разрядник, содержащий коаксиальную электродную систему в герметичной диэлектрической оболочке катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой, и анод, выполненный в виде полого стакана, отличающийся тем, что снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлены постоянные магниты для формирования магнитного поля, силовые линии которого параллельны оси электродов и диэлектрической прокладки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108088/07U RU143138U1 (ru) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Управляемый вакуумный разрядник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108088/07U RU143138U1 (ru) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Управляемый вакуумный разрядник |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU143138U1 true RU143138U1 (ru) | 2014-07-20 |
Family
ID=51220031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108088/07U RU143138U1 (ru) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Управляемый вакуумный разрядник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU143138U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177485U1 (ru) * | 2017-08-21 | 2018-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Управляемый вакуумный разрядник |
RU198751U1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-07-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Управляемый вакуумный защитный разрядник |
RU2770190C1 (ru) * | 2021-02-04 | 2022-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Силовой искровой разрядник |
-
2014
- 2014-03-04 RU RU2014108088/07U patent/RU143138U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177485U1 (ru) * | 2017-08-21 | 2018-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Управляемый вакуумный разрядник |
RU198751U1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-07-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Управляемый вакуумный защитный разрядник |
RU2770190C1 (ru) * | 2021-02-04 | 2022-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Силовой искровой разрядник |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104632565A (zh) | 一种霍尔推力器磁路结构 | |
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 | |
RU143137U1 (ru) | Управляемый вакуумный разрядник | |
RU143138U1 (ru) | Управляемый вакуумный разрядник | |
Cheng et al. | Variation in time lags of vacuum surface flashover utilizing a periodically grooved dielectric | |
Abdel-Salam | Electrical breakdown of gases | |
RU2638954C2 (ru) | Коммутирующее сильноточное устройство | |
Sun et al. | Estimation of surface flashover threshold in a vacuum II: flashover phase transition | |
US2939049A (en) | Apparatus for generating high temperatures | |
RU187270U1 (ru) | Импульсный генератор нейтронов | |
US2953718A (en) | Apparatus and method for generating high temperatures | |
US2939048A (en) | Apparatus for creating extremely high temperatures | |
Yao et al. | Determination of opening velocities for vacuum circuit breakers at transmission voltage | |
Wenzel et al. | Combined experimental and theoretical study of constriction threshold of large-gap AMF vacuum arcs | |
Malkin | The vacuum arc and vacuum interruption | |
Christophorou et al. | Gaseous dielectrics VI | |
Li et al. | Research on the Effect of Magnetic Field on Micro-Characteristics of Vacuum Arc During Arc Formation Process | |
Zhou et al. | Time delay of a triggered vacuum switch | |
Wang et al. | The influence from the residual magnetic field on the plasma dissipation in the post-arc phase in a vacuum interrupter | |
Yu et al. | Influence of pulse steepness on vacuum flashover of casting epoxy resin | |
Yan et al. | Investigations on enhanced plasma expansion in pseudospark discharge assisted by a magnetic switch | |
RU2650887C2 (ru) | Магнитогидродинамический генератор | |
Bhat et al. | Effects of homopolar magnetic fields on low-current DC vacuum arcs | |
RU2448387C2 (ru) | Способ получения пучка ионов высокой зарядности |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190305 |