RU2339139C1 - Discharger - Google Patents
Discharger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339139C1 RU2339139C1 RU2007133227/09A RU2007133227A RU2339139C1 RU 2339139 C1 RU2339139 C1 RU 2339139C1 RU 2007133227/09 A RU2007133227/09 A RU 2007133227/09A RU 2007133227 A RU2007133227 A RU 2007133227A RU 2339139 C1 RU2339139 C1 RU 2339139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- casing
- main
- electrodes
- spherical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, к газоразрядной технике, а именно к устройствам формирования мощных импульсов напряжения и тока, и может быть использовано в сильноточных импульсных ускорителях заряженных частиц, в генераторах импульсных токов и т.п.The invention relates to high-voltage pulse technology, to gas discharge technology, and in particular to devices for generating powerful voltage and current pulses, and can be used in high-current pulse accelerators of charged particles, in pulse current generators, etc.
Известен разрядник (Вечерковский В.В., Истомин Ю.А., Коба Ю.В. и др. «Коммутатор двойной формирующей линии экспериментального модуля установки АНГАРА-5», ж. «Приборы и техника эксперимента», 1983 г., выпуск 4, стр.124-127). Коммутатор состоит из четырех газонаполненных разрядников. Каждый разрядник имеет цилиндрический изоляционный корпус, основные цилиндрические электроды со сферической рабочей поверхностью, управляющий электрод, расположенный в одном из основных электродов. Основные электроды установлены на торцах корпуса. Недостатком аналога является неудобство компоновки разрядников с цилиндрическим корпусом при радиальном расположении коммутатора относительно электродов двойной формирующей линии (ДФЛ). Радиальное расположение коммутатора позволяет снизить его индуктивность. Использование цилиндрических электродов не позволяет получить равномерно распределенное электрическое поле на поверхности изоляционного корпуса.Known arrester (Vecherkovsky V.V., Istomin Yu.A., Koba Yu.V. et al. “Switch of the double forming line of the experimental module of the ANGARA-5 installation”, J. “Instruments and experimental equipment”, 1983, issue 4, p. 124-127). The switch consists of four gas-filled arresters. Each spark gap has a cylindrical insulating body, main cylindrical electrodes with a spherical working surface, a control electrode located in one of the main electrodes. The main electrodes are installed at the ends of the housing. A disadvantage of the analogue is the inconvenience of the arrangement of arresters with a cylindrical body with a radial arrangement of the switch relative to the electrodes of the double forming line (DFL). The radial arrangement of the switch reduces its inductance. The use of cylindrical electrodes does not allow to obtain a uniformly distributed electric field on the surface of the insulating casing.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является разрядник по авторскому свидетельству №-1286048, авторов В.Ф.Басманова и др.Closest to the claimed invention is a spark gap according to copyright certificate No. 1286048, authors V.F. Basmanova and others.
«Газонаполненный разрядник», кл. МПК Н01Т 1/00, опубликовано 30.07.1994 г., бюл. №-14. Разрядник по прототипу содержит герметичный диэлектрический газонаполненный корпус с расположенными в нем основными электродами и управляющим электродом, расположенным в одном из основных электродов. Корпус выполнен в форме цилиндрического стакана, герметично соединенного с расположенными в нем соосными электродами, первый из которых выполнен с токоподводом, пропущенным через отверстие в днище корпуса, и с нерабочим торцом, поджатым к внутренней поверхности днища корпуса. Второй электрод выполнен с фланцем, поджатым к торцу корпуса. Для инициирования срабатывания разрядник содержит управляющий электрод, установленный в отверстии первого электрода с центровкой с помощью изолятора. Основные электроды имеют цилиндрическую форму."Gas-filled spark gap", cl. IPC Н01Т 1/00, published July 30, 1994, bull. No. 14. The arrester of the prototype contains a sealed dielectric gas-filled housing with the main electrodes located in it and a control electrode located in one of the main electrodes. The casing is made in the form of a cylindrical cup, hermetically connected to the coaxial electrodes located in it, the first of which is made with a current lead passed through an opening in the bottom of the casing, and with an inoperative end pressed against the inner surface of the bottom of the casing. The second electrode is made with a flange pressed against the end of the housing. To initiate a trip, the arrester contains a control electrode installed in the hole of the first electrode, centered using an insulator. The main electrodes are cylindrical in shape.
Недостатком прототипа является то, что цилиндрическая форма корпуса не позволяет рационально расположить разрядники радиально по окружности при использовании их при работе в составе многоканального коммутатора двойной формирующей линии (ДФЛ) ускорителя электронов. Кроме того, данный разрядник имеет ограничения по электрической прочности, надежности и ресурсу работы, связанные с формой и материалами электродов.The disadvantage of the prototype is that the cylindrical shape of the housing does not allow to rationally arrange the arresters radially around the circumference when using them when working as part of a multi-channel switch of a double forming line (DFL) of an electron accelerator. In addition, this spark gap has limitations on the electric strength, reliability and service life associated with the shape and materials of the electrodes.
При создании данного изобретения решалась задача создания мегавольтных разрядников, синхронно работающих в составе разрядника-коммутатора ДФЛ многоцелевого импульсного ускорителя электронов.When creating this invention, the problem was solved of creating megavolt arresters, synchronously operating as part of a surge arrester-switch DFL multipurpose pulsed electron accelerator.
Техническим результатом при решении данной задачи являлось увеличение ресурса, надежности, электрической прочности и уменьшение габаритов заявляемого разрядника.The technical result in solving this problem was to increase the resource, reliability, electrical strength and reduce the size of the claimed arrester.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным разрядником, содержащим герметичный диэлектрический газонаполненный корпус, с расположенными в нем основными электродами и управляющим электродом, расположенным в одном из основных электродов, в заявляемом разряднике корпус разрядника выполнен в форме усеченного конуса, основной электрод, расположенный у большего основания корпуса, выполнен с рабочей поверхностью в виде сопряженных сферической, тороидальной и конической между ними частей поверхностей. Сферическая часть поверхности основного электрода, расположенного у большего основания корпуса, выполнена из тугоплавкого материала. Основной электрод, расположенный у меньшего основания корпуса, выполнен со сферической рабочей поверхностью, а 70-90% площади его рабочей поверхности также выполнена из тугоплавкого материала.The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known spark gap containing a sealed dielectric gas-filled housing, with main electrodes located therein and a control electrode located in one of the main electrodes, in the inventive spark gap the spark gap housing is made in the form of a truncated cone, the main electrode, located at the larger base of the housing, is made with a working surface in the form of conjugated spherical, toroidal and conical parts of the surfaces between them. The spherical part of the surface of the main electrode, located at the larger base of the housing, is made of refractory material. The main electrode, located at the smaller base of the casing, is made with a spherical working surface, and 70-90% of the area of its working surface is also made of refractory material.
Выполнение корпуса разрядника в форме усеченного конуса, а основных электродов со сферическими рабочими поверхностями, позволило наиболее рационально установить разрядники радиально по окружности при использовании их в составе коммутатора ДФЛ ускорителя электронов. Форма основных электродов выбиралась расчетно-экспериментальным путем из условия обеспечения равномерности электрического поля по поверхности диэлектрического корпуса. При выборе формы электродов учитывалось, чтобы силовые линии электрического поля были максимально приближены по расположению к осевой линии разрядника, т.е. к вершине сферической части основного электрода. Они должны быть оторваны от поверхности диэлектрического корпуса и не пересекаться с ним. Силовые линии электрического поля по возможности должны быть параллельно-касательными к внутренней поверхности корпуса. Форма электродов должна ослабить напряженность поля в тройных точках - в точках сопряжения: электрод-корпус-газ. Эти точки расположены у обоих оснований корпуса в местах сопряжения основных электродов с корпусом. Коническая часть основного электрода при большой разности диэлектрической проницаемости сред хорошо выравнивает поле, т.е. обеспечивает равномерное распределение электрического поля по поверхности.The implementation of the enclosure of the arrester in the form of a truncated cone, and the main electrodes with spherical working surfaces, made it possible to most efficiently install the arrester radially around the circumference when used as part of the DFL switch of the electron accelerator. The shape of the main electrodes was chosen by calculation and experimentation from the condition of ensuring the uniformity of the electric field over the surface of the dielectric body. When choosing the shape of the electrodes, it was taken into account that the electric field lines are as close as possible to the center line of the arrester, i.e. to the top of the spherical part of the main electrode. They must be torn off the surface of the dielectric housing and not intersect with it. If possible, electric field lines should be parallel-tangent to the inner surface of the housing. The shape of the electrodes should weaken the field strength at triple points - at the interface points: electrode-body-gas. These points are located at both bases of the housing at the interface between the main electrodes and the housing. The conical part of the main electrode with a large difference in the dielectric constant of the media aligns the field well, i.e. provides uniform distribution of the electric field over the surface.
Использование вставки из тугоплавкого материала на рабочей поверхности, по меньшей мере, одного из электродов и выбор оптимального соотношения площади вставки и электрода был сделан после проведения экспериментов и расчетов напряженности электрического поля с помощью пакета прикладных программ Axial. При площади вставки менее 70% от площади электрода рабочий канал будет приходиться на боковую часть электрода, выполненного из нержавеющей стали, а не на вставку из композиционного материала марки ВНЖ-5-1, состоящего в основном из вольфрама. На поверхности электрода в результате электроискровой эрозии будут возникать выступы, которые снижают электропрочность межэлектродного зазора. Кроме этого, происходит сильное запыление внутренней поверхности диэлектрического корпуса разрядника продуктами испарения нержавеющей стали. Это приводит к снижению надежности срабатывания и ресурса работы разрядника. При площади вставки более 90% площади электрода разрядника значительно возрастает стоимость изготовления электрода. Рабочие поверхности вставки и основного электрода выполнены в виде сопряженных поверхностей для повышения электрической прочности разрядника.The use of an insert made of refractory material on the working surface of at least one of the electrodes and the choice of the optimal ratio of the area of the insert and electrode was made after experiments and calculations of the electric field strength using the Axial application software package. With an insertion area of less than 70% of the electrode area, the working channel will be on the side of the electrode made of stainless steel, and not on the insert made of composite material of the VNZh-5-1 grade, consisting mainly of tungsten. On the surface of the electrode as a result of electrospark erosion, protrusions will occur that reduce the electrical strength of the interelectrode gap. In addition, there is a strong dusting of the inner surface of the dielectric housing of the arrester by the evaporation products of stainless steel. This leads to a decrease in the reliability of operation and service life of the arrester. With an insertion area of more than 90% of the electrode gap, the manufacturing cost of the electrode increases significantly. The working surfaces of the insert and the main electrode are made in the form of mating surfaces to increase the dielectric strength.
На чертеже изображен заявляемый разрядник, гдеThe drawing shows the inventive spark gap, where
1 - корпус;1 - housing;
2 - первый основной электрод, расположенный у большего основания корпуса;2 - the first main electrode located at the larger base of the housing;
3 - второй основной электрод, расположенный у меньшего основания корпуса;3 - the second main electrode located at the smaller base of the housing;
4 - управляющий электрод;4 - control electrode;
5 - часть сферической поверхности первого основного электрода, выполненного из тугоплавкого материала;5 - part of the spherical surface of the first main electrode made of refractory material;
6 - часть конической поверхности первого основного электрода;6 - part of the conical surface of the first main electrode;
7 - часть тороидальной поверхности первого основного электрода;7 - part of the toroidal surface of the first main electrode;
8 - часть второго электрода, выполненного из тугоплавкого материала;8 - part of a second electrode made of refractory material;
9 - часть управляющего электрода, выполненного из тугоплавкого материала;9 - part of the control electrode made of refractory material;
10 - изолятор управляющего электрода;10 - insulator of the control electrode;
11 - элементы крепления корпуса к электроду.11 - elements for attaching the housing to the electrode.
Разрядник содержит герметичный диэлектрический газонаполненный корпус 1 с расположенными в нем основными электродами 2 и 3 и управляющим электродом 4, расположенным в одном из основных электродов 2. Корпус разрядника выполнен в виде усеченного конуса. Основной электрод 2, расположенный у большего основания корпуса 1, выполнен с рабочей поверхностью в виде сопряженных сферической 5, тороидальной 7 и конической 6 между ними частей поверхностей.The arrester contains a sealed dielectric gas-filled housing 1 with the main electrodes 2 and 3 located therein and a control electrode 4 located in one of the main electrodes 2. The arrester housing is made in the form of a truncated cone. The main electrode 2, located at the larger base of the housing 1, is made with a working surface in the form of a conjugate spherical 5, toroidal 7 and conical 6 parts of the surfaces between them.
Сферическая часть поверхности 5 основного электрода 2, расположенного у большего основания корпуса, выполнена из тугоплавкого материала. Основной электрод 3, расположенный у меньшего основания корпуса, выполнен со сферической рабочей поверхностью, а 70-90% площади его рабочей поверхности также выполнено из тугоплавкого материала. Часть 9 управляющего электрода также может быть выполнена из тугоплавкого материала.The spherical part of the surface 5 of the main electrode 2, located at the larger base of the housing, is made of refractory material. The main electrode 3, located at the smaller base of the housing, is made with a spherical working surface, and 70-90% of the area of its working surface is also made of refractory material. Part 9 of the control electrode can also be made of refractory material.
Кроме того, заявляемый разрядник содержит изолятор 10 управляющего электрода 4 и элементы крепления 11.In addition, the inventive spark gap contains an insulator 10 of the control electrode 4 and the fastening elements 11.
В примере реализации корпус разрядника 1 изготовлен из капролона марки В с внутренним диаметром у основания конуса 154 мм, высотой 144 мм и толщиной стенки 15 мм. В результате компьютерных исследований и детального анализа распределения электрических полей была выбрана геометрия электродной системы разрядника. Основной высоковольтный электрод 3 выполнен шаровидной формы. Почти вся рабочая поверхность электрода выполнена из сплава ВНЖ-5-1. Заземленный основной электрод 2 выполнен со вставкой 9 на сферической выступающей центральной части из материала ВНЖ-5-1. Управляющий электрод 4 также имеет вставку, состоящую из материала ВНЖ-5-1. Герметичная полость корпуса разрядника заполнена газовой смесью, состоящей из 80% азота (N2) и 20% элегаза SF6, под давлением 16 ати.In an example implementation, the arrester housing 1 is made of brand B caprolon with an inner diameter at the base of the cone of 154 mm, a height of 144 mm and a wall thickness of 15 mm. As a result of computer studies and a detailed analysis of the distribution of electric fields, the geometry of the electrode system of the spark gap was chosen. The main high-voltage electrode 3 is made spherical. Almost the entire working surface of the electrode is made of VNZh-5-1 alloy. The grounded main electrode 2 is made with an insert 9 on the spherical protruding central part of the material VNZh-5-1. The control electrode 4 also has an insert consisting of a material VNZh-5-1. The sealed cavity of the arrester housing is filled with a gas mixture consisting of 80% nitrogen (N 2 ) and 20% SF 6 gas, under a pressure of 16 atm.
Заявляемый разрядник работает следующим образом. Импульс высокого напряжения при зарядке ДФЛ ускорителя прикладывается к электродам 2 и 3 разрядника так, что они оказываются под противоположными потенциалами. Поскольку разрядник работает с перенапряжением, то в промежутке между электродами 2 и 3 формируются условия для образования электрического пробоя. При подаче пускового импульса на управляющий электрод 4 в этой области создается дополнительное усиление электрического поля, процесс формирования условий для разряда увеличивается, и с некоторой задержкой происходит перекрытие межэлектродного промежутка в четко определенное время, что и определяет надежность работы разрядника.The inventive spark gap operates as follows. A high voltage pulse when charging the accelerator DFL is applied to the electrodes 2 and 3 of the arrester so that they are under opposite potentials. Since the arrester operates with overvoltage, conditions are formed in the gap between electrodes 2 and 3 for the formation of an electrical breakdown. When a trigger pulse is applied to the control electrode 4, an additional amplification of the electric field is created in this region, the process of creating conditions for the discharge increases, and with some delay, the interelectrode gap overlaps at a well-defined time, which determines the reliability of the spark gap.
Проведена серия испытаний партии разрядников. Испытания показали, что рабочее напряжение составляет 1 MB, а рабочий ресурс превышает 1000 включений. Разрядник используется в составе 36 канального коммутатора сильноточного ускорителя электронов.A series of tests of a batch of arresters was carried out. Tests have shown that the operating voltage is 1 MB, and the operating life exceeds 1000 inclusions. The arrester is used as part of a 36-channel switch of a high-current electron accelerator.
Таким образом, по сравнению с прототипом удалось повысить надежность заявляемого разрядника, увеличить на порядок его ресурс, вдвое повысить электрическую прочность при равных габаритах разрядников.Thus, in comparison with the prototype, it was possible to increase the reliability of the inventive spark gap, increase its life by an order of magnitude, and increase the electric strength by half with equal dimensions of the spark gap.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007133227/09A RU2339139C1 (en) | 2007-09-04 | 2007-09-04 | Discharger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007133227/09A RU2339139C1 (en) | 2007-09-04 | 2007-09-04 | Discharger |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2339139C1 true RU2339139C1 (en) | 2008-11-20 |
Family
ID=40241456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007133227/09A RU2339139C1 (en) | 2007-09-04 | 2007-09-04 | Discharger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2339139C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817387C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-04-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Gas-filled cascade generator discharger |
-
2007
- 2007-09-04 RU RU2007133227/09A patent/RU2339139C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817387C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-04-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Gas-filled cascade generator discharger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2937958B1 (en) | Gas insulated electric equipment | |
| US10418786B2 (en) | High voltage connection sealing method for corona ignition coil | |
| Jun et al. | The influence of surface charge upon flash-over of particle-contaminated insulators in under impulse-voltage conditions | |
| US4604554A (en) | Triggered spark gap discharger | |
| RU2199167C1 (en) | Gas-filled discharger | |
| Harrower et al. | Design considerations for corona-stabilized repetitive switches | |
| CN101116156B (en) | Arrestor and method of measuring leakage current of arrestor | |
| RU2339139C1 (en) | Discharger | |
| Warren et al. | Vacuum switch trigger delay characteristics | |
| CN104953470A (en) | Gas spark gap switch for nanosecond pulse generator | |
| US4773871A (en) | High voltage bulkhead coupling | |
| US3629605A (en) | Apparatus for providing a steep voltage step across a load in electric high-voltage circuit | |
| US20040057185A1 (en) | Pluggable electrical apparatus, in particular surge arrester | |
| Zhang et al. | A three-electrode gas switch triggered by microhollow cathode discharge with low trigger voltage | |
| RU2697263C1 (en) | Gas-filled discharger | |
| JP2002168982A (en) | Inertia electrostatic containment device | |
| US6555961B1 (en) | Anode initiated surface flashover switch | |
| RU2766434C1 (en) | Method for forming current pulse in inductive load | |
| Zhang et al. | A miniaturized surface flash triggered vacuum switch with low trigger delay time and high working life | |
| Zhang et al. | Influence of impulse wave front time on flashover characteristics of coaxial bus line of 220kV GIS | |
| MacPhee et al. | Electrostatic modelling of a trigatron spark gap | |
| Tuema et al. | Corona stabilisation for high repetition rate plasma closing switches | |
| CN114243454B (en) | Self-breakdown gas switch and pulse power device | |
| RU119164U1 (en) | GAS-FILLED DISCHARGE | |
| US2619610A (en) | Expulsion gap lightning arrester |