Газонаполненный разрядник

 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных газоразрядных приборов, например разрядников-обострителей для малогабаритных импульсных генераторов рентгеновских и электронных пучков и импульсов высокого напряжения наносекундной длительности. Техническим результатом является повышение электрической прочности изолятора, ресурса работы и надежности разрядника. По сравнению с известным газонаполненным разрядником, содержащим оболочку, состоящую из металлического корпуса с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два противостоящих электрода, один из которых закреплен на внутренней торцевой поверхности корпуса, а другой - на меньшем основании изолятора, соединенного большим основанием с отбортовкой корпуса, а также вывод электрода, проходящий внутри изолятора и имеющий участок в виде усеченного конуса и цилиндрический участок, новым является то, что участок вывода, выполненный в виде усеченного конуса, соединен меньшим основанием с электродом, а большим основанием - с переходным участком в виде тела вращения, который в свою очередь соединен с цилиндрическим участком, при этом стыкующиеся торцы всех участков совпадают по диаметру. 2 ил.

Изобретение относится к газорязрядной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных газоразрядных приборов, например разрядников-обострителей для малогабаритных импульсных генераторов рентгеновских и электронных пучков и импульсов высокого напряжения наносекундной длительности.

Известен газонаполненный разрядник (Белкин Н.В., Тараканов М.Ю. и Тарасов М.Д. Портативный генератор субнаносекундных импульсов быстрых электронов.// ПТЭ 6, 1987 г., с. 133-134), содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два противостоящих электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а другой - на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, соединенного другим основанием с отбортовкой корпуса, и вывод электрода, проходящий внутри изолятора, с участком в виде усеченного конуса, большее основание которого соединено с электродом, а меньшее основание переходит в цилиндрический участок.

Недостатком аналога является большой диаметр корпуса, что ограничивает применение данного разрядника в портативных генераторах импульсных напряжений и рентгеновских и электронных пучков.

Наиболее близким к заявляемому является газонаполненный разрядник (Авилов Э. А. и Юрьев А.Л., Газонаполненные металлокерамические разрядники высокого давления.// ПТЭ. 2000. 2. С. 78-81, рис. (г)), содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два противостоящих электрода, один из которых закреплен на внутренней торцевой поверхности корпуса, а другой - на меньшем основании изолятора, соединенного большим основанием с отбортовкой корпуса, а также вывод электрода, проходящий внутри изолятора и имеющий участок в виде усеченного конуса и цилиндрический участок. Разрядник имеет диаметр корпуса примерно на 30% меньше, чем аналог и поэтому его применение позволяет в 1.5-2 раза снизить массу портативной высоковольтной аппаратуры.

Недостатком прототипа является неравномерное распределение электрического поля вдоль образующей изолятора в связи с уменьшением диаметра корпуса и вынужденным уменьшением диаметра малого основания изолятора по сравнению с аналогом. Это приводит к снижению электропрочности изолятора и вследствие этого уменьшению надежности и ресурса разрядника.

Задачей данного изобретения является создание малогабаритного разрядника с высокими надежностью и ресурсом.

Техническим результатом является повышение электропрочности изолятора, ресурса работы и надежности разрядника.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным газонаполненным разрядником, содержащим оболочку, состоящую из металлического корпуса с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два противостоящих электрода, один из которых закреплен на внутренней торцевой поверхности корпуса, а другой - на меньшем основании изолятора, соединенного большим основанием с отбортовкой корпуса, а также вывод электрода, проходящий внутри изолятора и имеющий участок в виде усеченного конуса и цилиндрический участок, новым является то, что участок вывода, выполненный в виде усеченного конуса, соединен меньшим основанием с электродом, а большим основанием - с переходным участком в виде тела вращения, который в свою очередь соединен с цилиндрическим участком, при этом стыкующиеся торцы всех участков совпадают по диаметру.

Дело в том, что уменьшение диаметра корпуса требует, в свою очередь, уменьшения диаметра малого основания конического изолятора. Это приводит к тому, что при использовании высоковольтного вывода, описанного в прототипе, то есть с участком в виде усеченного конуса, большое основание которого закреплено на электроде, распределение электрического поля вдоль изолятора становится неравномерным (что хорошо видно из неравномерного распределения изолиний вдоль изолятора и на графике напряженностей электрического поля (фиг. 2а)). При этом уменьшаются электропрочность изолятора, надежность и ресурс разрядника.

Для компенсации указанного недостатка предложено изменить форму высоковольтного вывода. Участок вывода, соединенный с электродом, имеет форму усеченного конуса, малое основание которого соединено с электродом, а большое основание - с переходным участком в виде тела вращения, который, в свою очередь, соединен с цилиндрическим участком. Расчеты электростатических полей внутри разрядника показали, а эксперименты подтвердили, что использование такого вывода приводит к выравниванию распределения поля вдоль всей поверхности изолятора, снижению напряженности поля вблизи малого основания изолятора и обеспечению максимально возможной электропрочности. Это хорошо видно из распределения линий равного потенциала и на графике напряженностей электрического поля вдоль образующей изолятора разрядника (фиг.2б).

На фиг.1 изображена конструкция заявляемого газонаполненного разрядника.

На фиг.2а, б приведены распределения линий равного потенциала и напряженностей электрического поля вдоль образующей изоляторов прототипа (а) и заявляемого разрядника (б).

Газонаполненный разрядник содержит оболочку, состоящую из металлического корпуса 1 с отбортовкой и изолятора 2 в виде полого усеченного конуса, и два противостоящих электрода 3, 4. Электрод 4 закреплен на внутренней торцевой поверхности корпуса, а электрод 3 - на меньшем основании изолятора, соединенного большим основанием с отбортовкой корпуса. Вывод 5 электрода 3 проходит внутри изолятора и имеет участок в виде усеченного конуса и цилиндрический участок. Участок вывода 5, выполненный в виде усеченного конуса, соединен меньшим основанием с электродом, а большим основанием - с переходным участком в виде тела вращения, который в свою очередь соединен с цилиндрическим участком, при этом стыкующиеся торцы всех участков совпадают по диаметру.

Работает заявляемый газонаполненный разрядник следующим образом. При подаче высокого напряжения к электродам 3 и 4 разрядника в межэлектродном промежутке возникает электрическое поле, напряженность которого определяется величиной приложенного напряжения, величиной межэлектродного зазора и конфигурацией электрического поля в зазоре. Когда напряженность поля достигает пробивной для данного газа, создаются условия для быстрого формирования канала разряда. При этом происходит перемыкание межэлектродного промежутка. В условиях высокого давления разряд носит искровой характер.

В примере конкретного выполнения разрядника-обострителя на импульсные напряжения 200-210 кВ разрядник располагается в среде трансформаторного масла и содержит цилиндрический корпус из нержавеющей стали с внутренним диаметром 47 мм и длиной 66 мм с толщиной стенки 1.5 мм. Внутри корпуса соосно расположены два электрода из тугоплавкого сплава ВНЖ7-3, образующие межэлектродный промежуток длиной 5 мм.

Один из электродов расположен на меньшем основании полого конического изолятора из керамики типа ВК 94-1, его диаметр 22 мм, другой выполнен плоским и расположен на внутренней торцевой поверхности металлического корпуса. Разрядник заполнен водородом при давлении 40 ати.

Вывод электрода, если рассматривать его от места закрепления на электроде, имеет расширяющийся конический участок, который переходит в цилиндрический участок, затем в конический сужающийся участок и, наконец, в другой цилиндрический участок, который служит для подключения разрядника к другим устройствам. Средние конический и цилиндрический участки в данном случае составляют переходный участок. Переходный участок может также иметь бочкообразную и другие формы.

Таким образом, применение описанного выше высоковольтного вывода позволило обеспечить равномерное распределение электрического поля вдоль поверхности изолятора и тем самым повысить на 20-25% электрическую прочность изолятора, что, как показывает опыт работы с газонаполненными металлокерамическими разрядниками, соответствует увеличению ресурса в несколько раз.

Формула изобретения

Газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса с отбортовкой и изолятора в виде полого усеченного конуса, два противостоящих электрода, один из которых закреплен на внутренней торцевой поверхности корпуса, а другой - на меньшем основании изолятора, соединенного большим основанием с отбортовкой корпуса, а также вывод электрода, проходящий внутри изолятора и имеющий участок в виде усеченного конуса и цилиндрический участок, отличающийся тем, что участок вывода, выполненный в виде усеченного конуса, соединен меньшим основанием с электродом, а большим основанием - с переходным участком в виде тела вращения, который в свою очередь соединен с цилиндрическим участком, при этом стыкующиеся торцы всех участков совпадают по диаметру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2