RU2577532C1 - Multichannel rail discharger - Google Patents

Multichannel rail discharger Download PDF

Info

Publication number
RU2577532C1
RU2577532C1 RU2014136509/07A RU2014136509A RU2577532C1 RU 2577532 C1 RU2577532 C1 RU 2577532C1 RU 2014136509/07 A RU2014136509/07 A RU 2014136509/07A RU 2014136509 A RU2014136509 A RU 2014136509A RU 2577532 C1 RU2577532 C1 RU 2577532C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rail
arrester
electrodes
discharger
multichannel
Prior art date
Application number
RU2014136509/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Михайловна Вагина
Алексей Викторович Комиссаров
Вячеслав Павлович Ковалев
Виктор Алексеевич Филатов
Виктор Васильевич Перешитов
Анна Владимировна Власова
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2014136509/07A priority Critical patent/RU2577532C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2577532C1 publication Critical patent/RU2577532C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: multichannel rail discharger contains a tight dielectric casing (1), made in the form of a single in the cross-section structure, with installed in it parallel to each other long main electrodes (2) and installed between them ignition electrodes (4) with a cone tip located along the axis perpendicular to axes of the main electrodes (2), and made isolated from each other. Wherein to the central ignition electrode (4) a union of gas supply (8) of the discharger is connected, to each main electrode (2) a charging electric circuit of positive and negative polarity is connected, and to the ignition electrodes (4) a starting electric circuit is connected.
EFFECT: creation of the low inductance multichannel rail discharger with two polarity charging, ensuring reduced losses in an oscillating circuit of the capacitive storage on an active resistor of the discharger, and an increased impact stress of the storage.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной сильноточной импульсной технике, а именно к сильноточным коммутирующим газонаполненным рельсовым разрядникам.The invention relates to high-voltage high-current pulse technology, and in particular to high-current switching gas-filled rail-gap arresters.

Известен многоканальный рельсовый разрядник, описанный в работе W.A. Ress и др. «Capacitor and rail-gap development for the atlas mashine marx modules», представленной на 10-й международной конференции, проходившей в New Mexico, USA, в июле 1995 года, стр. 522-527, содержащий герметичную диэлектрическую камеру, размещенные в ней основные электроды полуцилиндрической формы и установленный между ними управляющий электрод с заостренной кромкой.Known multi-channel rail arrester described in the work of W.A. Ress et al. "Capacitor and rail-gap development for the atlas mashine marx modules", presented at the 10th international conference held in New Mexico, USA, in July 1995, pages 522-527, containing a sealed dielectric chamber, the main electrodes of the semi-cylindrical shape located in it and the control electrode installed between them with a pointed edge.

Недостатком данного разрядника является то, что герметичная диэлектрическая разрядная камера выполнена в сечении прямоугольной формы из двух частей, соединенных шпильками, и управляющий электрод в виде сплошной металлической пластины вызывают трудности формирования многоканального разряда и ухудшают управляемость в процессе эксплуатации устройства.The disadvantage of this arrester is that the sealed dielectric discharge chamber is made in a rectangular cross-section of two parts connected by studs, and the control electrode in the form of a solid metal plate causes difficulties in the formation of a multi-channel discharge and worsens controllability during operation of the device.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является многоканальный рельсовый разрядник, описанный в патенте РФ №2247453 под названием «Многоканальный рельсовый разрядник», опубликованный 27.02.2005 года, МПК Н01Т 2/02, Н01Т 4/10, содержащий герметичный диэлектрический корпус, выполненный в виде единой в поперечном сечении конструкции, с установленными в ней параллельно друг другу основными электродами и установленным между ними поджигающим электродом с наконечником конусной формы.The closest and selected as a prototype is a multi-channel rail arrester described in RF patent No. 2247453 under the name "Multi-channel rail arrester", published on 02.27.2005, IPC Н01Т 2/02, Н01Т 4/10, containing a sealed dielectric housing made in in the form of a single structure in the cross section, with the main electrodes installed in it parallel to each other and the ignition electrode installed between them with a cone-shaped tip.

Недостатками данного технического решения являются: ограничение зарядного напряжения величиной 100 кВ и однополярная зарядка, наличие внешних электродов, сложность изготовления и наличие внешнего замкнутого стеклопластикового бандажа.The disadvantages of this technical solution are: the limitation of the charging voltage of 100 kV and unipolar charging, the presence of external electrodes, the complexity of manufacturing and the presence of an external closed fiberglass band.

Задачей изобретения является создание многоканального рельсового разрядника низкоиндуктивного управляемого разрядника с двуполярной зарядкой.The objective of the invention is to provide a multi-channel rail arrester of a low-inductance controlled arrester with bipolar charging.

Технический результат заключается в том, что удалось снизить потери в колебательном контуре емкостного накопителя на активном сопротивлении разрядника и повысить ударное напряжение накопителя за счет повышения зарядного напряжения.The technical result consists in the fact that it was possible to reduce the losses in the oscillatory circuit of the capacitive storage device at the active resistance of the spark gap and to increase the shock voltage of the storage device by increasing the charging voltage.

Это достигается тем, что многоканальный рельсовый разрядник, содержащий герметичный диэлектрический корпус, выполненный в виде единой в поперечном сечении конструкции, с установленными в ней параллельно друг другу основными электродами и установленным между ними поджигающим электродом с наконечником конусной формы, согласно изобретению, снабжен не менее чем тремя поджигающими электродами, установленными по оси, перпендикулярной к осям основных электродов, и выполненными изолированными друг относительно друга, при этом к центральному поджигающему электроду подсоединен штуцер газового наполнения разрядника, к каждому основному электроду подключена зарядная электрическая цепь положительной и отрицательной полярности, а к поджигающим электродам подключена запускающая электрическая цепь.This is achieved by the fact that a multichannel rail arrester containing a sealed dielectric casing, made in the form of a single cross-sectional structure, with main electrodes installed in it parallel to each other and installed between them an ignition electrode with a conical tip, according to the invention, is equipped with at least three firing electrodes mounted on an axis perpendicular to the axes of the main electrodes and made insulated relative to each other, while to the central at the ignition electrode, a gas filling nozzle of the spark gap is connected, a charging electric circuit of positive and negative polarity is connected to each main electrode, and a trigger electric circuit is connected to the ignition electrodes.

Кроме того, центральный поджигающий электрод выполнен с впускным отверстием.In addition, the central ignition electrode is made with an inlet.

Кроме того, запускающая электрическая цепь подключена в масляной изоляции.In addition, the starting electrical circuit is connected in oil insulation.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed invention features that distinguish it from the prototype, allows us to consider it appropriate to the condition of "novelty."

Новые признаки (многоканальный рельсовый разрядник снабжен не менее чем тремя поджигающими электродами, установленными по оси, перпендикулярной к осям основных электродов, и выполненными изолированными друг относительно друга, при этом к центральному поджигающему электроду подсоединен штуцер газового наполнения разрядника, к каждому основному электроду подключена зарядная электрическая цепь положительной и отрицательной полярности, а к поджигающим электродам подключена запускающая электрическая цепь) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features (a multi-channel rail arrester is equipped with at least three ignition electrodes installed along an axis perpendicular to the axes of the main electrodes and made insulated relative to each other, while a gas filling of the arrester is connected to the central ignition electrode, and a charging electric is connected to each main electrode a chain of positive and negative polarity, and a starting electric circuit is connected to the ignition electrodes) are not identified in technical specifications eniyah similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Изобретение проиллюстрировано на следующих чертежах.The invention is illustrated in the following drawings.

На фиг. 1 представлена конструкция многоканального рельсового разрядника;In FIG. 1 shows the design of a multi-channel rail arrester;

На фиг. 2 приведено положение поджигающих электродов;In FIG. 2 shows the position of the ignition electrodes;

На фиг. 3 приведен поперечный разрез конструкции многоканального рельсового разрядника;In FIG. 3 is a cross-sectional view of the structure of a multi-channel rail arrester;

На фиг. 4 приведена электрическая принципиальная схема генератора импульсов напряжения (ГИН) с двумя коммутирующими разрядниками;In FIG. 4 shows an electrical schematic diagram of a voltage pulse generator (GIN) with two switching arrester;

На фиг. 5 приведена зависимость напряжения самопробоя от давления газа.In FIG. Figure 5 shows the dependence of the self-breakdown voltage on the gas pressure.

На чертежах введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawings:

1 - корпус разрядника,1 - arrester housing,

2 - основной электрод,2 - the main electrode,

3 - фторопластовая диэлектрическая втулка,3 - fluoroplastic dielectric sleeve,

4 - поджигающий электрод,4 - ignition electrode,

5 - кольцо крепления торцевого фланца,5 - ring fastening the front flange,

6 - шпилька,6 - hairpin,

7 - торцевой фланец,7 - end flange,

8 - штуцер газового наполнения,8 - gas filling fitting,

9 - шина крепления электрического кабеля,9 - bus mounting electric cable,

10 - защитная полусфера,10 - protective hemisphere,

С - конденсатор ИК-200-0,1,C - capacitor IR-200-0.1,

FV - коммутирующий рельсовый разрядник,FV - switching rail arrester,

L1- индуктивность ГИН до узла нагрузки,L1 - GIN inductance to the load node,

Rнагр - сопротивление нагрузки.Rnag - load resistance.

Многоканальный рельсовый разрядник состоит из герметичного диэлектрического корпуса 1 (фиг. 1), на который через фторопластовые диэлектрические втулки 3 крепятся два основных электрода 2. Под углом 90 градусов к основным электродам 2 по одной оси крепятся три поджигающих электрода 4 с наконечником конусной формы. На торцах разрядника через специальные кольца 5 с помощью шпилек 6 крепятся торцевые фланцы 7. К центральному поджигающему электроду 4 крепится штуцер газового наполнения 8 (фиг. 2 и фиг. 3), а в теле центрального поджигающего электрода 4 выполнено впускное отверстие для напуска рабочего газа в полость разрядника до определенного давления, например, 0,6 МПа. На каждом электроде 2 и 4 устанавливается защитная полусфера 10 и шина крепления электрического кабеля 9.A multi-channel rail arrester consists of a sealed dielectric casing 1 (Fig. 1), on which two main electrodes 2 are mounted through fluoroplastic dielectric bushings 3. At an angle of 90 degrees to the main electrodes 2, three ignition electrodes 4 with a conical tip are mounted on one axis. At the ends of the arrester, through the special rings 5, the end flanges 7 are attached using pins 6. A gas filling fitting 8 is attached to the central ignition electrode 4 (Fig. 2 and Fig. 3), and an inlet for the working gas inlet is made in the body of the central ignition electrode 4 into the cavity of the spark gap to a certain pressure, for example, 0.6 MPa. On each electrode 2 and 4, a protective hemisphere 10 and a busbar for mounting the electric cable 9 are installed.

Работа осуществляется следующим образом. Разрядник с двуполярной зарядкой работает по принципу искажения электрического поля. Работа разрядника осуществляется следующим образом: в момент зарядки емкостей С (фиг. 4), соединенных с основными электродами 2, конусный наконечник поджигающего электрода 4 находится вдоль нулевой эквипотенциали электрического поля и не вносит никого искажения в распределение электрического поля внутри многоканального рельсового разрядника, при подаче поджигающего импульса на торце поджигающего электрода 4 возникает сильное искажение электрического поля и увеличение напряженности, что приводит к появлению стримеров и пробою разрядного промежутка между основными электродами 2 и замыканию колебательного контура через индуктивность L1 и сопротивление нагрузки Rнагр.The work is as follows. The bipolar charging arrester operates on the principle of distortion of the electric field. The spark gap operates as follows: at the moment of charging capacitors C (Fig. 4) connected to the main electrodes 2, the conical tip of the ignition electrode 4 is located along the zero equipotential of the electric field and does not introduce any distortion into the distribution of the electric field inside the multichannel rail spark gap when feeding a firing pulse at the end of the firing electrode 4 there is a strong distortion of the electric field and an increase in tension, which leads to the appearance of streamers and breakdown of the discharge of the gap between the main electrodes 2 and the closure of the oscillation circuit via the inductance L1 and the load resistance Rload.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Основной разрядный промежуток образован двумя протяженными основными электродами 2, выполненными из металла, например латуни, и может варьироваться в диапазоне от 21 мм до 29 мм с помощью фторопластовых диэлектрических втулок 3 и резиновых уплотнений разной толщины. После установки основных электродов 2 проводится проверка зазора между ними по всей длине с помощью специального шаблона. Три конусных поджигающих электрода 4 из нержавеющей стали устанавливаются на фторопластовые диэлектрические втулки 3 через резиновые уплотнения разной толщины. Расстояние от кромки поджигающего электрода 4 до центральной оси разрядника может варьироваться от 15 до 18 мм в зависимости от режима работы.The main discharge gap is formed by two extended main electrodes 2 made of metal, such as brass, and can vary in the range from 21 mm to 29 mm using fluoroplastic dielectric bushings 3 and rubber seals of different thicknesses. After installing the main electrodes 2, the gap between them along the entire length is checked using a special template. Three conical ignition electrodes 4 of stainless steel are mounted on the fluoroplastic dielectric bushings 3 through rubber seals of different thicknesses. The distance from the edge of the ignition electrode 4 to the central axis of the arrester can vary from 15 to 18 mm, depending on the mode of operation.

В качестве рабочих газов может быть использован аргон, элегаз, углекислота или их смеси при давлении от 0,2 до 0,6 МПа с предварительным вакуумированием и испытанием на герметичность давлением 0,1 МПа сжатого воздуха в течение 24 часов.As working gases, argon, SF6 gas, carbon dioxide or mixtures thereof can be used at a pressure of 0.2 to 0.6 MPa with preliminary evacuation and a tightness test with a pressure of 0.1 MPa of compressed air for 24 hours.

Изобретение реализовано и испытано на предприятии. Испытания восьми экспериментальных образцов предлагаемого изобретения показали достаточную механическую (статическую и динамическую) прочность конструкции многоканального рельсового разрядника. Средний ресурс работы многоканального рельсового разрядника до профилактики составляет порядка 100 импульсов. В настоящее время ресурсные испытания продолжаются. Данное изобретение позволило создать конструкцию многоканального рельсового разрядника (индуктивно-емкостного накопителя энергии) для ускорителя мегаамперного класса - РАПИД-2, с ударным напряжением первичного накопителя до 800 кВ и напряжением на диодной нагрузке 1 MB в целях создания мощного источника сверхжесткого рентгеновского излучения (СЖР). На фиг. 5 показана типичная зависимость напряжения самопробоя от давления газа и зона управляемости (заштрихованная область).The invention is implemented and tested at the enterprise. Tests of eight experimental samples of the present invention showed sufficient mechanical (static and dynamic) structural strength of a multi-channel rail arrester. The average life of a multi-channel rail arrester before prevention is about 100 pulses. Life tests are ongoing. This invention allowed to create the design of a multi-channel rail arrester (inductive capacitive energy storage) for the megaampere class accelerator - RAPID-2, with a primary drive shock voltage of up to 800 kV and a diode load of 1 MB in order to create a powerful source of superhard x-ray radiation (SJR) . In FIG. Figure 5 shows a typical dependence of the self-breakdown voltage on the gas pressure and the controllability zone (shaded area).

Заявляемое устройство, многоканальный рельсовый разрядник, позволило создать конструкцию емкостного накопителя энергии с двуполярной зарядкой, снизить потери в колебательном контуре емкостного накопителя на активном сопротивлении разрядника и повысить ударное напряжение накопителя до 800 кВ. Кроме того, данная конструкция многоканального рельсового разрядника позволяет создать генератор импульсов напряжения (ГИН) с двуполярной зарядкой и ударным напряжением до 800 кВ, выдерживающего статическое напряжение 400 кВ в масляной изоляции.The inventive device, a multi-channel rail arrester, allowed to create a design of a capacitive energy storage device with bipolar charging, to reduce losses in the oscillatory circuit of a capacitive storage device at the active resistance of the spark gap, and to increase the shock voltage of the storage device up to 800 kV. In addition, this multichannel rail arrester design allows you to create a voltage pulse generator (GIN) with bipolar charging and shock voltage up to 800 kV, withstanding a static voltage of 400 kV in oil insulation.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления устройства и способность обеспечения достижения усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».For the claimed invention, in the form described in the claims, the possibility of implementing the device and the ability to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result is confirmed. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (3)

1. Многоканальный рельсовый разрядник, содержащий герметичный диэлектрический корпус, выполненный в виде единой в поперечном сечении конструкции, с установленными в ней параллельно друг другу основными электродами и установленным между ними поджигающим электродом с наконечником конусной формы, отличающийся тем, что он снабжен не менее чем тремя поджигающими электродами, установленными по оси, перпендикулярной к осям основных электродов, и выполненными изолированными друг относительно друга, и штуцером газового наполнения многоканального рельсового разрядника, при этом к каждому основному электроду подключена зарядная электрическая цепь положительной и отрицательной полярности, а к поджигающим электродам подключена запускающая электрическая цепь.1. A multichannel rail arrester containing a sealed dielectric housing made in the form of a single cross-sectional structure, with main electrodes installed in it parallel to each other and an ignition electrode with a cone shaped tip installed between them, characterized in that it is equipped with at least three ignition electrodes mounted on an axis perpendicular to the axes of the main electrodes and made insulated with respect to each other, and a multi-channel gas filling fitting Foot rail arrester, wherein each main electrode connected to the charging electric circuit of positive and negative polarity, and the electrodes connected to the igniter triggers the electrical circuit. 2. Многоканальный рельсовый разрядник по п.1, отличающийся тем, что штуцер газового наполнения разрядника подсоединен к центральному поджигающему электроду.2. The multi-channel rail arrester according to claim 1, characterized in that the gas filling fitting of the arrester is connected to the central ignition electrode. 3. Многоканальный рельсовый разрядник по п.1, отличающийся тем, что в теле центрального поджигающего электрода выполнено впускное отверстие. 3. The multi-channel rail arrester according to claim 1, characterized in that an inlet is made in the body of the central ignition electrode.
RU2014136509/07A 2014-09-08 2014-09-08 Multichannel rail discharger RU2577532C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014136509/07A RU2577532C1 (en) 2014-09-08 2014-09-08 Multichannel rail discharger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014136509/07A RU2577532C1 (en) 2014-09-08 2014-09-08 Multichannel rail discharger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2577532C1 true RU2577532C1 (en) 2016-03-20

Family

ID=55647869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014136509/07A RU2577532C1 (en) 2014-09-08 2014-09-08 Multichannel rail discharger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2577532C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE955531C (en) * 1954-01-16 1957-01-03 Licentia Gmbh Polarity independent controlled spark gap with auxiliary ignition
SU641569A1 (en) * 1976-06-16 1979-01-05 Предприятие П/Я В-6681 Multichannel discharger
RU2247453C1 (en) * 2003-06-24 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Ефремова Multichannel rail discharge switch

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE955531C (en) * 1954-01-16 1957-01-03 Licentia Gmbh Polarity independent controlled spark gap with auxiliary ignition
SU641569A1 (en) * 1976-06-16 1979-01-05 Предприятие П/Я В-6681 Multichannel discharger
RU2247453C1 (en) * 2003-06-24 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Ефремова Multichannel rail discharge switch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006118870A3 (en) Pulsed dielectric barrier discharge
CN108736318B (en) Preionization trigger rod and gas switch adopting same
RU2199167C1 (en) Gas-filled discharger
RU2577532C1 (en) Multichannel rail discharger
CN109672358B (en) Nanosecond leading edge bipolar high-voltage pulse generation device
US3207947A (en) Triggered spark gap
RU2302053C1 (en) Controllable spark-gap
US10533405B2 (en) Seismic wave generating tool, such as a spark gap of an electric arc generation device
CN109787589B (en) Nanosecond composite shock wave generating device based on vacuum closed environment
CN109617447B (en) Nanosecond rise time strong pulse current generating device based on gas closed environment
RU2013129588A (en) PLASMA SOURCE OF PASSING RADIATION
RU2646845C2 (en) Device for forming pulse of high-current electron accelerator
RU2247453C1 (en) Multichannel rail discharge switch
RU2398328C2 (en) Gas ionisation method
RU203340U1 (en) Controlled gas-filled arrester
CN204885077U (en) Controllable type discharge tube of discharge frequency
RU2406278C1 (en) Coaxial magneto plasma accelerator
RU2453956C1 (en) Method of electrodes shapes selection for high voltage charge neutralisers
RU2529879C1 (en) Cathode plasma flux stabiliser
RU107646U1 (en) CONTROLLED PLASMA DISCHARGE
RU75783U1 (en) HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH BUILT-IN CONTROLLED SWITCH
CN108183392B (en) Pre-ionization triggered field distortion type high-pressure gas switch
RU2559022C1 (en) Pulse ionic accelerator
RU2327265C1 (en) Switching device
WO1998026480A1 (en) Controlled vacuum discharger