RU191214U1

RU191214U1 - TWO-ELECTRODE GAS-FILLED DISCHARGE

Info

Publication number: RU191214U1
Application number: RU2019111759U
Authority: RU
Inventors: Оксана Григорьевна Ильина; Рустам Халимович Якубов; Татьяна Ивановна Козловская
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-07-30

Abstract

Двухэлектродный газонаполненный разрядник предназначен для коммутации импульсов тока микросекундной длительности.Разрядник включает в себя анод, катод, плотно зажатый между ними диэлектрик с нанесенной на его поверхность тонкой металлической пленкой. Анод, катод и диэлектрик располагаются в полом цилиндрическом стакане, выполненном из электроизоляционного материала - алюмооксидной керамики, который сверху герметизируется со штенгелем посредством электронно-лучевой сварки.Создание плотного контакта между диэлектриком и катодом, реализованное путем нанесения в вакууме металлической пленки толщиной от 3 мкм до 6 мкм на поверхность диэлектрика, обеспечивает отсутствие микрозазора и образование тройных точек на внешней границе контакта диэлектрика и напыленной металлической пленкой - отсутствие заглубления тройных точек относительно области разряда, что в процессе работы приводит к стабилизации импульсного напряжения пробоя разрядника. 1 ил.A two-electrode gas-filled spark gap is intended for switching current pulses of microsecond duration. The spark gap includes an anode, a cathode, a dielectric tightly sandwiched between them with a thin metal film deposited on its surface. The anode, cathode and dielectric are located in a hollow cylindrical glass made of an insulating material - alumina ceramics, which is sealed from above with a plug using electron beam welding. Creating a tight contact between the dielectric and the cathode, realized by applying a metal film in vacuum from 3 μm to 6 microns on the surface of the dielectric, ensures the absence of a micro-gap and the formation of triple points at the outer boundary of the contact between the dielectric and the sprayed metal film - the absence of deepening of triple points relative to the region of the discharge, which during operation leads to stabilization of the pulse voltage of the breakdown of the spark gap. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области газоразрядной техники и может быть использована при создании газоразрядных приборов, в частности искровых газонаполненных разрядников, предназначенных для коммутации импульсов тока микросекундной длительности.The invention relates to the field of gas-discharge equipment and can be used to create gas-discharge devices, in particular spark gas-filled arresters, designed for switching current pulses of microsecond duration.

Известен газонаполненный разрядник, содержащий цилиндрический корпус с держателями электродов и наполненный смесью рабочего газа. В рабочий газ введена добавка радиоактивного изотопа водорода - трития, обеспечивающая стабилизацию первого пробоя прибора. Патент РФ №2234780, МПК Н01Т 1/20, H01J 17/20, 20.08.2004.Known gas-filled spark gap containing a cylindrical body with electrode holders and filled with a mixture of working gas. An additive of the radioactive isotope of hydrogen, tritium, is introduced into the working gas, which ensures stabilization of the first breakdown of the device. RF patent No. 2234780, IPC Н01Т 1/20, H01J 17/20, 08/20/2004.

Недостатком данного разрядника является использование радиоактивного изотопа водорода - трития в газовом наполнении, применение которого требует соблюдения комплекса дорогостоящих мер для обеспечения безопасности производственного процесса.The disadvantage of this spark gap is the use of a radioactive isotope of hydrogen - tritium in gas filling, the use of which requires compliance with a set of costly measures to ensure the safety of the production process.

Известен газонаполненный разрядник, у которого между электродами - анодом и катодом - зажат диэлектрик. При подаче импульса напряжения на анод под действием возрастающего электрического поля вдоль поверхности диэлектрика формируется разряд. В момент, когда напряжение на электродах достигает определенной величины, происходит пробой и замыкание межэлектродного промежутка. Напряжение, при котором происходит пробой, называется импульсным напряжением пробоя разрядника. Ильина О.Г., Козловская Т.И. Исследование напряжений пробоя по поверхности слюды в микронных газовых промежутках. - Вопросы атомной науки и техники, Серия: Ядерное приборостроение. Выпуск 2 (25), 2008. - С. 63. Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Недостатками прототипа является то, что поверхности диэлектрика и катода не являются идеально гладкими и поэтому соприкасаются друг с другом лишь микровыступами, образуя так называемые тройные точки контакта «металл - диэлектрик - газ», которые заглублены относительно зоны развития разряда, что приводит к появлению микрозазоров между катодом и диэлектриком. Данное обстоятельство может приводить к тому, что распространение электронов вдоль поверхности диэлектрика в направлении анода будет происходить в область более слабых полей с уменьшением количества актов ионизации, что может привести к нестабильности импульсного напряжения пробоя разрядника.A gas-filled spark gap is known in which a dielectric is clamped between the electrodes — the anode and cathode. When a voltage pulse is applied to the anode under the influence of an increasing electric field, a discharge is formed along the surface of the dielectric. At the moment when the voltage at the electrodes reaches a certain value, breakdown and closure of the interelectrode gap occurs. The voltage at which the breakdown occurs is called the pulse voltage of the arrester breakdown. Ilyina O.G., Kozlovskaya T.I. The study of breakdown stresses on the surface of mica in micron gas spaces. - Questions of atomic science and technology, Series: Nuclear instrument engineering. Issue 2 (25), 2008. - P. 63. This technical solution was adopted as a prototype. The disadvantages of the prototype is that the surface of the dielectric and the cathode are not perfectly smooth and therefore come into contact with each other only by microprotrusions, forming the so-called triple contact points "metal - dielectric - gas", which are deepened relative to the discharge development zone, which leads to the appearance of microgaps between cathode and dielectric. This circumstance can lead to the fact that the propagation of electrons along the surface of the dielectric in the direction of the anode will occur in the region of weaker fields with a decrease in the number of ionization events, which can lead to instability of the pulse voltage of the breakdown of the spark gap.

Данная полезная модель устраняет недостатки прототипа.This utility model eliminates the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом полезной модели является стабилизация импульсного напряжения пробоя разрядника.The technical result of the utility model is the stabilization of the impulse breakdown voltage of a spark gap.

Технический результат достигается тем, что обеспечивается плотный контакт между диэлектриком и катодом и тем самым предотвращается заглубление тройных точек и образование микрозазоров. Создание плотного контакта между диэлектриком и катодом реализуется путем нанесения металлической пленки толщиной от 3 до 6 мкм на поверхность диэлектрика, которая в данном случае является продолжением катода. При этом будет обеспечено образование тройных точек на внешней границе контакта диэлектрика и напыленной металлической пленки и отсутствие микрозазоров, что в процессе работы приведет к стабилизации импульсного напряжения пробоя разрядника. В качестве материала для создания металлической пленки можно использовать, например, алюминий.The technical result is achieved by ensuring tight contact between the dielectric and the cathode and thereby preventing the deepening of triple points and the formation of microgaps. The creation of a tight contact between the dielectric and the cathode is realized by applying a metal film with a thickness of 3 to 6 μm on the surface of the dielectric, which in this case is a continuation of the cathode. In this case, the formation of triple points on the outer contact boundary of the dielectric and the deposited metal film and the absence of microgaps will be ensured, which during operation will lead to stabilization of the impulse breakdown voltage of the spark gap. As a material for creating a metal film, for example, aluminum can be used.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично представлен разрядник. Разрядник состоит из катода 1, анода 2, плотно зажатого между ними диэлектрика 3 с нанесенной на его поверхность тонкой металлической пленкой 4. Катод 1, анод 2 и диэлектрик 3 располагаются в полом цилиндрическом стакане 5, выполненном из электроизоляционного материала - алюмооксидной керамики, который сверху герметично соединяется со штенгелем 6 посредством электронно-лучевой сварки.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where the arrester is schematically represented. The arrester consists of a cathode 1, anode 2, a dielectric 3 tightly sandwiched between them and a thin metal film 4 deposited on its surface. The cathode 1, anode 2, and dielectric 3 are located in a hollow cylindrical glass 5 made of an insulating material - alumina ceramic, which is on top hermetically connected to the plug 6 by electron beam welding.

Двухэлектродный газонаполненный разрядник работает следующим образом. На анод подается импульс напряжения положительной полярности, создающий в межэлектродном промежутке нарастающее электрическое поле; свободные электроны, эмитируемые с катода, под воздействием поля набирают энергию и ионизуют атомы газа; создается проводящая среда в межэлектродном промежутке и осуществляется коммутация разрядника. Локальное повышение напряженности электрического поля в зоне тройной точки, на границе плотного контакта «металл - диэлектрик - газ», приводит к увеличению количества эмитируемых электронов и скорости роста плотности ионизации в газе, что стабилизирует газоразрядные процессы. Отсутствие заглубления относительно области разряда тройных точек и увеличение их концентрации в межэлектродном промежутке в свою очередь приводит к стабилизации импульсного напряжения пробоя разрядника.Two-electrode gas-filled spark gap operates as follows. A positive voltage pulse is applied to the anode, which creates an increasing electric field in the interelectrode gap; free electrons emitted from the cathode, under the influence of a field, gain energy and ionize gas atoms; a conducting medium is created in the interelectrode gap and the spark gap is switched. A local increase in the electric field in the zone of the triple point, at the boundary of the tight metal-insulator-gas contact, leads to an increase in the number of emitted electrons and the growth rate of the ionization density in the gas, which stabilizes gas-discharge processes. The absence of deepening relative to the region of the discharge of triple points and an increase in their concentration in the interelectrode gap in turn leads to stabilization of the pulse voltage of the breakdown of the spark gap.

Claims

A two-electrode gas-filled spark gap, including an anode, cathode and dielectric, located in a hollow cylindrical glass made of an insulating material, the glass is sealed with a plug on top, characterized in that a metal film with a thickness of 3 μm to 6 μm is applied to the dielectric from the cathode.