RU2302053C1

RU2302053C1 - Controllable spark-gap

Info

Publication number: RU2302053C1
Application number: RU2006100856/09A
Authority: RU
Inventors: Хорис Борисович Толипов (RU); Хорис Борисович Толипов; Дмитрий Георгиевич Клещев (RU); Дмитрий Георгиевич Клещев
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-06-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: proposed spark-gap that can be used for handling heavy currents, switching storage capacitors in communication device protective circuits, and in telemechanics has wedge-shaped cathode that mounts piezoelectric sensors. Cathode can be made of spherical shape with piezoelectric sensors installed on its generating line. Piezoelectric sensors can be mounted in opposition within insulating case.

EFFECT: enlarged functional capabilities.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для коммутации больших токов, в частности к управляемым разрядникам, и может быть использовано в качестве коммутаторов емкостных накопителей энергии, а также в экспериментальной физике при создании импульсных источников света, в схемах защиты устройств связи и телемеханики от опасных напряжений и в качестве защитных разрядников в энергетике.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for switching high currents, in particular to controlled arresters, and can be used as commutators of capacitive energy stores, as well as in experimental physics when creating pulsed light sources, in protection circuits of communication devices and telemechanics from dangerous voltages and as protective surge arresters in the energy sector.

Известен управляемый разрядник (а.с. №2084061), содержащий изоляционный корпус, соединенные с ним анод и катод с отверстием, в котором герметично установлен стержневой управляющий электрод, изолированный от катода изоляционной втулкой, по поверхности которой происходит инициированный разряд. Наличие управляющего электрода позволяет повысить стабильность запуска и уменьшить время коммутации. Недостатком известного устройства, принятого за аналог, является ионное запыление электродов, приводящее к их выходу из строя.Known controlled arrester (AS No. 2084061) containing an insulating casing, an anode and a cathode connected to it with a hole in which a rod control electrode is sealed, insulated from the cathode by an insulating sleeve, on the surface of which an initiated discharge occurs. The presence of a control electrode allows to increase the stability of the start and reduce the switching time. A disadvantage of the known device adopted for the analogue is the ionic dusting of the electrodes, leading to their failure.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному устройству является управляемый разрядник (а.с. СССР №1725305), содержащий установленные в герметичном изоляционном корпусе противостоящие анод и катод, в отверстие которого герметично установлен стержневой управляющий электрод, отделенный от катода изоляционной втулкой. Наличие управляющего электрода позволяет повысить стабильность запуска и уменьшить время коммутации.The closest in technical essence and the achieved result to this device is a controlled arrester (AS USSR No. 1725305) containing opposing anode and cathode installed in a sealed insulating casing, in the opening of which a rod control electrode sealed from the cathode by an insulating sleeve. The presence of a control electrode allows to increase the stability of the start and reduce the switching time.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является его низкий ресурс, обусловленный наличием только одного управляющего электрода.A disadvantage of the known device adopted for the prototype is its low resource due to the presence of only one control electrode.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении стабильности запуска и уменьшении времени коммутации с увеличением ресурса работы.The basis of the invention is a technical problem, which consists in increasing the stability of the launch and reducing the switching time with an increase in the resource of work.

Указанная задача решается тем, что в управляемом разряднике, содержащем изоляционный корпус, соединенные с ним анод и катод, согласно изобретению внутри камеры установлены пьезодатчики.This problem is solved in that in a controlled arrester containing an insulating casing, an anode and a cathode connected to it, according to the invention, piezosensors are installed inside the chamber.

Другими отличиями является то, что один из электродов разрядника выполнен клиновидной формы, а пьезодатчики могут быть установлены на клиновидном электроде. Пьезодатчики могут быть установлены на противоположных стенках камеры. Кроме того, один из электродов может быть выполнен сферической формы, а пьезодатчики могут быть установлены на образующей сферы.Other differences is that one of the spark gap electrodes is wedge-shaped, and piezoelectric sensors can be mounted on a wedge-shaped electrode. Piezosensors can be mounted on opposite walls of the chamber. In addition, one of the electrodes can be made spherical in shape, and piezoelectric sensors can be mounted on the generatrix of the sphere.

Разрядник работает следующим образом.The rated sportsman works as follows.

При приложении напряжения к электродам 2 и 3 разрядника в разрядном промежутке возникает сильное электрическое поле. Электроны с катода, попадая в межэлектродный промежуток, ускоряются в электрическом поле и ионизируют атомы газа, при этом вновь появляются свободные электроды, происходит быстрое образование электронных лавин и за короткое время формируется канал пробоя.When voltage is applied to the electrodes 2 and 3 of the arrester, a strong electric field arises in the discharge gap. The electrons from the cathode, falling into the interelectrode gap, are accelerated in the electric field and ionize the gas atoms, while free electrodes reappear, electronic avalanches form rapidly and a breakdown channel forms in a short time.

Особенность предлагаемого решения заключается в том, что дополнительное пропускание в разряднике по плоскости электрода поверхностных акустических волн позволяет получить более острую неровность на поверхности в форме полусинусоиды. Кроме того, величина этой неровности не подвержена механическому износу и не меняет свои характеристики во время эксплуатации. Это обеспечивает получение более высокой напряженности электрического поля вблизи неровности и повышение стабильности запуска с уменьшением времени коммутации. Более высокая напряженность электрического поля позволяет увеличить также площадь развиваемого разряда. Механическими способами получить острую неровность поверхности, которая не изменяла свои пространственные размеры во время длительной эксплуатации, не представляется возможным.A feature of the proposed solution lies in the fact that the additional transmission of surface acoustic waves in the spark gap along the electrode plane allows one to obtain a sharper roughness on the surface in the form of a half-sine wave. In addition, the magnitude of this unevenness is not subject to mechanical wear and does not change its characteristics during operation. This ensures a higher electric field strength near unevenness and increased startup stability with reduced switching time. Higher electric field strength also allows to increase the area of the developed discharge. By mechanical methods, it is not possible to obtain an acute roughness of the surface, which did not change its spatial dimensions during long-term operation.

Получение режима стоячей волны с противостоящими пьезодатчиками позволяет увеличить локально в межэлектродном пространстве давление в камере. При подаче управляющего импульса на пьезодатчик увеличивается давление в межэлектродном пространстве до значения, соответствующего пробивному, происходит быстрое увеличение числа электронных лавин и формирование искрового канала разряда. Получаемое давление в зазоре за счет стоячей волны носит неравномерный характер: максимальное значение достигается вдоль искрового канала. В результате этих процессов происходит интенсивное закорачивание межэлектродного зазора, что ведет к уменьшению времени коммутации, что существенно при использовании разрядников в наносекундной технике.Obtaining a standing wave mode with opposing piezoelectric sensors allows increasing the pressure in the chamber locally in the interelectrode space. When a control pulse is applied to the piezoelectric transducer, the pressure in the interelectrode space increases to a value corresponding to the breakdown one, a rapid increase in the number of electron avalanches and the formation of a spark discharge channel occur. The resulting pressure in the gap due to the standing wave is uneven: the maximum value is achieved along the spark channel. As a result of these processes, the interelectrode gap is intensively shortened, which leads to a decrease in switching time, which is essential when using arresters in nanosecond technology.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид управляемого разрядника с катодом клиновидной формы, на фиг.2 - разрядник с пьезодатчиком на электроде, на фиг.3 - разрядник с пьезодатчиками, установленными на корпусе и противостоящими друг против друга, на фиг.4 - разрядник с пьезодатчиками, установленными на электроде сферической формы.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a controllable spark gap with a wedge-shaped cathode, in Fig. 2 - a spark gap with a piezoelectric sensor on the electrode, in Fig. 3 - a spark gap with piezoelectric sensors mounted on the housing and opposing each other, 4 is an arrester with piezoelectric sensors mounted on a spherical electrode.

Разрядник содержит изоляционный корпус 1, соединенный с ним анод 2, катод 3 и пьезодатчики 4.The arrester contains an insulating housing 1, an anode 2 connected to it, a cathode 3 and piezoelectric sensors 4.

Разрядник работает следующим образом: между электродами 2 и 3 подается напряжение, граничный к напряжению пробоя. При подаче управляющего импульса напряжения на пьезодатчик 4 по плоскости катода распространяется поверхностная волна. На поверхности катода создается стоячая волна, с пучностью в центре электрода. Вследствие волнового возмущения поверхности катода возникает неровность в его центре, что ведет к ионизации пространства между катодом 2 и анодом 3, и инициируется разряд в межэлектродном пространстве.The arrester operates as follows: between electrodes 2 and 3 a voltage is applied that is boundary to the breakdown voltage. When a control voltage pulse is applied to the piezoelectric sensor 4, a surface wave propagates along the plane of the cathode. A standing wave is created on the cathode surface, with an antinode in the center of the electrode. Due to the wave perturbation of the cathode surface, a roughness occurs in its center, which leads to ionization of the space between the cathode 2 and the anode 3, and a discharge in the interelectrode space is initiated.

Предлагаемый разрядник может быть применен в генераторе наносекундных электромагнитных импульсов для инициирования химических процессов в автоклаве.The proposed spark gap can be used in a nanosecond electromagnetic pulse generator to initiate chemical processes in an autoclave.

Claims

1. A controlled arrester containing opposing anode and cathode installed in a sealed insulating casing, characterized in that piezoelectric sensors are installed inside the chamber, when the control voltage is applied to them, the electric field increases to a value corresponding to the breakdown.

2. The spark gap according to claim 1, characterized in that one of the electrodes is made wedge-shaped.

3. The arrester according to claim 2, characterized in that the piezoelectric sensors are mounted on a wedge-shaped electrode.

4. The arrester according to claim 2, characterized in that the piezoelectric sensors are mounted on opposite walls of the chamber.

5. The arrester according to claim 1, characterized in that one of the electrodes is made spherical in shape and the piezoelectric sensors are mounted on the generatrix of the sphere.