RU2658320C1 - Способ изготовления разрядника с водородным наполнением - Google Patents
Способ изготовления разрядника с водородным наполнением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658320C1 RU2658320C1 RU2017114444A RU2017114444A RU2658320C1 RU 2658320 C1 RU2658320 C1 RU 2658320C1 RU 2017114444 A RU2017114444 A RU 2017114444A RU 2017114444 A RU2017114444 A RU 2017114444A RU 2658320 C1 RU2658320 C1 RU 2658320C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- breakdown voltage
- voltage
- insulator
- dynamic
- spark gap
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 144
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000012549 training Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- QTJXVIKNLHZIKL-UHFFFAOYSA-N sulfur difluoride Chemical class FSF QTJXVIKNLHZIKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/44—Factory adjustment of completed discharge tubes or lamps to comply with desired tolerances
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке и изготовлении газонаполненных разрядников с водородным наполнением. Технический результат - повышение долговечности и стабильности динамического напряжения пробоя разрядника с водородным наполнением. Способ изготовления разрядника с водородным наполнением заключается в размещении элементов конструкции в оболочке, включающей изолятор, наполнении оболочки электроотрицательным газом, тренировке с последующим удалением газа из оболочки, промывке ее водородом и наполнении рабочим газом до давления, обеспечивающего заданное динамическое напряжение пробоя. После этого на электроды разрядника подают импульсы напряжения и проводят тренировку в рабочем режиме при условии, что динамическое напряжение пробоя находится на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору, в процессе наполнения разрядника рабочим газом первоначально его наполняют до давления, при котором величина динамического напряжения пробоя на 5÷10% больше напряжения равновесного состояния, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора. Затем на электроды разрядника подают импульсы напряжения и тренируют до стабилизации динамического напряжения пробоя, затем постепенно снижают давление до момента установления динамического напряжения пробоя на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору и достижения заданного значения динамического напряжения пробоя, лежащего в пределах: 0.9U0<Uпб.дин.<1,05U0, где U0 - напряжение равновесного состояния, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора. 3 ил.
Description
Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке газонаполненных разрядников с водородным наполнением, имеющих большую долговечность и высокую стабильность динамического напряжения пробоя.
Известен способ изготовления газонаполненного разрядника, включающий сборку прибора, пайку, тренировку в среде инертного газа, откачку и наполнение рабочим газом [Патент США №3023069, 316-26, 1926].
Недостатком указанного выше способа является то, что он не пригоден для изготовления газонаполненных разрядников с водородным наполнением, т.к. в процессе работы таких разрядников при изготовлении их указанным способом наблюдается напыление токопроводящих продуктов эрозии материала электродов на изоляционную оболочку прибора, приводящее к неравномерному распределению потенциала электрического поля вдоль образующей поверхности изоляционной оболочки, которое по мере напыления продуктов эрозии материала электродов создает на поверхности изоляционной оболочки напряженность электрического поля, превышающую критическую, при которой развивается пробой, приводящий к потере электрической прочности.
Известен способ изготовления разрядника с водородным наполнением, заключающийся в размещении элементов конструкции в оболочке, включающей изолятор, наполнении оболочки электроотрицательным газом (элегазом) или его смесью с инертным газом и/или азотом, тренировке с последующим удалением газа из оболочки, промывке ее водородом и наполнении рабочим газом до давления, обеспечивающего заданное динамическое напряжение пробоя [Патент РФ №2313849, H01J 17/20, 2006 г.].
Тренировка газонаполненных разрядников в элегазе приводит к разложению шести-фтористой серы в результате окислительно-восстановительной реакции с металлическими парами материала электродов, образующихся в разряде. Продуктами разложения являются SF4, S2F2, SF2, окислы материала электродов и сера, которые осаждаются на внутренней поверхности элементов разрядника. Продукты разложения не являются токопроводящими, поэтому они не влияют на распределение электрического поля вдоль образующей изолятора и, следовательно, не снижают его электрическую прочность.
В процессе работы газонаполненного разрядника с водородным наполнением на изоляционной поверхности его оболочки вследствие неравномерного осаждения токопроводящих продуктов эрозии материалов электродов, образующихся в восстанавливающей среде водорода, происходит перераспределение потенциала электрического поля вдоль образующей поверхности изолятора и создаются условия для скользящего пробоя по изолятору. Наличие же предварительно осажденного материала, содержащего низшие фториды серы, тормозит развитие разряда по внутренней поверхности изолятора и способствует экранированию неоднородностей металлических поверхностей оболочки разрядника, образующихся при изготовлении в процессе механической обработки и, тем самым, повышает электрическую прочность разрядника.
Основным недостатком данного способа изготовления разрядника является низкая стабильность динамического напряжения пробоя в процессе наработки, что является важным фактором, ограничивающим его долговечность.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ изготовления газонаполненного разрядника с водородным наполнением, заключающийся в размещении элементов конструкции в оболочке, включающей изолятор, наполнении оболочки электроотрицательным газом, тренировке с последующим удалением газа из оболочки, промывке ее водородом и наполнении рабочим газом до давления, обеспечивающего заданное динамическое напряжение пробоя между электродами, после чего на электроды подают импульсы напряжения и проводят тренировку в рабочем режиме при условии, что динамическое напряжение пробоя между электродами находится на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору [Патент РФ №2560096, H01J 17/02, 2015 г. - прототип].
Высокая электрическая прочность и стабильность динамического напряжения пробоя в разрядниках, изготовленных указанным способом, осуществляется за счет стабилизации разрядных процессов в основном межэлектродном промежутке и на внутренней поверхности изолятора, вызванной их взаимным регулирующим воздействием. Примерное равенство динамического напряжения пробоя основного разрядного промежутка напряжению скользящего коронирующего разряда по внутренней поверхности изолятора создает условие для стабильной по времени предварительной ионизации основного разрядного промежутка скользящим коронным разрядом по изолятору в момент, предшествующий пробою основного промежутка. Коронный скользящий разряд по изолятору в этом случае сильно стабилизирует разрядные процессы в основном разрядном промежутке и вызывает его пробой при максимальном динамическом напряжении. Пробой же основного разрядного промежутка шунтирует разрядные процессы по поверхности изолятора и, тем самым, предотвращает его от пробоя, что способствует значительному увеличению электрической прочности разрядника и, следовательно, долговечности.
Недостатком такого способа изготовления разрядника является сильное влияние неточности выбора соотношения динамического напряжения пробоя и напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора, которая влияет на стабильность динамического напряжения пробоя разрядника и его долговечность в заданном эксплуатационном режиме.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего изготавливать разрядники с водородным наполнением, с большой долговечностью и высокой стабильностью динамического напряжения пробоя за счет правильного выбора равновесного состояния в разряднике, когда динамическое напряжение пробоя разрядного промежутка находится на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора.
Указанный технический эффект достигается тем. что в известном способе изготовления разрядника с водородным наполнением, заключающемся в размещении элементов конструкции в оболочке, включающей изолятор, наполнении оболочки электроотрицательным газом, тренировке с последующим удалением газа из оболочки, промывке ее водородом и наполнении рабочим газом до давления, обеспечивающего заданное динамическое напряжение пробоя, после чего на электроды разрядника подают импульсы напряжения и проводят тренировку в рабочем режиме при условии, что динамическое напряжение пробоя находится на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору, в процессе наполнения разрядника рабочим газом первоначально его наполняют до давления, при котором величина динамического напряжения пробоя на 5÷10% больше напряжения равновесного состояния, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора, после чего на электроды разрядника подают импульсы напряжения и тренируют до стабилизации динамического напряжения пробоя, затем постепенно снижают давление до момента установления динамического напряжения пробоя на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору и достижения заданного значения динамического напряжения пробоя, лежащего в пределах:
0.9U0<Uпб.дин.<1-05 U0, где
U0 - напряжение равновесного состояния, когда динамическое напряжение
пробоя равно напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора.
Определение равновесного состояния в разряднике с заданным динамическим напряжением пробоя заключается в решение системы двух уравнений, выражающих зависимости динамического напряжения пробоя при выбранном межэлектродном расстоянии и напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора от давления наполняющего газа. Точка пересечения этих кривых есть графическое решение системы уравнений и выражает равновесное состояние разрядника. Данная задача очень трудоемкая и решается для каждого типа разрядника в процессе производства с использованием статистических данных. Следует учитывать, что разрядная кривая изолятора, т.е. Uск.пб=F(p,h), где: Uск.пб. - напряжение скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора; р - давление наполняющего газа; h - длина образующей изолятора, для каждого из партии изготавливаемых разрядников отличается друг от друга и зависит от многих факторов кроме геометрических размеров изолятора, рода и давления наполняющего газа. На величину напряжения скользящего пробоя по изолятору сильное влияние оказывает состояние кромки металлизации: толщина металлизации и степень ее экранировки. По указанной выше причине разрядные кривые изоляторов с учетом технологии их изготовления (способов приготовления металлизационной пасты и ее нанесение на изолятор) значительно отличаются друг от друга, что заведомо вносит ошибку в определении равновесного состояния. Устранение возможной ошибки при использовании предлагаемого способа изготовления газонаполненного разрядника с водородным наполнением для каждого типа разрядника, определяемого длинной образующей изолятора осуществляется путем наполнения его рабочим газом до давления, при котором величина динамического напряжения пробоя Uпб.дин. больше напряжения равновесного состояния U0 на 5÷10%, после чего на электроды разрядника подают импульсы напряжения и тренируют до стабилизации динамического напряжения пробоя Uпб.дин. постепенно снижают давление до момента установления Uпб.дин. на уровне Uск.пб. с исключением возможности пробоя по изолятору и достижения заданного значения динамического напряжения пробоя, лежащего в пределах:
0.9U0<Uпб.дин.<1-05U0
Для рабочей точки, лежащей на динамической кривой выше точки равновесного состояния U0 характерны пробои по внутренней поверхности изолятора, которые фиксируются по осциллограмме напряжения между электродами разрядника. Уменьшение давления внутри разрядника приводит к смещению рабочей точки вниз по динамической кривой. И когда рабочая точка динамической кривой станет общей точкой с разрядной кривой изолятора (зависимость напряжения скользящего пробоя Uск.пб. от давления р) наступит равновесное состояние, при котором отсутствуют скользящие пробои по изолятору.
Постоянство и высокая стабильность динамического напряжения пробоя после изготовления разрядника указанным выше способом характеризует правильность выбора межэлектродного расстояния и давления наполняющего газа (водорода) с целью получения равновесного состояния для заданного динамического напряжения пробоя разрядника.
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, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательский уровень" 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 способы изготовления разрядников, позволяющие повысить долговечность и стабильность динамического напряжения пробоя за счет точного выбора равенства динамического напряжения пробоя разрядного промежутка напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора путем наполнения рабочим газом (водородом) до давления, при котором величина динамического напряжения пробоя Uпб.дин. больше напряжения равновесного состояния U0 на 5÷10%, последующей подачи на электроды разрядника импульсов напряжения и тренировке до стабилизации динамического напряжения пробоя, постепенного снижения давления до момента установления Uпб.дин. на уровне Uск.пб. с исключением возможности пробоя по изолятору и достижения заданного значения динамического напряжения пробоя, лежащего в пределах:
0.9U0<Uпб.дин.<1-05U0
Предлагаемый способ изготовления разрядника с водородным наполнением поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана базовая конструкция газонаполненных разрядников-обострителей РО-43 и РО-49.
На фиг. 2 представлены кривые изменения динамического напряжения пробоя разрядника РО-43 для пяти фиксированных значений межэлектродного расстояния s, зависимость импульсного напряжения скользящего пробоя Uск.пб.=F(p,h) при h=30 мм от давления наполняющего газа и относительный среднеквадратичный разброс напряжения пробоя от давления в разряднике для фиксированного значения межэлектродного расстояния s=3,2 мм.
На фиг. 3 представлены кривые изменения динамического напряжения пробоя разрядника РО-49 для четырех фиксированных значений межэлектродного расстояния s, зависимость импульсного напряжения скользящего пробоя Uск.пб=F(p,h) при h=42 мм от давления наполняющего газа и относительный среднеквадратичный разброс напряжения пробоя от давления в разряднике для фиксированного значения межэлектродного расстояния s=3,5 мм.
Зависимости импульсного напряжения скользящего пробоя по изолятору для приборов РО-43 и РО-49 снимались из условия, что импульсная разрядная кривая является геометрическим местом точек равновесного состояния, когда динамическое напряжение пробоя примерно равно напряжению скользящего пробоя по изолятору, т.е. в этих точках наблюдаются скользящие пробои по изолятору. Снятие разрядной кривой для каждого типа разрядника осуществлялось на группе приборов с фиксированными значениями межэлектродного расстояния. Как уже указывалось выше, на характер разрядной кривой сильное влияние оказывает состояние кромки металлизации: толщина и степень ее экранировки. Поэтому разрядные кривые изоляторов приборов РО-43 и РО-49 (фиг. 2, фиг. 3) строились по усредненным значениям с внесением существенной ошибки в определение равновесного состояния. Предлагаемый способ изготовления полностью устраняет ошибку в определении равновесного состояния.
Изготавливаемый согласно заявляемого способа разрядник-обостритель (фиг. 1) содержит корпус 1 в виде цилиндрического стакана с отбортовкой, изолятор 2 в виде усеченного конуса, обращенного внутрь металлического корпуса 1, электроды - анод 3, закрепленный на внутренней поверхности дна металлического корпуса 1, и катод 4, размещенный на торцевой поверхности меньшего основания изолятора 2, манжета 5, расположенная на внутренней поверхности нижней части металлического корпуса 1, повторяя форму этой поверхности с образованием уступа, в котором установлено основание нижней части изолятора 2, при этом манжета 5 соединена своей нижней частью с металлическим корпусом 1 швом, выполненным аргонно-дуговой сваркой, а внутренней поверхностью соединена с боковой цилиндрической поверхностью изолятора 2 швом герметизации посредством пайки припоем.
Способ изготовления высоковольтного искрового разрядника с водородным наполнением заключается в следующем.
После размещения элементов конструкции в оболочке разрядника, наполнении ее электроотрицательным газом, например, элегазом (SF6) или его смесью с инертным газом и/или азотом с тренировкой на испытательном стенде при подаче импульсного напряжения на электроды разрядника с последующим удалением газа из оболочки, промывки разрядника водородом и откачки его из прибора проводят наполнение разрядника водородом до давления, при котором величина динамического напряжения пробоя Uпб.дин.. больше напряжения равновесного состояния U0 на 5÷10%, после чего на электроды разрядника подают импульсы напряжения и тренируют до стабилизации динамического напряжения пробоя Uпб.дин. после чего постепенно снижают давление до момента установления Uпб.дин. на уровне Uск.пб с исключением возможности пробоя по изолятору и достижения заданного значения динамического напряжения пробоя, лежащего в пределах:
0,9U0<Uпб.дин<1,05U0
При изготовлении в процессе тренировки разрядника напряжение пробоя от импульса к импульсу медленно растет и стабилизируется в пределах заданного значения, определяемого межэлектродным расстоянием, давлением наполняющего газа и правильным выбором геометрических размеров межэлектродного расстояния S и образующей изолятора h, при которых создаются условия примерного равенства динамического напряжения пробоя и напряжения скользящего пробоя по изолятору. Динамическое напряжение пробоя разрядника и импульсное напряжение скользящего пробоя по изолятору контролируются по осциллограммам. Осциллограмма напряжения скользящего пробоя по изолятору отличается от осциллограммы динамического напряжения пробоя разрядного промежутка формой импульса после пробоя, вызванной изменением параметров разрядного контура, в частности, из-за увеличения индуктивности разрядного контура. Стабилизация пробоя основного разрядного промежутка в процессе тренировки осуществляется регулирующим действием интенсивности свечения коронирующего разряда по поверхности изолятора и созданием равномерной микроструктуры рабочих поверхностей электродов. Если в процессе тренировки произошел скользящий пробой по изолятору, то в дальнейшем динамическое напряжение пробоя будет изменяться от импульса к импульсу плавно вслед за изменением амплитуды импульса напряжения скользящего пробоя по изолятору до момента его стабилизации, при котором отсутствуют скользящие пробои по изолятору. Условие опережающего пробоя основного разрядного промежутка объясняется ионизационным воздействием коронирующего разряда по изолятору с максимальной интенсивностью свечения перед пробоем разрядного промежутка и правильным выбором конструктивных параметров разрядника. Такая работа разрядника имеет место при соблюдении условия, когда динамическое напряжение лежит в пределах выражения:
0,9U0<Uпб.дин<1,05U0
Кривые (фиг. 2) были построены путем выбора дискретных значений межэлектродного расстояния разрядника РО-43 и изменения давления наполняющего газа. При этом по осциллограммам напряжений фиксировались точки скользящих пробоев и строился график функции Uск.пб.=F(p), как геометрическое место точек, соответствующих равновесному состоянию в разряднике, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по изолятору для разных значений межэлектродного расстояния. Из Фиг. 2 видно, что кривые семейства Uпб.дин.=F(p,s) при увеличении давления р пересекают разрядную кривую Uск.пб=F(p) в точках равновесного состояния, а при дальнейшем увеличении давления наполняющего газа динамическое напряжение пробоя увеличивается и график функции идет выше разрядной кривой практически повторяя ее форму. Динамическое напряжение пробоя в этой части кривой имеет высокую стабильность, т.к. яркость свечения импульсной короны в этом случае выше яркости свечения в равновесном состоянии, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по изолятору. Данная область изменения динамического напряжения пробоя при превышении давления равновесного состояния характеризуется неустойчивой работой разрядника, т.к. динамическое напряжение пробоя несколько превышает напряжение пробоя по изолятору при выбранном давлении. Равновесное состояние в этом случае поддерживается нестабильным от импульса к импульсу объемным зарядом в непосредственной близости концентратора напряженности в месте спая изолятора с металлом. Электрическое поле объемного заряда противодействует полю от приложенного импульсного напряжения и, тем самым, повышает электрическую прочность изолятора.
Области допустимых значений динамического напряжения пробоя и давления наполняющего газа в окрестности точки равновесного состояния, как показала практика работ в процессе серийного производства разрядников-обострителей РО-43, РО-48, РО-49 и РО-50, определяются соотношением 0,9 Uo<Uпб.дин.<1,05U0 и динамическими характеристиками разрядника.
При Uпб.дин.<1,05U0 равновесное состояние в разряднике нарушается, т.к. напряжение, приложенное к изолятору, превышает его электрическую прочность (рабочая точка динамической характеристики лежит выше разрядной кривой - Uск.пб.=F(p)) и появляются частые скользящие пробои по поверхности изолятора, приводящие к значительному ограничению долговечности разрядника. Стабильность же динамического напряжения пробоя и напряжения скользящего пробоя в этой области очень высокая.
При Uпб.дин.<0,9U0 относительный среднеквадратичный разброс динамического напряжения δUпр.дин.>3%, что не соответствует требованиям технических условий на разрядники-обострители. На Фиг. 2 представлена зависимость среднеквадратичного разброса динамического напряжения пробоя разрядника РО-43 для одного фиксированного значения межэлектродного расстояния S=3,2 мм как функция от давления (δUпб.дин.=F(p)). Для межэлектродных расстояний S<3,2 динамические характеристики [δUпб.дин.=F(p,s)] пересекают разрядную кривую [Ucк.пб.=F(p)] в точках, лежащих выше точки пересечения динамической кривой разрядника с межэлектродным расстоянием S=3,2 мм. Среднеквадратичный разброс динамического напряжения пробоя в этом случае значительно меньше 3%, т.к. интенсивность подсветки импульсной короной выше, чем для S=3,2 мм. Из Фиг. 2 видно, что исходя из допустимого значения относительного среднеквадратичного разброса динамического напряжения (δUпб.дин.<3%) динамическое напряжение следует выбирать на динамической характеристики разрядника с выбранным межэлектродным расстоянием S=3,2 мм более 0,9 U0, но менее 1,05U0. Верхний предел значения динамического напряжения пробоя- Uпб.дин.=1,05U0 выбирается исходя из условия стабильной работы без присутствия скользящих пробоев по изолятору, ограничивающих долговечность. Для разрядника РО-43 с выбранным межэлектродным расстоянием S=3,2 мм динамическое напряжение пробоя при условии соблюдения равновесного состояния составляет 186,5 кВ при давлении наполняющего газа водорода Р=64 атм. В этом случае при соблюдении условия 0,9U0<Uпб.дин.<1.05U0 динамическое напряжение лежит в пределах Uпб.дин.=(166,5÷195) кВ, а давление наполняющего газа Р=(55÷70) ати.
Примерное равенство динамического напряжения пробоя разрядника напряжению скользящего пробоя по изолятору дает возможность предварительной ионизации основного разрядного промежутка на самом верхнем уровне в непосредственной близости от момента пробоя между электродами, а сам способ изготовления дает возможность получения равновесного состояния с очень высокой точностью, что значительно повышает стабильность динамического напряжения пробоя разрядника и его долговечность, а также уменьшить время коммутации, что очень важно при формировании коротких электромагнитных импульсов наносекундной длительности.
Предлагаемый способ изготовления газонаполненного разрядника с водородным наполнением был опробован при изготовлении серийно выпускаемых разрядников-обострителей РО-43, РО-49 с динамическим напряжением пробоя 190 и 260 кВ соответственно. В результате проведенных ранее исследовательских работ и в процессе производства разрядников-обострителей установлено, что для выполнения условия примерного равенства динамического напряжения пробоя разрядного промежутка напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора в разрядниках РО-43 с длиной образующей изолятора h=30 мм и динамическим напряжением 180÷195 кВ необходимо выбрать межэлектродное расстояние S=3±0,2 мм и давление наполняющего газа (водорода) р=70±5 ати, а в разрядниках РО-49 с длиной образующей изолятора h=42 мм с динамическим напряжением 245÷255 кВ необходимо выбирать S=3,5±0,2 мм и давление наполняющего газа (водорода) р=70±5 ати. Эти результаты получены с помощью графического решения системы двух уравнений, выражающих зависимости динамического напряжения пробоя при выбранном межэлектродном расстоянии и напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора от давления наполняющего газа.
Как показала практика работ при производстве разрядников-обострителей РО-43. РО-48. РО-49, РО-50 и других, использование предлагаемого способа изготовления газонаполненного разрядника позволит значительно повысить стабильность динамического напряжения пробоя, долговечность разрядника (более 107 пробоев) и обеспечить малое время коммутации (менее 1 нс).
Таким образом, заявленный способ изготовления позволяет создать разрядники с водородным наполнением с высокими долговечностью и стабильностью срабатывания. Разрядники-обострители, изготовленные заявленным способом, найдут широкое применение в разработке и изготовлении мощных генераторов сверхкоротких электромагнитных импульсов для проведения исследовательских работ по обеспечению электромагнитной совместимости технических систем, испытания радиотехнических средств на стойкость к воздействию электромагнитных импульсов и других целей.
Claims (3)
- Способ изготовления газонаполненного разрядника с водородным наполнением, заключающийся в размещении элементов конструкции в оболочке, включающей изолятор, наполнении оболочки электроотрицательным газом, тренировке с последующим удалением газа из оболочки, промывке ее водородом и наполнении рабочим газом до давления, обеспечивающего заданное динамическое напряжение пробоя, после чего на электроды разрядника подают импульсы напряжения и проводят тренировку в рабочем режиме при условии, что динамическое напряжение пробоя находится на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору, отличающийся тем, что в процессе наполнения разрядника рабочим газом первоначально его наполняют до давления, при котором величина динамического напряжения пробоя на 5÷10% больше напряжения равновесного состояния, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора, после чего на электроды разрядника подают импульсы напряжения и тренируют до стабилизации динамического напряжения пробоя, затем постепенно снижают давление до момента установления динамического напряжения пробоя на уровне напряжения скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора с исключением возможности пробоя по изолятору и достижения заданного значения динамического напряжения пробоя, лежащего в пределах:
- 0,9 U0<Uпб.дин.<1,05 U0, где
- U0 - напряжение равновесного состояния, когда динамическое напряжение пробоя равно напряжению скользящего пробоя по внутренней поверхности изолятора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114444A RU2658320C1 (ru) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114444A RU2658320C1 (ru) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658320C1 true RU2658320C1 (ru) | 2018-06-20 |
Family
ID=62620185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017114444A RU2658320C1 (ru) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658320C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211616B1 (en) * | 1997-11-18 | 2001-04-03 | Matsushita Electronics Corporation | High pressure discharge lamp, with tungsten electrode and lighting optical apparatus and image display system using the same |
| RU2313849C1 (ru) * | 2006-07-03 | 2007-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (ОАО "Плазма") | Способ изготовления разрядника |
| RU2560096C1 (ru) * | 2014-04-15 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (ОАО "Плазма") | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением |
-
2017
- 2017-04-25 RU RU2017114444A patent/RU2658320C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211616B1 (en) * | 1997-11-18 | 2001-04-03 | Matsushita Electronics Corporation | High pressure discharge lamp, with tungsten electrode and lighting optical apparatus and image display system using the same |
| RU2313849C1 (ru) * | 2006-07-03 | 2007-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (ОАО "Плазма") | Способ изготовления разрядника |
| RU2560096C1 (ru) * | 2014-04-15 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (ОАО "Плазма") | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | A compact and repetitively triggered, field-distortion low-jitter spark-gap switch | |
| Wu et al. | Experimental study of electrode erosion and aging process of a specially designed gas switch under repetitive arc discharge | |
| RU2658320C1 (ru) | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением | |
| RU2560096C1 (ru) | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением | |
| Liu et al. | Influence of spike defect on the impulse breakdown characteristics of SF 6 gas gap in GIS | |
| RU2366051C1 (ru) | Коммутирующее устройство | |
| US3757153A (en) | Electrical switching arrangements | |
| RU2643343C1 (ru) | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением | |
| RU2313849C1 (ru) | Способ изготовления разрядника | |
| RU2697264C1 (ru) | Способ изготовления разрядника с водородным наполнением | |
| Shen et al. | Impulse breakdown characteristics of double vacuum gaps in series with asymmetric distribution | |
| RU2332747C1 (ru) | Газонаполненный разрядник | |
| Schneider et al. | The Effect of high-frequency arc conditioning of the electrodes on electric strength of vacuum insulation | |
| Patton et al. | Characterization of the breakdown voltage of vacuum interrupters by different procedures | |
| Fukuda et al. | Investigation on Potential of Floating Electrode in Modeled Vacuum Interrupter during AC Voltage Application | |
| CN111489947A (zh) | 一种小型荷电控制电子枪 | |
| Krastelev et al. | Switching regimes of compact triggered vacuum gaps | |
| Savage et al. | Pulsed power performance of the Z machine: Ten years after the upgrade | |
| RU2327265C1 (ru) | Коммутирующее устройство | |
| Alferov et al. | Application of triggered vacuum switches in a high-voltage high-speed protective device | |
| Arsic et al. | Numerical and experimental design of vacuum three-electrode spark gap for synthetic test circuits | |
| Zhang et al. | Influence of impulse wave front time on flashover characteristics of coaxial bus line of 220kV GIS | |
| RU713506C (ru) | Управл емый газонаполненный разр дник | |
| RU2401478C1 (ru) | Газонаполненный разрядник | |
| RU2766434C1 (ru) | Способ формирования импульса тока в индуктивной нагрузке |