RU210127U1 - Компактный вакуумный искровой разрядник - Google Patents
Компактный вакуумный искровой разрядник Download PDFInfo
- Publication number
- RU210127U1 RU210127U1 RU2021135028U RU2021135028U RU210127U1 RU 210127 U1 RU210127 U1 RU 210127U1 RU 2021135028 U RU2021135028 U RU 2021135028U RU 2021135028 U RU2021135028 U RU 2021135028U RU 210127 U1 RU210127 U1 RU 210127U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- dielectric
- spark gap
- anode
- electrode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T1/00—Details of spark gaps
- H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике и сильноточной электронике, представляет собой компактный вакуумный искровой разрядник и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем. Разрядник состоит из коаксиальной электродной системы, заключенной внутри откачанной герметичной диэлектрической оболочки. Электродная система содержит следующие элементы: катод и поджигающий электрод, разделенные плотно зажатой заподлицо с ними диэлектрической прокладкой и диэлектрической шайбой с напыленным тонким слоем электропроводящего вещества - графита, который является продолжением катода. Наличие тонкопленочного продолжения катода, изготовленного из проводника с достаточно высоким удельным сопротивлением, создает условия для удаления катодного пятна от границы раздела диэлектрической шайбы и катода с целью уменьшить разрушение системы поджига под воздействием катодного пятна на стадии дугового разряда между катодом и анодом. Техническим результатом является увеличение ресурса и стабильности функционирования вакуумного искрового разрядника. 3 ил.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к силовой коммутирующей аппаратуре, и может быть использована для коммутации электрических цепей.
Известен тригатронный разрядник (фиг.1), состоящий из корпуса 1, образующего разрядную камеру, внутри которой установлены два основных электрода - анодный 2 и катодный 3. Катодный электрод выполнен с центральным отверстием, в котором размещены втулка 4 из диэлектрика и пусковой электрод 5, выполненный в виде стержней, на торце которого установлена дисковая токопроводящая накладка 6, контактирующая с торцевой поверхностью втулки и закрывающая внутреннюю кромку этой втулки. Разрядная камера изготавливается из диэлектрического материала и может быть вакуумирована. Авторское свидетельство СССР №1364192, МПК Н01Т 2/02, 09.02.1995.
Существенным недостатком указанной модели является невозможность обеспечить высокую степень симметричности и отсутствие зазоров для сборки узла «дисковая проводящая накладка - диэлектрическая втулка - катод» при ширине промежутка между проводящей накладкой и катодом по плоской поверхности диэлектрической втулки, обращенной к аноду, порядка 0,1 мм, что необходимо для достижения компактности всего устройства. Приведенные обстоятельства приведут к привязке инициирующего и основного разрядов к выделенному участку системы поджига, ускоренной эрозии этого участка, снижению стабильности срабатывания и сокращению ресурса системы поджига.
Известен управляемый вакуумный разрядник (фиг.2), содержащий коаксиальную электродную систему в герметичной диэлектрической оболочке 7: анод 8, выполненный в виде полого стакана; катод 9; уплотняющая металлическая прокладка 10; диэлектрическая прокладка 11; поджигающий электрод 12. Катод с уплотняющей металлической прокладкой, поджигающий электрод и плотно сжатая между ними диэлектрическая прокладка образуют систему поджига. Патент Российской Федерации №143137, МПК Н01Т 2/02, 20.07.2014. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является привязка области образования катодного пятна к границе между уплотняющими металлической и диэлектрической прокладками и отсутствие- в силу сохранения пространственной структуры электрического поля при смещении вдоль оси симметрии - причин, по которым происходило бы удаление катодного пятна от указанной границы на стадии дугового разряда между катодом и анодом. Данное обстоятельство вызывает дополнительное разрушение системы поджига и уменьшает ресурс разрядника, т.к. температура вещества в катодном пятне составляет порядка 20-40 тысяч градусов Кельвина [1] и превышает температуру испарения любого конструкционного материала [2].
Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности работы и увеличении ресурса прибора.
Технический результат достигается тем, что герметичная откачанная диэлектрическая оболочка содержит коаксиальную электродную систему, включающую катод и поджигающий электрод, разделенные плотно зажатой заподлицо с ними цилиндрической диэлектрической прокладкой, а также анод в виде стакана, охватывающего катод, диэлектрическую прокладку и поджигающий электрод, при этом между диэлектрической прокладкой и катодом соосно и заподлицо с ними размещается диэлектрическая шайба с напыленным тонким слоем электропроводящего вещества - графита, который является продолжением катода.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.3), где:
7 - герметичная диэлектрическая оболочка;
8 - анод;
9 - катод;
11 - диэлектрическая прокладка;
12- поджигающий электрод;
13 - диэлектрическая шайба. Управляемый вакуумный искровой разрядник с тонкопленочной графитовой системой поджига состоит из коаксиальной электродной системы, заключенной внутри откачанной герметичной диэлектрической оболочки 7. Электродная система содержит анод 8 и катод 9, диэлектрическую шайбу 13 с напыленным тонким слоем электропроводящего вещества - графита, диэлектрическую прокладку 11, поджигающий электрод 12. Катод и анод имеют вид коаксиальных фигур вращения, разделенных вакуумным промежутком, и изготовлены из металла, обладающего высокой проводимостью, например алюминия. Диэлектрическая прокладка и диэлектрическая шайба плотно зажаты между катодом и поджигающим электродом. Толщина диэлектрической прокладки 11 составляет порядка 0,1 мм, что позволяет снизить напряжение пробоя между катодом и поджигающим электродом до нескольких киловольт и тем самым обеспечить компактность разрядника в целом. Толщина диэлектрической шайбы 13 составляет порядка 1 мм. На плоские и внешнюю цилиндрическую поверхности шайбы 13 нанесен, например, путем напыления, тонкий - толщиной порядка нескольких микрометров - слой графита. Наличие диэлектрической шайбы позволяет обеспечить пробой по внешней цилиндрической поверхности диэлектрической шайбы и избежать пробоя по внутренней поверхности за счет значительно большего расстояния в этом случае вдоль диэлектрической поверхности между катодом и поджигающим электродом.
Разрядник работает следующим образом. При подаче на поджигающий электрод импульса положительной относительно катода полярности амплитудой в несколько киловольт на границе раздела трех сред «вакуум -диэлектрик- проводник (графит)», т.е. в области максимальной напряженности электрического поля [3], возникают условия для образования катодного пятна, и развивается искровой разряд по внешней цилиндрической поверхности диэлектрической прокладки. Поверхность прокладки, по которой развивается разряд, и катодное пятно являются источником проводящей среды - плазмы, распространяющейся под действием электрического поля, приложенного между катодом и анодом, в направлении анода. Замыкание промежутка «катод - анод» плазмой приводит к переходу разряда в стадию дуги. Происходит срабатывание разрядника. В диапазоне частот коммутируемого импульса тока ω << 109 с-1, т.е. в условиях отсутствия заметного эффекта скинирования тока, электросопротивление массивной части катода окажется много меньше, чем сопротивление графитовой пленки на поверхности диэлектрической шайбы (ρAl = 2,5⋅10-8 Ом⋅м << ρTi = 42⋅10-8 Ом⋅м [4]). Одновременно сопротивление графитовой пленки окажется заметно больше, чем сопротивление плазмы, которая замкнет промежуток «катод - анод». Например, при протяженности графитовой пленки (толщине диэлектрической шайбы) L = 3 мм, диаметре диэлектрической шайбы D = 5 мм, толщине пленки графита δ = 3 мкм и удельном сопротивлении графита ρгр = 8⋅10-6 Ом⋅м [5] получим Т.к. плазма катодного факела распространяется в окружающее пространство примерно изотропно [6, 7], то в качестве оценки протяженности и площади поперечного сечения соответствующего проводника примем Lпл = 1 мм и S = 4 мм2. Удельное сопротивление плазмы оценим по формуле - так называемый кулоновский логарифм. Если принять температуру плазмы катодного факела Те ≈ 5 эВ, что характерно для дуговой стадии [9], то получим в качестве оценки сопротивления плазмы, закорачивающей промежуток «катод - анод» На стадии искры температура выше, порядка 30 эВ [10], соответственно, оценка сопротивления плазмы даст величину порядка 10"3 Ом. Таким образом, на стадии перехода к дуговой стадии разряда в промежутке «катод - анод» создаются условия для протекания основной части тока по плазме между анодом и массивной частью катода, минуя тонкопленочную часть катода (графитовая пленка на поверхности диэлектрической шайбы). Следовательно, область возникновения катодных пятен переместится от границы «вакуум - диэлектрик - проводник (графит)» на поверхность массивной части катода. Тем самым будет предотвращено при дальнейшем протекании разряда непосредственное разрушающее воздействие области катодного пятна на систему поджига разрядника.
Следовательно, предлагаемая конструкция разрядника обеспечивает условия формирования катодных пятен в удаленной от системы поджига зоне на стадии перехода к дуговому разряду в основном разрядном промежутке, что, в свою очередь, приводит к снижению тепловой нагрузки на систему поджига в процессе горения дугового разряда в промежутке «катод - анод» и уменьшению ее эрозии при каждом срабатывании разрядника. Тем самым будет повышаться ресурс прибора и стабильность его работы.
Используемая литература
1. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000. - С.290.
2. Физические величины: Справочник. /А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.С. Мелихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 288-314.
3. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000. - С.59-62.
4. Физические величины: Справочник. /А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.С. Мелихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 438.
5. Таблицы физических величин. Справочник. /Под ред. акад. И. К. Кикоина. - М.: Атомиздат, 1976. - С. 305.
6. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000.-С.194-195.
7. Месяц Г.А. Взрывная электронная эмиссия. - М.: Издательство физико-математической литературы, 2011. - С.256.
8. Райзер Б.П. Физика газового разряда. Учебн. руководство для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат.лит.1992. - С.44.
9. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000.-С.381.
10. Месяц Г.А. Взрывная электронная эмиссия. - М.: Издательство физико-математической литературы, 2011. - С.110, 168, 256.
Claims (1)
- Компактный вакуумный искровой разрядник, герметичная откачанная диэлектрическая оболочка которого содержит коаксиальную электродную систему, включающую катод и поджигающий электрод, разделенные плотно зажатой заподлицо с ними цилиндрической диэлектрической прокладкой, а также анод в виде стакана, охватывающего катод, диэлектрическую прокладку и поджигающий электрод, отличающийся тем, что между диэлектрической прокладкой и катодом соосно и заподлицо с ними размещается диэлектрическая шайба с напыленным тонким слоем электропроводящего вещества, который является продолжением катода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021135028U RU210127U1 (ru) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Компактный вакуумный искровой разрядник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021135028U RU210127U1 (ru) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Компактный вакуумный искровой разрядник |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU210127U1 true RU210127U1 (ru) | 2022-03-29 |
Family
ID=81076451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021135028U RU210127U1 (ru) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Компактный вакуумный искровой разрядник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU210127U1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1364192A1 (ru) * | 1985-10-28 | 1995-02-09 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Тригатронный разрядник |
EP1542323A2 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-15 | Dehn + Söhne Gmbh + Co Kg | Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden |
US20070058319A1 (en) * | 2003-06-02 | 2007-03-15 | Ithpp | Spark-gap device, particularly high-voltage spark-gap device |
RU143137U1 (ru) * | 2014-03-04 | 2014-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Управляемый вакуумный разрядник |
RU161492U1 (ru) * | 2015-12-07 | 2016-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Управляемый вакуумный разрядник |
-
2021
- 2021-11-29 RU RU2021135028U patent/RU210127U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1364192A1 (ru) * | 1985-10-28 | 1995-02-09 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Тригатронный разрядник |
US20070058319A1 (en) * | 2003-06-02 | 2007-03-15 | Ithpp | Spark-gap device, particularly high-voltage spark-gap device |
EP1542323A2 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-15 | Dehn + Söhne Gmbh + Co Kg | Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden |
RU143137U1 (ru) * | 2014-03-04 | 2014-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Управляемый вакуумный разрядник |
RU161492U1 (ru) * | 2015-12-07 | 2016-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Управляемый вакуумный разрядник |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3087092A (en) | Gas generating switching tube | |
US4287548A (en) | Surge voltage arrester with reduced minimum operating surge voltage | |
US3702952A (en) | Gas tube surge protective device and method for making the device | |
US2228157A (en) | Construction of gas-or vapor-filled discharge vessels | |
Miller | Improving the voltage holdoff performance of alumina insulators in vacuum through quasimetallizing | |
US3679474A (en) | Periodic electrode structure for vacuum gap devices | |
RU210127U1 (ru) | Компактный вакуумный искровой разрядник | |
RU161492U1 (ru) | Управляемый вакуумный разрядник | |
US3663855A (en) | Cold cathode vacuum discharge tube with cathode discharge face parallel with anode | |
RU2302053C1 (ru) | Управляемый разрядник | |
US2959704A (en) | Overvoltage protective device | |
US3374389A (en) | Sole electrode of the crossed-field type of electron discharge device having a coating of refractory material thereon | |
CA1095976A (en) | Gas-discharge surge-arrester with concentric electrodes | |
US2419903A (en) | Electrode construction for highfrequency electronic devices | |
RU2683962C1 (ru) | Отпаянная камера для генератора высокочастотных импульсов на основе разряда с полым катодом | |
US4672259A (en) | Power spark gap assembly for high current conduction with improved sparkover level control | |
RU2719630C1 (ru) | Коммутирующее устройство | |
RU196930U1 (ru) | Малогабаритный двухсекционный управляемый вакуумный разрядник | |
RU210126U1 (ru) | Управляемый вакуумный искровой разрядник с плёночными электродами | |
GB1594897A (en) | Vacuum gap device | |
RU219857U1 (ru) | Поджигающая система импульсного разрядника | |
US20070297479A1 (en) | Triggered spark gap | |
US2914695A (en) | Devices for regulating electrical discharges | |
RU177485U1 (ru) | Управляемый вакуумный разрядник | |
Abhishek et al. | Analysis of Dynamic Impedance for Different Phases of Pseudospark-Driven Electron Beam |