RU150654U1

RU150654U1 - GAS-FILLED DISCHARGE

Info

Publication number: RU150654U1
Application number: RU2014115757/07U
Authority: RU
Inventors: Борис Петрович Меркулов; Василий Михайлович Фокин; Татьяна Григорьевна Новикова
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-02-20

Abstract

Газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, соединенного другим основанием с отбортовкой корпуса, отличающийся тем, что межэлектродное расстояние S и длина h образующей изолятора выбраны согласно условиюU≈U,где U=F(p, s) - динамическое напряжение пробоя;U=F(p, h) - напряжение скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора;p - давление наполняющего газа.A gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup with a flanging and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is fixed on the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator connected by another base with flanging of the housing, characterized in that the interelectrode distance S and the length h of the generatrix of the insulator are selected according to the condition U≈U, where U = F (p, s) is the dynamic breakdown voltage; U = F (p, h) is the voltage of the sliding breakdown along the inner surface of the insulator; p is the pressure of the filling gas.

Description

Полезная модель относится к газоразрядной технике и может быть использована при разработке разрядников-обострителей с высокой стабильностью динамического напряжения пробоя и большой долговечностью, применяемых в малогабаритных импульсных рентгеновских аппаратов.The utility model relates to gas-discharge technology and can be used in the development of surge arresters with high stability of dynamic breakdown voltage and high durability used in small-sized pulsed x-ray machines.

Известен газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса и изолятора, и два электрода, один из которых закреплен на металлическом корпусе, а другой - на изоляторе, выполненном в виде полого тела вращения (усеченного конуса) и размещенного внутри металлического корпуса, при этом одно основание изолятора соединено с торцом корпуса, а другое основание, на котором закреплен электрод, обращено в сторону второго электрода, и вывод электрода, проходящий внутри изолятора [Авторское свидетельство СССР №360886, H01J 17/18, 1973 г.].Known gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal housing and an insulator, and two electrodes, one of which is mounted on a metal housing, and the other on an insulator made in the form of a hollow body of revolution (a truncated cone) and placed inside a metal housing, one base of the insulator is connected to the end of the housing, and the other base, on which the electrode is fixed, faces the second electrode, and the electrode lead passing inside the insulator [USSR Author's Certificate No. 360886, H01J 1 7/18, 1973].

Такой разрядник имеет большую механическую прочность, что позволяет наполнять его газом до давления порядка нескольких единиц МПа. Высокое давление наполняющего газа при малых межэлектродных расстояниях в такой конструкции обеспечивает время коммутации в пределах одной наносекунды. Недостатками разрядника являются низкая электрическая прочность и низкая стабильность динамического напряжения пробоя, обусловленные неравномерным распределения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора и неоптимальными размерами и взаимным расположением элементов разрядника.Such a spark gap has great mechanical strength, which allows it to be filled with gas up to a pressure of the order of several MPa. The high pressure of the filling gas at small interelectrode distances in this design provides switching time within one nanosecond. The disadvantages of the arrester are low dielectric strength and low stability of the dynamic breakdown voltage, due to the uneven distribution of the electric field potential along the generatrix of the conical surface of the insulator and suboptimal sizes and relative positions of the arrester elements.

Известен также газонаполненный разрядник, содержащий соосно установленные два основных электрода, дополнительный электрод, расположенный коаксиально с одним из основных электродов, и резистивный элемент, в котором с целью повышения стабильности срабатывания разрядника в режиме обострения импульсного напряжения, введен дополнительный электрод в виде стержня, расположенный в осевом отверстии основного электрода, коаксиального с первым дополнительным электродом, и электрически соединенный с первым дополнительным электродом непосредственно, а с основным электродом с отверстием через дополнительно введенный конденсатор, резистивный элемент включен между основным электродом с отверстием и первым дополнительным электродом и выполнен в виде покрытия на разделяющем эти электроды изоляторе, причем диаметр D отверстия в основном электроде, диаметр d второго дополнительного электрода и расстояние S между основными электродами связаны соотношением 0,5≤(D-d/2S)/(C₁/(C₁+C₂))≤1,1, гдеA gas-filled spark gap is also known, which contains two coaxially mounted main electrodes, an additional electrode located coaxially with one of the main electrodes, and a resistive element in which, in order to increase the stability of the spark arrester in the mode of exacerbation of the pulse voltage, an additional electrode is introduced in the form of a rod located in an axial hole of the main electrode coaxial with the first additional electrode and electrically connected to the first additional electrode directly Actually, and with the main electrode with the hole through an additionally inserted capacitor, the resistive element is connected between the main electrode with the hole and the first additional electrode and made in the form of a coating on the insulator separating these electrodes, the diameter D of the hole in the main electrode, the diameter d of the second additional electrode and the distance S between the main electrodes is connected by the ratio 0.5≤ (Dd / 2S) / (C ₁ / (C ₁ + C ₂ )) ≤1,1, where

C₁ - величина суммарной конструктивной емкости между дополнительными электродами и вторым основным электродом;C ₁ - the value of the total structural capacitance between the additional electrodes and the second main electrode;

C₂ - величина суммарной конструктивной емкости между дополнительными электродами и основным электродом с отверстием [Авторское свидетельство СССР №1804263, H01T 2/02, 1996 г.].C ₂ - the value of the total structural capacity between the additional electrodes and the main electrode with a hole [USSR Author's Certificate No. 1804263, H01T 2/02, 1996].

Такой разрядник при выполнении указанного выше соотношения геометрических размеров его элементов имеет очень высокую стабильность динамического напряжения пробоя, что дает возможность успешно применять их в источниках лазерной подсветки для телевизионной аппаратуры с пространственно-временной селекцией и в специальных областях науки и техники. Для аппаратуры широкого применения, в частности, в рентгеновских дефектоскопах применять их нецелесообразно из-за большой стоимости, вызванной сложной конструкцией и технологией изготовления в процессе производства.Such a spark gap, when fulfilling the above ratio of the geometric dimensions of its elements, has a very high stability of dynamic breakdown voltage, which makes it possible to successfully use them in laser illumination sources for television equipment with spatio-temporal selection and in special fields of science and technology. For equipment of widespread use, in particular, in X-ray flaw detectors, it is impractical to use them because of the high cost caused by the complex design and manufacturing technology in the manufacturing process.

Наиболее близким по конструктивным признакам к предлагаемой полезной модели является газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, соединенного другим основанием с отбортовкой корпуса, экран, закрывающий место соединения проходящего внутри изолятора вывода второго электрода с торцевой поверхностью меньшего основания изолятора [Высоковольтные разрядники-обострители /Ю.В. Киселев, Б.П. Меркулов/ - Электронная техника. Серия 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Выпуск 2 (79) / 1980 г., стр. 36 - прототип].The closest in design features to the proposed utility model is a gas-filled surge arrester containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup with a flanging and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is fixed to the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator, connected by another base to the flanging of the housing, a screen covering the junction passing inside the insulator outputting the second electrode end surface of the smaller base of the insulator [High sharpening spark /YU.V. Kiselev, B.P. Merkulov / - Electronic equipment. Series 4. Electrovacuum and gas-discharge devices. Issue 2 (79) / 1980, p. 36 - prototype].

Данный разрядник, как и предыдущие конструкции, имеет большую механическую прочность и обеспечивает малое время коммутации, что существенно при использовании разрядников в наносекундной технике. Недостатком данной конструкции является небольшая долговечность и низкая стабильность динамического напряжения пробоя в заданном эксплуатационном режиме из-за неравномерного напыления токопроводящих продуктов эрозии материала электродов вдоль образующей изолятора в процессе наработки, что является причиной неравномерного распределения потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора.This spark gap, like the previous designs, has great mechanical strength and provides a short switching time, which is essential when using arresters in nanosecond technology. The disadvantage of this design is its low durability and low stability of the dynamic breakdown voltage in a given operating mode due to the uneven deposition of conductive products of erosion of the electrode material along the generatrix of the insulator during operation, which is the reason for the uneven distribution of the electric field potential along the generatrix of the insulator.

Задачей данной полезной модели является создание газонаполненного разрядника с высокими долговечностью и стабильностью динамического напряжения пробоя.The objective of this utility model is to create a gas-filled spark gap with high durability and stability of dynamic breakdown voltage.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном газонаполненном разряднике, содержащем оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, соединенного другим основанием с отбортовкой корпуса, межэлектродное расстояние S и длина образующей изолятора h выбраны так, что напряжение пробоя разрядного промежутка близко к напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора.The specified technical effect is achieved by the fact that in a known gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup with a flanging and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is located on the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator, connected by another base to the flanging of the housing, the interelectrode distance S and the length of the generatrix of the insulator h are selected so that the voltage When the discharge gap is close to the voltage of the sliding breakdown on the inner surface of the insulator.

Такой выбор межэлектродного расстояния S и длины изолятора h обеспечивает примерное равенство динамического напряжения пробоя между электродами и напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора, создает условия для стабильной по времени предварительной ионизации разрядного промежутка скользящим коронным разрядом по изолятору в момент, предшествующий пробою основного промежутка без искрового пробоя по изолятору. Коронирующий разряд по изолятору в этом случае сильно стабилизирует разрядные процессы в основном разрядном промежутке, уменьшая среднеквадратичный разброс динамического напряжения до 1-2% и эрозию материала электродов из-за уменьшения стартовых потерь в процессе развития разряда, что значительно увеличивает долговечность в заданном эксплуатационном режиме.Such a choice of the interelectrode distance S and the insulator length h provides an approximate equality of the dynamic breakdown voltage between the electrodes and the sliding breakdown voltage along the inner surface of the insulator, and creates conditions for the time-stable preliminary ionization of the discharge gap by the sliding corona discharge along the insulator at the moment preceding the breakdown of the main gap without a spark breakdown of the insulator. In this case, the corona discharge across the insulator strongly stabilizes the discharge processes in the main discharge gap, decreasing the root-mean-square spread of the dynamic voltage by 1-2% and the erosion of the electrode material due to a decrease in the starting losses during the discharge development, which significantly increases the durability in the specified operating mode.

Таким образом, предлагаемая конструкция газонаполненного разрядника позволяет получить большую долговечность и высокую стабильность динамического напряжения пробоя за счет правильного выбора геометрических размеров межэлектродного расстояния S и длины образующей изолятора h, что обеспечивает предварительную ионизацию разрядного промежутка коронирующим разрядом по изолятору на самом высоком уровне динамического напряжения пробоя. При этом скользящий пробой по изолятору при установившихся разрядных процессах отсутствует, т.к. шунтируется основным пробоем разрядного промежутка, уровень которого несколько ниже уровня скользящего пробоя по изолятору из-за подсветки промежутка коронирующими процессами.Thus, the proposed design of a gas-filled spark gap allows one to obtain greater durability and high stability of the dynamic breakdown voltage due to the correct choice of the geometrical dimensions of the interelectrode distance S and the length of the insulator generatrix h, which ensures preliminary ionization of the discharge gap by a corona discharge along the insulator at the highest level of dynamic breakdown voltage. In this case, there is no sliding breakdown over the insulator during steady-state discharge processes, because it is shunted by the main breakdown of the discharge gap, the level of which is slightly lower than the level of the sliding breakdown on the insulator due to the backlighting of the gap by corona processes.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Сравнение с прототипом позволило выявить совокупность всех существенных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату, изложенных в формуле полезной модели.The analysis of the prior art, carried out by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that no analogue was found, characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. Comparison with the prototype allowed us to identify the totality of all the essential features in relation to the perceived technical result set forth in the formula of the utility model.

Следовательно, заявленная полезная модель отвечает требованию «новизна» по действующему законодательству.Therefore, the claimed utility model meets the requirement of “novelty” under current law.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами.The claimed technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показан один из вариантов заявленного газонаполненного разрядника-серийно выпускаемый разрядник-обостритель с водородным наполнением РО-43 с длиной образующей изолятора h=30 мм.In FIG. 1 shows one of the variants of the claimed gas-filled spark gap-commercially available spark gap-sharpener with hydrogen filling RO-43 with the length of the insulator generatrix h = 30 mm.

На фиг. 2 представлены кривые U_пб.дин.=F(p,s) при различных межэлектродных расстояниях S=const (межэлектродное расстояние изменялось в пределах 3±^0,2 мм) и график функции U_ск.пб.=F(P), выражающей зависимость импульсного напряжения скользящего пробоя вдоль поверхности изолятора от давления в разряднике-обострителе РО-43.In FIG. 2 shows the curves of U _pb.din. = F (p, s) with different interelectrode distances S = const (interelectrode distance is varied within 3 ± ^0,2 mm) and the graph of the function U _sk.pb. = F (P), which expresses the dependence of the impulse voltage of the sliding breakdown along the surface of the insulator on the pressure in the PO-43 sharpener.

Газонаполненный разрядник (фиг. 1) содержит металлический корпус 1 в виде цилиндрического стакана с отбортовкой, изолятор 2 в виде полого усеченного конуса, имеющий боковую цилиндрическую поверхность в нижней его части, причем выпуклая поверхность изолятора 2 обращена внутрь металлического корпуса 1, электроды - анод 3, закрепленный на внутренней поверхности дна металлического корпуса 1, и катод 4, размещенный на торцевой поверхности меньшего основания изолятора 2, манжета 5, расположенная на внутренней поверхности нижней части металлического корпуса 1, повторяя форму этой поверхности с образованием уступа, в котором установлено основание нижней части изолятора 2, при этом манжета 5 соединена своей нижней частью с металлическим корпусом 1 швом, выполненным, например, аргонно-дуговой сваркой, а внутренней поверхностью соединена с боковой цилиндрической поверхностью изолятора 2 швом герметизации, полученным, например, посредством пайки серебросодержащим припоем.The gas-filled spark gap (Fig. 1) contains a metal case 1 in the form of a cylindrical cup with a flange, an insulator 2 in the form of a hollow truncated cone, having a lateral cylindrical surface in its lower part, the convex surface of the insulator 2 facing the inside of the metal case 1, the electrodes anode 3 mounted on the inner surface of the bottom of the metal housing 1, and the cathode 4, located on the end surface of the smaller base of the insulator 2, the cuff 5, located on the inner surface of the lower part of the metal about the housing 1, repeating the shape of this surface with the formation of a ledge in which the base of the lower part of the insulator 2 is installed, while the cuff 5 is connected by its lower part to the metal housing 1 by a seam made, for example, by argon-arc welding, and the inner surface is connected to the side the cylindrical surface of the insulator 2 with a sealing seam obtained, for example, by soldering with silver-containing solder.

В предлагаемой конструкции разрядника, представленной на фиг. 1, для получения высокой стабильности динамического напряжения пробоя и большой долговечности межэлектродное расстояние S и длина образующей изолятора h выбраны такими, чтобы обеспечить примерное равенство динамического напряжения пробоя основного разрядного промежутка и напряжения скользящего пробоя по изолятору.In the proposed arrester design shown in FIG. 1, in order to obtain high stability of the dynamic breakdown voltage and long life, the interelectrode distance S and the length of the insulator generatrix h are chosen so as to provide an approximate equality of the dynamic breakdown voltage of the main discharge gap and the sliding breakdown voltage across the insulator.

Работает газонаполненный разрядник следующим образом.The gas-filled spark gap operates as follows.

Между анодом 3 и катодом 4 прикладывают импульсное напряжение, амплитуда которого нарастает со временем. По достижению напряжения, равного напряжению пробоя, разрядник пробивается и в нагрузке возникает импульс тока, величина и форма которого определяется параметрами разрядной цепи и величиной напряжения пробоя разрядника. В процессе тренировки разрядника напряжение пробоя от импульса к импульсу медленно растет и стабилизируется в пределах заданного значения, определяемого межэлектродным расстоянием, давлением наполняющего газа и правильным выбором геометрических размеров межэлектродного расстояния S и образующей изолятора h, при которых создаются условия примерного равенства динамического напряжения пробоя и напряжения скользящего пробоя по изолятору. Динамическое напряжение пробоя разрядника и импульсное напряжение скользящего пробоя по изолятору контролируется по осциллограмме. Осциллограмма напряжения скользящего пробоя по изолятору отличается от осциллограммы динамического напряжения пробоя разрядного промежутка формой импульса после пробоя, вызванной изменением параметров разрядного контура, в частности, из-за увеличения индуктивности разрядного контура. Стабилизация пробоя основного разрядного промежутка в процессе тренировки осуществляется регулирующим действием интенсивности свечения коронирующего разряда по поверхности изолятора и созданием равномерной микроструктуры рабочих поверхностей электродов. Если в процессе тренировки произошел скользящий пробой по изолятору, то в дальнейшем динамическое напряжение пробоя будет изменяться от импульса к импульсу плавно вслед за изменением скользящего пробоя по изолятору до момента его стабилизации, при котором отсутствуют скользящие пробои по изолятору. Условие опережающего пробоя основного разрядного промежутка объясняется ионизационным воздействием коронирующего разряда по изолятору с максимальной интенсивностью свечения перед пробоем разрядного промежутка. В установившемся режиме динамическое напряжение пробоя несколько ниже величины напряжения скользящего пробоя по изолятору из-за влияния коронирующего разряда по поверхности изолятора, поэтому пробой основного промежутка шунтирует коронирующие процессы на поверхности изолятора и предотвращает его от пробоя. Работа разрядника после тренировки проходит при высокой стабильности динамического напряжения пробоя без сопутствующих скользящих пробоев по внутренней поверхности изолятора, что способствует значительному увеличению долговечности в заданном эксплуатационном режиме.A pulse voltage is applied between the anode 3 and the cathode 4, the amplitude of which increases with time. Upon reaching a voltage equal to the breakdown voltage, the arrester breaks through and a current pulse arises in the load, the magnitude and shape of which is determined by the parameters of the discharge circuit and the magnitude of the breakdown voltage of the arrester. During the training of the arrester, the breakdown voltage from pulse to pulse slowly increases and stabilizes within a predetermined value determined by the interelectrode distance, the pressure of the filling gas and the correct choice of the geometric dimensions of the interelectrode distance S and the generatrix of the insulator h, under which the conditions for an approximate equality of the dynamic breakdown voltage and voltage sliding breakdown on the insulator. The dynamic breakdown voltage of the spark gap and the pulse voltage of the sliding breakdown along the insulator is controlled by the waveform. The waveform of the sliding breakdown voltage across the insulator differs from the waveform of the dynamic breakdown voltage of the discharge gap by the shape of the pulse after the breakdown caused by a change in the parameters of the discharge circuit, in particular, due to an increase in the inductance of the discharge circuit. The stabilization of the breakdown of the main discharge gap during training is carried out by the regulatory action of the intensity of the glow of the corona discharge on the surface of the insulator and the creation of a uniform microstructure of the working surfaces of the electrodes. If during the training a sliding breakdown occurred on the insulator, then in the future the dynamic breakdown voltage will change from pulse to pulse smoothly after the sliding breakdown on the insulator changes until it stabilizes, in which there are no sliding breakdowns on the insulator. The condition of the leading breakdown of the main discharge gap is explained by the ionization effect of the corona discharge along the insulator with the maximum glow intensity before the breakdown of the discharge gap. In the steady state, the dynamic breakdown voltage is slightly lower than the value of the sliding breakdown voltage across the insulator due to the influence of a corona discharge on the surface of the insulator, therefore, the breakdown of the main gap shunts the corona processes on the surface of the insulator and prevents it from breakdown. The work of the arrester after training takes place at high stability of the dynamic breakdown voltage without accompanying sliding breakdowns on the inner surface of the insulator, which contributes to a significant increase in durability in a given operating mode.

Условие примерного равенства динамического напряжения пробоя и напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора имеет вид: U_пб.дин.≈U_ск.пб…, гдеThe condition for the approximate equality of the dynamic breakdown voltage and the sliding breakdown voltage along the inner surface of the insulator has the form: U _pb.din. ≈U _{sc.pb ...} where

U_пб.дин.=F(p,s) - динамическое напряжение пробоя основного разрядного промежутка разрядника;U _pb.din. = F (p, s) is the dynamic breakdown voltage of the main discharge gap of the spark gap;

U_ск.пб.=F(p) - напряжение скользящего пробоя по изолятору;U _St. = F (p) is the sliding breakdown voltage across the insulator;

p - давление наполняющего газа;p is the pressure of the filling gas;

s - расстояние между электродами. Из приведенных выражений видно, что напряжение скользящего пробоя вдоль образующей поверхности изолятора при заданных его геометрических размерах и рода наполняющего газа зависит только от его давления. Напряжение пробоя разрядника при этом зависит и от давления, и от величины межэлектродного расстояния, поэтому для того, чтобы выполнялось примерное равенство U_пб.дин.≈U_ск.пб. при выбранных геометрических размерах изолятора и давлении наполняющего газа, определяемого заданной величиной динамического напряжения пробоя, необходимо правильно выбрать межэлектродное расстояние. Для чего снимается семейство кривых U_пб.дин.=F(p,s) при различных межэлектродных расстояниях S=const. и график функции U_ск.пб.=F(p) (фиг. 2), выражающей зависимость динамического напряжения скользящего пробоя вдоль поверхности изолятора от давления, снятый при разных значениях межэлектродного расстояния. В этом случае каждая точка разрядной кривой U_ск.пб.=F(p) соответствует точкам семейства кривых U_пб.дин.=F(p,s) с вполне определенными значениями межэлектродного расстояния, при которых это соответствие выражает условие примерного равенства динамического напряжения пробоя разрядника и динамического напряжения скользящего пробоя (фиг. 2). По этой кривой и семейству кривых, выражающих зависимость динамического напряжения пробоя от давления, определяют для выбранного типа разрядника с заданным динамическим напряжением пробоя величину межэлектродного расстояния и давления. Следует отметить, что разрядники-обострители имеют наибольшую стабильность динамического напряжения пробоя в общих точках семейства U_пб.дин.=F(p,s) при s=const и разрядной кривой UCK. U_ск.пб.=F(p), т.е. в точках примерного равенства динамического напряжения пробоя разрядника напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора, величина которых соответствует вполне определенным значениям межэлектродного расстояния и давления. При выбранном межэлектродном расстоянии и увеличении давления в разряднике стабильность динамического напряжения уменьшается, т.е. нарушаются условия примерного равенства U_пб.дин.≈U_ск.пб., появляются скользящие пробои по внутренней поверхности изолятора. При дальнейшем увеличении давления наполняющего газа скользящие пробои учащаются и могут привести к потере электропрочности, поэтому выбор межэлектродного расстояния и соответствующего ему давления с учетом заданного динамического напряжения пробоя нужно производить тщательно по заранее снятым характеристикам для каждого типа приборов.s is the distance between the electrodes. It can be seen from the above expressions that the voltage of the sliding breakdown along the generatrix of the insulator at its given geometric dimensions and the type of filling gas depends only on its pressure. The breakdown voltage of the spark gap in this case depends both on the pressure and on the magnitude of the interelectrode distance, therefore, in order to satisfy the approximate equality U _pb.din. ≈U _sc. with the selected geometrical dimensions of the insulator and the pressure of the filling gas determined by a given value of the dynamic breakdown voltage, it is necessary to choose the interelectrode distance correctly. Why is the family of curves U _{pb.din removed?} = F (p, s) at various interelectrode distances S = const. and graph of function U _sc. = F (p) (Fig. 2), expressing the dependence of the dynamic voltage of the sliding breakdown along the surface of the insulator on pressure, taken at different values of the interelectrode distance. In this case, each point of the discharge curve U _sc. = F (p) corresponds to points of the family of curves U _pb.din. = F (p, s) with well-defined values of the interelectrode distance at which this correspondence expresses the condition for the approximate equality of the dynamic breakdown voltage of the spark gap and the dynamic voltage of the moving breakdown (Fig. 2). From this curve and a family of curves expressing the dependence of the dynamic breakdown voltage on pressure, the magnitude of the interelectrode distance and pressure is determined for the selected type of spark gap with a given dynamic breakdown voltage. It should be noted that the surge arresters have the greatest stability of the dynamic breakdown voltage at common points of the family U _pbd. = F (p, s) for s = const and the discharge curve UCK. U _St. = F (p), i.e. at the points of approximate equality of the dynamic breakdown voltage of the spark gap to the sliding breakdown voltage along the inner surface of the insulator, the value of which corresponds to well-defined values of the interelectrode distance and pressure. With a selected interelectrode distance and an increase in pressure in the spark gap, the stability of the dynamic voltage decreases, i.e. the conditions of the approximate equality U _{pb.din are violated.} ≈U _sc. , sliding breakdowns appear on the inner surface of the insulator. With a further increase in the pressure of the filling gas, sliding breakdowns become more frequent and can lead to a loss of electrical strength, therefore, the choice of the interelectrode distance and the corresponding pressure, taking into account the given dynamic breakdown voltage, must be performed carefully according to previously taken characteristics for each type of device.

Из приведенных на фиг. 2 зависимостей можно сделать вывод, что динамическое напряжение пробоя ограничивается разрядной кривой U_ск.пб.=F(p) со значительно меньшей крутизной по сравнению с семейством кривых U_пб.дин.=F(p,s) при s=const, а при давлениях более 70 атм она практически не меняется, т.е. имеет место насыщение. Из сказанного следует, что при разработке высоковольтных приборов надо также учитывать геометрические размеры изолятора, влияющие на величину разрядного напряжения по поверхности изолятора.From those shown in FIG. 2 dependencies, we can conclude that the dynamic breakdown voltage is limited by the discharge curve U _sc. = F (p) with a significantly lower slope compared with the family of curves U _pb.din. = F (p, s) at s = const, and at pressures of more than 70 atm it practically does not change, i.e. saturation takes place. It follows from the above that when developing high-voltage devices, it is also necessary to take into account the geometric dimensions of the insulator, which affect the value of the discharge voltage over the surface of the insulator.

Использование предлагаемой полезной модели позволило создать серию газонаполненных разрядников-обострителей РО-43, РО-48, РО-49, РО-50 с высокой стабильностью динамического напряжения пробоя (среднеквадратичный разброс динамического напряжения пробоя не превышает 1%) и большой долговечностью. Ресурсные испытания данных разрядников подтвердили значительное преимущество разрядников заявленной конструкции. Ресурс этих приборов составил более 107 пробоев, что значительно превышает ресурс разрядника-обострителя, взятого за прототип, составляющий 3-106 пробоев. Такие разрядники найдут широкое применение в рентгеновской дефектоскопии металлоконструкций и при разработке генераторов субнаносекундных импульсов для специального применения.Using the proposed utility model, it was possible to create a series of gas-filled arresters-sharpeners RO-43, RO-48, RO-49, and RO-50 with high stability of the dynamic breakdown voltage (the rms spread of the dynamic breakdown voltage does not exceed 1%) and long life. The resource tests of these arresters confirmed the significant advantage of the arresters of the claimed design. The resource of these devices amounted to more than 107 breakdowns, which significantly exceeds the resource of the arrester-sharpener, taken as a prototype, amounting to 3-106 breakdowns. Such arresters will find wide application in X-ray inspection of metal structures and in the development of subnanosecond pulse generators for special applications.

Таким образом, заявленная полезная модель позволяет создать газонаполненные разрядники с высокой долговечностью и высокой стабильностью динамического напряжения пробоя.Thus, the claimed utility model allows the creation of gas-filled arresters with high durability and high stability of the dynamic breakdown voltage.

Claims

A gas-filled arrester containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup with a flanging and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is fixed on the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator connected by another base flanged housing, characterized in that the interelectrode distance S and the length h of the generatrix of the insulator are selected according to the condition

U _pb.din. ≈U _sc. ,

where U _pb.din. = F (p, s) is the dynamic breakdown voltage;

U _St. = F (p, h) is the voltage of the sliding breakdown along the inner surface of the insulator;

p is the pressure of the filling gas.