RU2379781C1 - Gas-filled discharge device - Google Patents
Gas-filled discharge device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379781C1 RU2379781C1 RU2008139669/28A RU2008139669A RU2379781C1 RU 2379781 C1 RU2379781 C1 RU 2379781C1 RU 2008139669/28 A RU2008139669/28 A RU 2008139669/28A RU 2008139669 A RU2008139669 A RU 2008139669A RU 2379781 C1 RU2379781 C1 RU 2379781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulator
- gas
- cylindrical
- cylindrical body
- electrode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Spark Plugs (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных приборов, например разрядников-обострителей с субнаносекундной коммутацией, для использования в мощных малогабаритных генераторах высоковольтных импульсов напряжения с длительностью фронта менее 0,5 нс.The invention relates to gas-discharge equipment and can be used in the development of high-voltage devices, for example, surge arresters with subnanosecond switching, for use in powerful small-sized generators of high-voltage voltage pulses with a front duration of less than 0.5 ns.
Известен газонаполненный разрядник с коаксиальным расположением электродов, имеющий оболочку, состоящую из электропроводящего корпуса в виде цилиндра, на внутренней поверхности которого закреплен внешний электрод, имеющий форму тора, два изолятора с осевыми отверстиями, внутри которых проходит электропроводящий стержень с закрепленным на нем внутренним электродом, имеющим форму диска и расположенным относительно внешнего электрода таким образом, что они образуют искровой разрядный промежуток в виде кольца [Патент РФ №64822/ H01J 17/00, 2006 г.].Known gas-filled spark gap with a coaxial arrangement of electrodes, having a shell consisting of a conductive housing in the form of a cylinder, on the inner surface of which is fixed an external electrode having the shape of a torus, two insulators with axial holes, inside of which passes a conductive rod with an internal electrode fixed to it, having the shape of the disk and located relative to the external electrode so that they form a spark discharge gap in the form of a ring [RF Patent No. 64822 / H01J 17/00, 2006 ]..
В такой конструкции газонаполненного разрядника соотношение диаметров электропроводящих корпуса и стержня обеспечивает согласование разрядника с коаксиальной линией передачи генератора по волновому сопротивлению с одновременной развязкой входа и выхода генератора.In this design of a gas-filled spark gap, the ratio of the diameters of the electrically conductive housing and the rod ensures matching of the spark gap with the coaxial transmission line of the generator along the impedance with simultaneous isolation of the input and output of the generator.
Кольцевой обостряющий разрядник при выполнении условий многоканальной коммутации обеспечивает минимальное сопротивление и минимальную индуктивность разрядника, что позволяет получать высоковольтные импульсы напряжения с длительностью менее 0,5 нс. Однако, оказалось, что при формировании высоковольтных импульсов напряжения выше 200 кВ с субнаносекундными фронтами невозможно обеспечить равномерный по периметру искровой зазор величиной менее 1 мм, что мешает реализации многоканальной коммутации. В такой конструкции разрядника разряд привязывается к одной точке, что приводит к искажению ТЕМ-волны и затягиванию фронта импульса.When the multichannel switching conditions are fulfilled, the annular sharpening spark gap provides minimum resistance and minimum inductance of the spark gap, which makes it possible to obtain high voltage voltage pulses with a duration of less than 0.5 ns. However, it turned out that during the formation of high-voltage voltage pulses above 200 kV with subnanosecond fronts, it is impossible to ensure a uniform perimeter spark gap of less than 1 mm, which impedes the implementation of multi-channel switching. In this design of the arrester, the discharge is tied to one point, which leads to a distortion of the TEM wave and delaying of the pulse front.
Известен также газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса и изолятора, два электрода, один из которых закреплен на металлическом корпусе, а другой на изоляторе, выполненном в виде полого тела вращения (усеченного конуса) и размещенного внутри металлического корпуса, при этом одно основание изолятора соединено с торцом корпуса, а другое, на котором закреплен электрод, обращено в сторону второго электрода и вывод электрода, проходящий внутри изолятора [Авт. свидетельство СССР №360886, H01J 17/18, 1973 г.].Also known is a gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal body and an insulator, two electrodes, one of which is mounted on a metal body, and the other on an insulator made in the form of a hollow body of revolution (a truncated cone) and placed inside a metal body, one the base of the insulator is connected to the end of the housing, and the other, on which the electrode is fixed, faces the second electrode and the electrode lead passing inside the insulator [Aut. USSR certificate No. 360886, H01J 17/18, 1973].
Данный разрядник имеет большую механическую прочность, что позволяет наполнять его газом до давления порядка единиц МПа. Высокое давление газа при малых межэлектродных расстояниях в такой конструкции обеспечивает время коммутации в пределах единиц нс. Недостатком разрядника является низкая электрическая прочность из-за неравномерного распределения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора, обусловленного неоптимальными размерами и взаимным расположением элементов разрядника. К недостаткам разрядника следует также отнести недостаточную механическую прочность при формировании амплитуды импульса порядка 200 кВ и выше с длительностью фронта порядка 0,2-0,3 нс, что может быть получено при давлении более 10 МПа. Кроме того, конструкция, имеющая один высоковольтный вывод при использовании его в генераторах высоковольтных импульсов с субнаносекундными фронтами, не позволяет сделать развязку входа и выхода, т.е. высоковольтные импульсы подаются на вход генератора, имеющий гальваническую связь с высоковольтным выводом разрядника через центральную жилу коаксиала со стороны нагрузки. Наличие второй цепи генератора для зарядки его емкостного накопителя энергии параллельной его нагрузки приводит к искажению ТЕМ-волны из-за рассогласования и затягивания фронта выхода импульса.This spark gap has great mechanical strength, which allows it to be filled with gas up to a pressure of the order of units MPa. High gas pressure at small interelectrode distances in such a design provides a switching time within units of ns. The disadvantage of the arrester is the low dielectric strength due to the uneven distribution of the electric field potential along the generatrix of the conical surface of the insulator, due to non-optimal sizes and relative positions of the arrester elements. The disadvantages of the spark gap should also include insufficient mechanical strength during the formation of a pulse amplitude of the order of 200 kV and higher with a front duration of the order of 0.2-0.3 ns, which can be obtained at a pressure of more than 10 MPa. In addition, a design having one high-voltage output when used in high-voltage pulse generators with subnanosecond fronts does not allow isolation of the input and output, i.e. high-voltage pulses are fed to the input of the generator, which is galvanically connected to the high-voltage output of the spark gap through the central core of the coaxial from the load side. The presence of a second generator circuit for charging its capacitive energy storage parallel to its load leads to a distortion of the TEM wave due to mismatch and delay of the pulse output front.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса, два соосных электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, внутри которого проходит осевой вывод второго электрода [Патент РФ №2320048, H01J 17/04, 2008 г. - прототип].Closest to the proposed invention is a gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two coaxial electrodes, one of which is fixed to the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second to the end the surface of the smaller base of the insulator, inside which passes the axial output of the second electrode [RF Patent No. 2320048, H01J 17/04, 2008 - prototype].
К недостаткам такого разрядника, используемого в схемах генератора высоковольтных импульсов с субнаносекундным фронтом, следует отнести невозможность развязки его входа и выхода. Наличие входной цепи генератора для зарядки емкостного накопителя энергии параллельной нагрузки приводит к искажению ТЕМ-волны в коаксиальной линии передачи из-за рассогласования и затягивания фронта выходного импульса.The disadvantages of such a spark gap used in circuits of a high-voltage pulse generator with a subnanosecond front include the impossibility of decoupling its input and output. The presence of the input circuit of the generator for charging a capacitive energy storage device of parallel load leads to distortion of the TEM wave in the coaxial transmission line due to mismatch and delay of the front of the output pulse.
Задачей данного изобретения является создание газонаполненного разрядника с раздельными входом и выходом, используемого для формирования высоковольтных импульсов напряжения с субнаносекундными фронтами (менее 1 нс).The objective of the invention is to provide a gas-filled spark gap with separate input and output, used to form high-voltage voltage pulses with subnanosecond fronts (less than 1 ns).
Указанный технический результат достигается тем, что в известном газонаполненном разряднике, содержащем оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса, два соосных электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, внутри которого проходит осевой вывод второго электрода, в объем, образованный дном цилиндрического стакана и продолжением его цилиндрической части за дном стакана, введен второй изолятор в виде полого усеченного конуса с большим основанием, соединенным с краем продолжения цилиндрической части стакана и меньшим, обращенным внутрь объема, а осевой вывод второго электрода гальванически соединен с расположенным во втором изоляторе вторым осевым выводом через отверстия в дне цилиндрического стакана посредством проводников, каждый из которых проходит через отверстие, образуя зазор, обеспечивающий электрическую прочность разрядника.The specified technical result is achieved by the fact that in the known gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two coaxial electrodes, one of which is fixed to the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator, inside which passes the axial output of the second electrode, into the volume formed by the bottom of the cylindrical glass and the continuation of it of the cylindrical part behind the bottom of the cup, a second insulator in the form of a hollow truncated cone with a large base connected to the continuation edge of the cylindrical part of the cup and a smaller inward volume is introduced, and the axial output of the second electrode is galvanically connected to the second axial output located in the second insulator through the openings in the bottom of the cylindrical glass by means of conductors, each of which passes through the hole, forming a gap that ensures the electric strength of the spark gap.
Конструкция разрядника с двумя осевыми выводами позволяет использовать его в генераторах высоковольтных импульсов напряжения с субнаносекундными фронтами (менее 1 нс) с развязкой его входа и выхода.The design of the spark gap with two axial outputs allows it to be used in generators of high-voltage voltage pulses with subnanosecond fronts (less than 1 ns) with isolation of its input and output.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to those of the claimed invention, and the definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the applicant the clinical result of the distinguishing features in the claimed subject matter set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty."
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены технические решения, позволяющие создать разрядник с развязкой входа и выхода, используемый для в генераторах высоковольтного импульсного напряжения за счет того, что в разряднике, содержащем оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса, два соосных электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, внутри которого проходит осевой вывод второго электрода, образован дополнительный объем, ограниченный дном цилиндрического стакана и продолжением его цилиндрической части за дном стакана, в который введен второй изолятор в виде полого усеченного конуса с большим основанием, соединенным с краем продолжения цилиндрической части стакана, и меньшим, обращенным внутрь объема, а осевой вывод второго электрода гальванически соединен с расположенным во втором изоляторе вторым осевым выводом через отверстия в дне цилиндрического стакана посредством проводников, причем края отверстий в дне стакана и поверхность проводников, проходящих через эти отверстия, образуют зазор, обеспечивающий электрическую прочность разрядника.To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, an additional search was carried out for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, as it has not been identified technical solutions to create a spark gap with input and output isolation used for high-voltage pulse generators voltages due to the fact that in the arrester containing a shell consisting of a metal body in the form of a cylindrical cup and an insulator in the form of a hollow truncated cone placed in it, two coaxial electrodes, one of which is fixed on the inner surface of the bottom of the cylindrical cup, and the second on the end the surface of the smaller base of the insulator, inside which the axial output of the second electrode passes, an additional volume is formed, limited by the bottom of the cylindrical cup and the continuation of its cylindrical part behind the bottom a cup into which the second insulator is introduced in the form of a hollow truncated cone with a large base connected to the edge of the continuation of the cylindrical part of the cup and a smaller one facing the inside of the volume, and the axial output of the second electrode is galvanically connected to the second axial output located in the second insulator through openings in the bottom a cylindrical glass by means of conductors, the edges of the holes in the bottom of the glass and the surface of the conductors passing through these holes form a gap that provides electric strength ika.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".
Заявленное изобретение поясняется чертежом,The claimed invention is illustrated in the drawing,
на котором показан один из вариантов предлагаемого газонаполненного разрядника.which shows one of the options for the proposed gas-filled spark gap.
Газонаполненный разрядник содержит металлический корпус 1 в виде цилиндрического стакана, изолятор 2 в виде полого усеченного конуса, первый электрод 3, закрепленный на внутренней поверхности дна металлического корпуса 1, и второй электрод 4, размещенный на торцевой поверхности меньшего основания изолятора 2, второй изолятор 5 в виде полого усеченного конуса, расположенный в объеме, образованном дном 6 цилиндрического стакана и продолжением его цилиндрической части 7 за дном стакана, причем большее основание второго изолятора 5 соединено с краем продолжения 7 цилиндрической части стакана, а меньшее обращено внутрь объема, осевой вывод 8 второго электрода 4, проходящий внутри изолятора 2 и соединенный через отверстия 9 в дне 6 цилиндрического стакана с проходящим через второй изолятор 5 вторым осевым выводом 10, посредством проводников 11, диска 12 и осевого цангового соединения 13, причем края отверстий 9 в дне 6 цилиндрического стакана и края проводников 12, проходящих через эти отверстия, образуют зазор, обеспечивающий электрическую прочность разрядника.The gas-filled spark gap contains a metal housing 1 in the form of a cylindrical cup, an insulator 2 in the form of a hollow truncated cone, a first electrode 3 mounted on the inner surface of the bottom of the metal housing 1, and a second electrode 4 located on the end surface of the smaller base of the insulator 2, the second insulator 5 in in the form of a hollow truncated cone located in the volume formed by the bottom 6 of the cylindrical cup and the continuation of its cylindrical part 7 behind the bottom of the cup, the larger base of the second insulator 5 being connected to the continuation edge 7 of the cylindrical part of the glass, and the smaller is turned into the volume, the axial output 8 of the second electrode 4 passing through the insulator 2 and connected through the holes 9 in the bottom 6 of the cylindrical glass with the second axial output 10 passing through the second insulator 5, by means of the conductors 11 of the disk 12 and the axial collet connection 13, and the edges of the holes 9 in the bottom 6 of the cylindrical glass and the edges of the conductors 12 passing through these holes form a gap that ensures the electric strength of the arrester.
Работает газонаполненный разрядник следующим образом.The gas-filled spark gap operates as follows.
В результате подачи высоковольтных импульсов напряжения на второй осевой вывод 10, электрически соединенный с осевым выводом 8 через отверстия 9 в дне 6 цилиндрического стакана, происходит зарядка емкостной накопительной линии совместно с емкостью межэлектродного промежутка, при пробое которого в нагрузке выделяется импульс напряжения с формой, зависящей от коммутационных характеристик разрядника и элементов разрядного контура. При оптимальном согласовании разрядника с накопительной (формирующей) линией и нагрузкой, что обеспечивается данной конструкцией разрядника, имеющей два высоковольтных вывода, расположенных по оси прибора, фронт импульсов напряжения в основном определяется временем коммутации разрядника, которое при давлении наполняющего газа более 10 МПа и межэлектродном расстоянии порядка 1 мм составляет менее 0,5 нс. Такая конструкция разрядника по своей работе равносильна разряднику с кольцевым разрядным промежутком. Однако использовать разрядник с кольцевым разрядным промежутком в режиме многоканальной коммутации практически невозможно, т.к. невозможно обеспечить постоянный зазор величиной менее 1 мм по периметру кольца, в результате чего разряд привязывается к одной точке, что приводит к искажению ТЕМ-волны и затягиванию фронта импульса. При использовании предлагаемого газонаполненного разрядника устраняются искажения ТЕМ-волны и сохраняются преимущества разрядника с кольцевым зазором при выполнении условий многоканальной коммутации.As a result of the supply of high-voltage voltage pulses to the second axial output 10, electrically connected to the axial output 8 through the holes 9 in the bottom 6 of the cylindrical cup, the capacitive storage line is charged together with the capacitance of the interelectrode gap, during the breakdown of which a voltage pulse with a shape depending on from the switching characteristics of the spark gap and the elements of the discharge circuit. With optimal coordination of the spark gap with the storage (forming) line and load, which is ensured by this design of the spark gap having two high-voltage leads located along the axis of the device, the voltage pulse front is mainly determined by the switching time of the spark gap, which at a filling gas pressure of more than 10 MPa and the interelectrode distance about 1 mm is less than 0.5 ns. This design of the spark gap in its operation is equivalent to a spark gap with an annular discharge gap. However, it is practically impossible to use an arrester with an annular discharge gap in the multichannel switching mode, since it is impossible to provide a constant gap of less than 1 mm around the perimeter of the ring, as a result of which the discharge is tied to one point, which leads to a distortion of the TEM wave and delaying of the pulse front. When using the proposed gas-filled spark gap, the distortion of the TEM wave is eliminated and the advantages of the spark gap with an annular gap are preserved under the conditions of multi-channel switching.
На базе серийно выпускаемого разрядника РО-49 были изготовлены макетные образцы, соответствующие заявленной конструкции разрядника с межэлектродным расстоянием 1 и 2 мм и напряжению пробоя 150 и 250 кВ соответственно. Приборы наполнялись водородом до давления (более 100 атм), обеспечивающего указанные выше динамические напряжения пробоя при времени нарастания напряжения равном 100 нс. Проведенные испытания показали, что макетные образцы имеют время коммутации порядка 0,3 нс.Based on the commercially available arrester RO-49, prototypes were manufactured corresponding to the claimed design of the arrester with an interelectrode distance of 1 and 2 mm and a breakdown voltage of 150 and 250 kV, respectively. The devices were filled with hydrogen up to a pressure (more than 100 atm), providing the above dynamic breakdown voltages at a voltage rise time of 100 ns. The tests showed that the prototype samples have a switching time of about 0.3 ns.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет создать газонаполненный разрядник с раздельными входом и выходом, для формирования высоковольтных импульсов напряжения с субнаносекундными фронтами (менее 1 нс).Thus, the use of the invention allows to create a gas-filled spark gap with separate input and output, for the formation of high-voltage voltage pulses with subnanosecond fronts (less than 1 ns).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139669/28A RU2379781C1 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Gas-filled discharge device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139669/28A RU2379781C1 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Gas-filled discharge device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2379781C1 true RU2379781C1 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008139669/28A RU2379781C1 (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Gas-filled discharge device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2379781C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU184528U1 (en) * | 2018-06-27 | 2018-10-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (АО "ПЛАЗМА") | GAS-FILLED DISCHARGE |
-
2008
- 2008-10-06 RU RU2008139669/28A patent/RU2379781C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU184528U1 (en) * | 2018-06-27 | 2018-10-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (АО "ПЛАЗМА") | GAS-FILLED DISCHARGE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5335064B2 (en) | Plasma jet ignition plug ignition device | |
| CN202034344U (en) | 90 degrees break-angle type flight time mass spectrum detector satisfying impedance matching | |
| RU2379781C1 (en) | Gas-filled discharge device | |
| RU2199167C1 (en) | Gas-filled discharger | |
| Ariztia et al. | Development and test of a 500-kV compact Marx generator operating at 100-Hz PRF | |
| RU184528U1 (en) | GAS-FILLED DISCHARGE | |
| Yao et al. | High-voltage subnanosecond pulsed power source with repetitive frequency based on Marx structure | |
| Efremov et al. | A four-channel source of high-power pulses of ultrawideband radiation | |
| Pecastaing et al. | Design and performance of high voltage pulse generators for ultra-wideband applications | |
| CN104412470B (en) | Spark gap with condenser type accumulator | |
| RU2697263C1 (en) | Gas-filled discharger | |
| CN204167022U (en) | A kind of high-voltage wall bushing | |
| GB2119174A (en) | Generator for the production of high voltage rectangular pulses | |
| Deb et al. | Generation of high voltage nanosecond pulses using Pulse Sharpening switch | |
| RU117712U1 (en) | GAS-FILLED DISCHARGE | |
| Jiang et al. | Design and construction of a±100 kV gas switch for linear transformer drivers | |
| Bastrikov et al. | Low-inductance multigap spark modules | |
| CN104332258A (en) | Improved high voltage wall bushing | |
| CN110022083A (en) | A kind of Impulsive Current device by transmission cable peaking electric current | |
| CN112083296A (en) | Photoelectric observation device for creeping pre-discharge along surface | |
| RU2226031C2 (en) | High-voltage pulse generator | |
| RU2331164C1 (en) | Pulse generator of x-ray radiation | |
| RU2739062C1 (en) | High-voltage pulse generator | |
| Liu et al. | Note: A high-energy-density tesla-type pulse generator with novel insulating oil | |
| US20110018778A1 (en) | Integrated resonator and dipole for radiation of high power rf energy |