RU2096855C1

RU2096855C1 - Gas-discharge arrester

Info

Publication number: RU2096855C1
Application number: RU96107081A
Authority: RU
Inventors: Э.А. Авилов; А.А. Буклей; А.Л. Юрьев
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "ФЛЭШ ЭЛЕКТРОНИКС"
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: arrester has casing, formed by metal cylindrical body and insulator in the shape of hollow truncated cone, and two electrodes. Electrode positioned on internal surface of one of body faces has working surface diameter at least one and a half times as large as working surface diameter of electrode located on conical insulator. EFFECT: more effective construction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники, а именно к газоразрядной технике, и может быть использовано в устройствах формирования и коммутации импульсов тока и напряжения наносекундной длительности. The invention relates to the field of high-voltage pulse technology, namely, gas discharge technology, and can be used in devices for the formation and switching of current pulses and voltage of nanosecond duration.

Известен газонаполненный разрядник [1] содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса и изолятора, выполненного в виде усеченного конуса. Один из электродов разрядника закреплен на корпусе, а другой на меньшем основании конического изолятора. Электроды выполнены с плоскопараллельными рабочими поверхностями одинакового диаметра. Герметичный объем, ограниченный оболочкой откачивается и заполняется газом через штенгель, расположенный на том торце корпуса, где расположен один из электродов. Known gas-filled spark gap [1] containing a shell consisting of a metal housing and an insulator made in the form of a truncated cone. One of the spark gap electrodes is fixed to the housing, and the other to the smaller base of the conical insulator. The electrodes are made with plane-parallel working surfaces of the same diameter. The sealed volume limited by the shell is pumped out and filled with gas through a plug located at that end of the housing where one of the electrodes is located.

Недостатком аналога является ограниченный ресурс работы, вызванный нестабильностью параметров разрядника. Это обусловлено пробоями между электродом, расположенным на коническом изоляторе и корпусом. При этом происходит загрязнение герметичной оболочки и изолятора, что ведет, в частности, к снижению электрической прочности изолятора и увеличению времени срабатывания, т.е. к нестабильности параметров разрядника. The disadvantage of the analogue is the limited service life caused by the instability of the arrester parameters. This is due to breakdowns between the electrode located on the conical insulator and the housing. In this case, the sealed enclosure and the insulator become contaminated, which leads, in particular, to a decrease in the dielectric strength and an increase in the response time, i.e. instability of the arrester parameters.

Наиболее близким к заявляемому является газонаполненный разрядник [2] содержащий оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, а другой на меньшем основании конического изолятора, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса. Вывод электрода, расположенного на коническом изоляторе, проходит внутри изолятора и выполнен в виде усеченного конуса. Размеры изолятора, корпуса и электрического вывода выполнены в соответствии с определенным соотношением. Электроды выполнены с плоскопараллельными рабочими поверхностями одинакового диаметра. Closest to the claimed is a gas-filled spark gap [2] containing a shell formed by a metal cylindrical body and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is located on the inner surface of one of the ends of the housing, and the other on the smaller base of the conical insulator, a larger base which is fixed from the other end of the housing. The output of the electrode located on the conical insulator passes inside the insulator and is made in the form of a truncated cone. The dimensions of the insulator, the housing and the electrical outlet are made in accordance with a certain ratio. The electrodes are made with plane-parallel working surfaces of the same diameter.

Недостатком прототипа, также как и аналога, является ограниченный ресурс работы из-за нестабильности параметров разрядника таких, как амплитуда пробивного напряжения и время срабатывания. В разряднике с одинаковыми по диаметру электродами имеет большое значение соответствие межэлектродному зазору. Требуются технологические и конструктивные решения для устранения воздействия разряда на корпус и полый конический изолятор. The disadvantage of the prototype, as well as the analogue, is the limited service life due to the instability of the parameters of the arrester such as the amplitude of the breakdown voltage and the response time. In a spark gap with electrodes of the same diameter, correspondence between the electrode gap is of great importance. Technological and constructive solutions are required to eliminate the effects of discharge on the housing and the hollow conical insulator.

Предлагаемое изобретение позволяет решить поставленную задачу. Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является увеличение ресурса работы газонаполненного разрядника за счет стабилизации его параметров. The present invention allows to solve the problem. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the service life of a gas-filled spark gap due to the stabilization of its parameters.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным газонаполненным разрядником, содержащим оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, а другой на меньшем основании конического изолятора, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса, новым является то, что электрод, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса выполнен с диаметром рабочей поверхности D₁ по меньшей мере в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности D₂ электрода, расположенного на коническом изоляторе.The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known gas-filled spark gap containing a shell formed by a metal cylindrical body and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is located on the inner surface of one of the ends of the housing, and the other on the smaller base of the conical of the insulator, the larger base of which is fixed from the other end of the housing, it is new that the electrode located on the inner surface of one of the ends of the housing nen with a diameter of the working surface D ₁ at least 1.5 times larger than the diameter of the working surface D _{2 of the} electrode located on the conical insulator.

Выполнение одного из электродов большего диаметра устраняет технологические трудности, связанные в прототипе с соотношением межэлектродного зазора и высотой электродов. Электрод большего диаметра перекрывает пути пробоя на корпус, при возникновении которого происходило бы значительное загрязнение внутреннего объема герметичной оболочки разрядника и поверхности конического изолятора. Если это происходит, как в прототипе, то разряд идет по поверхности изолятора, при этом снижается стабильность работы разрядника, увеличивается время срабатывания. Кроме того, разряды, проходящие по загрязненной поверхности изолятора могут вызвать его сквозной пробой и нарушение герметичности. В заявляемом решении обеспечивается разряд только между рабочими поверхностями электродов, выполненных из тугоплавкого материала и не происходит загрязнения объема оболочки при пробое на корпус, который выполнен из нетугоплавкого материала. Этим обеспечивается заданный ресурс. С увеличением диаметра электрода по крайней мере в 1,5 раза обеспечивается стабильный межэлектродный разряд. При меньшем диаметре пробой может захватить края электрода и даже корпус. В различных вариантах исполнения диаметр большего электрода может быть равен внутреннему диаметру корпуса. The implementation of one of the electrodes of larger diameter eliminates the technological difficulties associated in the prototype with the ratio of the interelectrode gap and the height of the electrodes. A larger diameter electrode blocks the breakdown paths to the housing, which would cause significant contamination of the internal volume of the sealed enclosure of the arrester and the surface of the conical insulator. If this happens, as in the prototype, then the discharge goes along the surface of the insulator, while the stability of the spark gap decreases, and the response time increases. In addition, discharges passing along the contaminated surface of the insulator can cause its through breakdown and leakage. In the claimed solution, a discharge is provided only between the working surfaces of the electrodes made of refractory material and there is no pollution of the shell volume during breakdown on the housing, which is made of non-refractory material. This provides a given resource. With an increase in the diameter of the electrode by at least 1.5 times, a stable interelectrode discharge is provided. With a smaller diameter, a breakdown can capture the edges of the electrode and even the body. In various embodiments, the diameter of the larger electrode may be equal to the inner diameter of the housing.

На чертеже изображен заявляемый разрядник. The drawing shows the inventive spark gap.

Газонаполненный разрядник содержит оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом 1 и изолятором 2. Изолятор 2 выполнен в виде полого усеченного конуса. Разрядник также содержит два электрода 3 и 4, один из которых 3 расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса 1. Другой электрод 4 расположен на меньшем основании конического изолятора 2, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса 1. Электрод 3, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса выполнен с диаметром рабочей поверхности D₁ по меньшей мере в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности D₂ электрода 4, расположенного на коническом изоляторе 2.The gas-filled spark gap contains a shell formed by a metal cylindrical body 1 and an insulator 2. The insulator 2 is made in the form of a hollow truncated cone. The arrester also contains two electrodes 3 and 4, one of which 3 is located on the inner surface of one of the ends of the housing 1. The other electrode 4 is located on the smaller base of the conical insulator 2, the larger base of which is fixed from the other end of the housing 1. The electrode 3, located on the inner the surface of one of the ends of the housing is made with a diameter of the working surface D ₁ at least 1.5 times larger than the diameter of the working surface D _{2 of the} electrode 4 located on the conical insulator 2.

Кроме того, разрядник содержит электрический ввод 5, проходящий внутри полого конического изолятора 2, штенгель 6 и канал 7, через которые производится откачка и наполнение герметичной оболочки разрядника газом. In addition, the arrester contains an electrical input 5 passing inside the hollow conical insulator 2, a plug 6 and a channel 7, through which pumping and filling the sealed enclosure of the arrester with gas is performed.

Между электродами 3 и 4 прикладывается импульсное напряжение. Когда величина прикладываемого напряжения достигает пробивного значения, происходит закорачивание межэлектродного промежутка и подключение разрядного контура к нагрузке. A pulse voltage is applied between the electrodes 3 and 4. When the applied voltage reaches the breakdown value, the interelectrode gap is shorted and the discharge circuit is connected to the load.

В заявляемом газонаполненном разряднике электроды выполнены из тугоплавкого материала, в частности из сплава. На основе вольфрама с температурой плавления в 2 раза выше, чем у стали, из которой выполнен корпус. Для разрядника на импульсное напряжение 200-250 кВ диаметр рабочей поверхности электрода, расположенного на торце конического изолятора, равнялся D₂=11 мм, а диаметр электрода, расположенного на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, D₁=18 мм. Оболочка, образованная корпусом и коническим изолятором, предварительно через штенгель до давления 0,1 мм рт.ст. заполняется азотом или водородом до давления, необходимого для обеспечения рабочего напряжения 200-250 кВ. Изолятор изготовлен из вакуум-плотной керамики типа ВК94-1. Выполнение электродов с различными диаметрами обеспечивает стабильную работу разрядника только между тугоплавкими рабочими поверхностями электродов, исключая попадание разрядов на нетугоплавкий корпус. Для того чтобы не было пробоев по внешней поверхности изолятора, т.е. с противоположной стороны, не находящейся в газонаполненной оболочке, разрядник при работе помещается в жидкий диэлектрик, т.е. трансформаторное масло и т.п.In the inventive gas-filled spark gap, the electrodes are made of refractory material, in particular alloy. Based on tungsten with a melting point 2 times higher than that of steel from which the body is made. For a surge arrester with a pulse voltage of 200-250 kV, the diameter of the working surface of the electrode located at the end of the conical insulator was D ₂ = 11 mm, and the diameter of the electrode located on the inner surface of one of the ends of the casing, D ₁ = 18 mm. The shell formed by the housing and the conical insulator, previously through a plug to a pressure of 0.1 mm Hg it is filled with nitrogen or hydrogen to the pressure necessary to ensure an operating voltage of 200-250 kV. The insulator is made of vacuum-tight ceramics type VK94-1. The implementation of electrodes with different diameters ensures stable operation of the spark gap only between the refractory working surfaces of the electrodes, excluding the discharge of discharges on a non-refractory housing. In order to avoid breakdowns on the outer surface of the insulator, i.e. on the opposite side, which is not in the gas-filled shell, the spark gap during operation is placed in a liquid dielectric, i.e. transformer oil, etc.

Сравнительные испытания промышленного варианта разрядника по прототипу на напряжение 200 кВ с электродами одинакового диаметра и заявляемого разрядника на такое же напряжение с электродами разного диаметра в одинаковых режимах (при энергозапасе в разрядном контуре 5 Дж и амплитуде разрядного тока до 3 кА) показали, что ресурс заявляемого разрядника в 1,7 раза больше, чем у прототипа при отсутствии пробоев по поверхности изолятора, т.е. 0,8•10⁶ включений для прототипа и соответственно 1,4•10⁶ для заявляемого разрядника.Comparative tests of the industrial version of the arrester according to the prototype for a voltage of 200 kV with electrodes of the same diameter and the claimed arrester for the same voltage with electrodes of different diameters in the same modes (with an energy reserve in the discharge circuit of 5 J and the amplitude of the discharge current up to 3 kA) showed that the resource of the claimed the arrester is 1.7 times larger than that of the prototype in the absence of breakdowns on the surface of the insulator, i.e. 0.8 • 10 ⁶ inclusions for the prototype and, accordingly, 1.4 • 10 ⁶ for the claimed arrester.

Таким образом, заявляемый газонаполненный разрядник обладает увеличенным более чем в 1,7 раза ресурсом по сравнению с прототипом. Thus, the inventive gas-filled spark gap has an increased resource of more than 1.7 times in comparison with the prototype.

Claims

A gas-filled arrester containing a shell formed by a metal cylindrical body and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is located on the inner surface of one of the ends of the case, and the other on the smaller base of the conical insulator, the larger base of which is fixed from the other end of the case, characterized in that the electrode located on the inner surface of one of the ends of the housing is made with a diameter of the working surface of at least 1.5 times larger than the diameter the working surface of the electrode disposed on the conical insulator.