Газонаполненный разрядник

Газонаполненный разрядник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ CQBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ К .. РЕСПЛИТИН

А1 (51) 5 H 01 J 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ЙЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30.08. 91. Бюл, В 32 (21) 4181957/21 (22) 16.01.87 (72) Э.А.Авилов, H,Â.Beëêèë и Б.П.Меркулов (53) 621.387.34(088.8) (56) Киселев !О.Â., Черепанов В.Г, Искровые разрядники. И,: Сов.радио, 1976, с. 42,47.

Авторское свидетельство СССР .

У 360886, кл. Н 01 J 17/ 18, 1970. (54) ГАЭОНАПОЛНЕННьФ РАЗРЯДНИК (57) Изобретение мокет быть использовано при разработке высоковольтных газоразрядных приборов, например, для малогабаритных импульсных рент„, SU„„3433588 гено вских,аппаратов. Газонаполненный разрядник (ГНР) имеет оболочку, сос-.ояцую из металлического корпуса (ИК) в виде цилиндрического стакана с отбортовкой 2, изолятор в ниде полого усеченного конуса, большее основание которого отстоит от внутренней цилиндрической поверхности ИК 1 на расстоянии, не менее расстояния мепду электродами 4 и 5. Вывод б электрода

5 имеет вид усеченнсго конуса. В описании изобретения приведены математические зависимости размеров изолятора ИК 1 и вывода 6. П1Р имеет повышенную электрическую прочность. 5 ил.

1431588, Изобретение относится к газораз рядиой технике и может быть использовано при разработке высоковольтных газоразрядных приборов, например разрядников-обострнтелей для малогабаритных импульсных рентгеновских- аппаратов, и схем формирования высоковольтных импульсов напряжения наносекундной длигельности.

Цель изобретения - повышение электрической прочности газонаполненного разрядника.

На фиг. 1 показан гаэонаполненный . разрядник; на фиг. 2 дана кривая иэ11 яр. менения напряжения пробоя (†-- †-)

Uftð. маМ в относительных единицах от отношения диаметра d вывода электрода к диаметру D отбортовка корпуса, на фиг.3 20

4 и 5 даны кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора

1 (от,отношения —, где 1 ". расстоя1 В .ние от большего основания изолятора до рассматриваемой точки поверхности вдоль образующей изолятора; 1 длина образующей изолятора) при различных значениях расстояния между большим основанием изолятора и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, различных значениях угла .конической поверхности вывода электрода и

D1 35 различных значений отношения -1 и . р угла d конической поверхности изоля" тора соответственно.

Газонаполненный разрядник содержит металлический корпус 1 в виде 40 цилиндрического стакана с .отбортовкой

2, изолятор 3 в виде полого усеченного конуса, размещенного внутри -корпуса 1, электроды 4 и 5, один из которых 4 закреплен на внутренней по- 45 верхности дна корпуса 1, а другой

5 — на торцовой поверхности меньшего основания изолятора 3, соединенного другим основанием с отбортовкой 2 корпуса 1, вывод 6 электрода 5, часть50 которого расположенная внутри изолятора, выполнена в виде конуса и штенгеля 7. для наполнения разрядника газом.

На фиг. 2 приведена указанная за55

Г висимость, при снятии которой изменялся только диаметр вывода 6 электрода 5 при Р = 50 мм.

На фиг, 3 приведены кривые измекения потенциала электрического поля вдоль. образующей конической nosepxности изолятора 3 разрядника при приложении импульсного напряжения между электродами 4 и 5 с амплитудой

500 кВ для трех значений расстояния

S между большим основанием изолятора 3 и внутренней.щжиндрической поверхностью корпуса 1

А S1 03

Б-S ° 7мм

1 .У

В-S =14мм. .1

Кривые приведены для разрядников с межэлектродным расстоянием S 7 мм и геометрическими размерами изолятора 3 и вывода 6 электрода 5: D

30 мм, Р 50 мм 0 - =20 а( о

° f Э ф.

= 20, и = 12 мм, высота изолятора

Ь = 60 мм, D > = 50 мм.На фиг. 4 приведены кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверх" кости изолятора 3 разрядника при приложении импульсного напряжения между электродами 4 и 5 с амплйтудой

500 кВ для пяти значений

А - e(-- 25

2" е(= 45, Г д— р при -1 0 б р ° I

20, 0 25 а с0 5: о d

113

Кривые приведены для разрядников с межэлектродным расстоянием S = — 7 мм и геометрическими размерами изолятора 3: Р = 30 мм, D< = 50 мм, высота изолятора h = 60 мм р Э =

= 50 мм. Большее основание. изолятора

3 отстоит от цилиндрической поверхности корпуса i на расстоянии, равном удвоенному расстоянию между электродами 4 и 5 (S „ =.14 мм). При изменении угла e(отношение -- остава-"

d. рэ

Ыось в пределах 0,25 — 0,5.

Ъ

На фиг. 5 приведены кривые измене- иия потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора 3 разрядника при прилежении импульсного напряжения между электродами 4 и 5 с амплитудой 500 кВ для пяти значений e(, и ->

Р

А -о ° 35 -.- 0 3 о Р»

1 S

° в

Б-е, 30 "- 04 о D<

1. Ф D э ° х

В-4 20 - 06

0 Р;

1 Р

Е 1 т

315ВВ 4 электрода 5, а также от их, конфигурации.

Вышеуказанное подтверждается кри5 вымя, приведенными на фиг. 2, фиг. 3

° 1 ° Э; фнг. 4 и фиг. 5.

Электрическая прочность предлагаемой конструкции разрядника определяется поверхностной электрической прочностью изолятора 3 и электрической прочностью промежутка между выводом 6 электрода 5 и отбортовкой 2 металлического корпуса I.

Как видно из фиг. 2 зависимость напряжения пробоя между выводом электрода и отбортовкой корпуса от отноd щения — (диаметр отбортовки равен

Dg внутреннему диаметру D большего основания изолятора} имеет янно выраЙ женный экстремум. При — = 0,38 крир 1 вая зависимости имеет максимум, а

25 пр а при --- †-- "i 0,9 отношение -- лежит пр.мс кс Рз

Й в пределах 0,25 < — с 0,5. В этой ь случае промежуток между выводом элекЗО трода и отбортонкой корпуса имеет достаточно большую электрическую прочность, d д

При -- 0,25 и — р 0,5 эависиР Р„ мость напряжения пробоя указанного промежутка резко уменьшается.

При приложении высоковольтного импульсного напряжения к промежутку между электродами 4 и 5 происходит его пробой и импульс напряжения,. 45 .обусловленный протеканием тока в разрядном контуре, выделяется на нагрузке, при этом крутизна нарастания импульса напряжения на нагрузке определяется временем коммутации раз- 50 рядника и индуктинностью разрядного контура. Во время воздействия импульсного напряжения между электродами 4 и 5 распределение потенциала электрического поля вдоль образующей конияеской поверхности изолятора 3 и меж-.ду выводом 6 электрода 5 и корпусом

1 зависит от взаимного расположения изолятора 3, корпуса 1 и вывода 6

О Р ,Г - с(10 — О 8

1 1

Ф В

Д-e(5 — О 9

Dг

D 9 при а(10 ° 0,25с -- 405, о

Кривые приведены для разрядников с межэлектродным расстоянием S = 7мм, высотой изолятора 3 h 60 мм и внутренним диаметром большего основания

l изолятора 3 D> 50 мм. Большее основание изолятора 3 отстоит от внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 на расстоянии 8, 14 мм.

Угол а(, и соответственно отношение

D) — изменялись 9cl счет изменения внутDg реннего диаметра D, меньшего основания изолятора 3. Для сохранения постоянного угла Ы соответственно изменялся диаметр d вывода 6 электрода с-5 так, чтобы 0,25 «с -- с 0,5. ь

Разрядник работает следующим образом.

d .1

При -- < 0,25 (D > const) на ха"

3 рактер изменения напряжения пробоя в большей степени влияет кривизна поверхности вывода электрода. Известно, что напряженность электрического поля вблизи цилиндрического стержня обратно пропорциональная квадрату радиуса стержня, т.е. напряженность электрического поля с уменьшением диаметра вывода унеличивается, что влечет за собой снижение напряжения пробоя промежутка.

При -- 0 5 (D = const) íà хаD

° з = э рактер изменения напряжения пробоя в большей степени нлияет уменьшение зазора между нынодом электрода и отбортовкой корпуса, чем ослабление напряженности электрического оля вблизи вывода электрода за счет увеличения его диаметра.

1431

Из приведенного вьые следует, что для увеличения электрической прочности разрядника необходимо соблюдать следующее соотношение:

0,25 -- с 0,5

3

Как видно из фиг. 3 на распределение потенциала электрического поля IG вдоль образующей изолятора влияет расположение корпуса относительно изолятора. При расположении карлуса в непосредственной близости от изолятора (расстояние между внутренней !5 цилиндрической поверхностью корпуса и большим основанием изолятора S4 Q) имеет места резкое искажение распределения потенциала электрического поля (усиление напряженности электри- 20 ческого поля) в нижней части изолятора ближе к металлическому корпусу (см. фиг. 3, кривая А). При удалении изолятора От внутренней цилиндрической поверхности корпуса происходит выравнивание потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора и при расстоянии равном межэлектродному расстоянию, 0Но близко к равномерному (см. ЗО фиг. 3, кривая Б). При дальнейшем увеличении расстояния между внутренней цилиндрической поверхностью кор. пуса И большим основанием изолятора до расстояния, равного удвоенному расстоянию между электродами, распределение потенциала электрического паля становится линейным (см. фиг.3, кривая В)..Дальнейшее увеличение расстояния между виутренней цилиндри- 40 ческой поверхностью корпуса и больBIHM ocHîâàHéåì изолятора приводит к неоправданному увеличению габаритов разрядника, поэтому при снятии распределения потенциала электрического 4ц ноля вдоль образующей изолятора ограничиваются расстоянием, равным удвоен4 ному расстоянию между электродами, Таким образом, для увеличения электрической прочности разрядника ц необходимо удалить внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса от большего основания изолятора на расстояние не менее расстояния между электродами. 55

Из рассмотрения кривых, приведенных на фиг. 4, следует, что на распределение потенциала электрического поля вдоль образуюшей изолятора

588 влияет величина углами конической поверхности вывода электрода. о при с 2 = 5 имеет место резкое искажение распределения потенциала (усиление напряженности электрического поля) в верхней части изолятора ближе к месту соединения вывода электрода с меньшим основанием изолятора, Это объясняется близким расположением конической поверхности вывода электрода относительно поверхности изолятора (см. фиг. 4, кривая В), При увеличении угла » „ конической поверхности вывода электрода происходит выравнивание распределения потенциала вдоль образующей по верхности изолятора и при а(I0

2 оно близко к равномерному (см. фиг.4, кривая В). При увеличении угла c(< до

I в значения, равного 25, распределение потенциала эл.поля становится линейным (см. фиг. 4 кривая A) .

Дальнейшее увеличение угла d вы.э .зывает уменьшение напряженности поля в верхней части изолятора, что влечет за собой неравномерное распределение потенциала электрического поля вдол;. образующей изолятора„ при этом, когда 2= 45 (см. фиг. 4, кривая Г), распределение потенциала еще остается близко к равномерному, а при дальнейшем увеличении угла до 50 (см, фиг, 4, кривая Д) неравномерность распределения потенциала резко увеличивается.

Из приведенного выше следует, что для увеличения электрической прочности разрядника необходимо выбирать угол d2 конической поверхности вывода .электрода в пределах 10 6 12 4 45

Цз рассмотрения кривым, приведенных на фиг. 5, следует, что на распределение потенциала электрического по-, J ля вдоль образующей изолятора D также влияет конфигурация изолятора (величина отношения — g угол М1).

D1 2

При " 0,9, а 1 5 (см, фиг. 5»

Dt ,кривая Д) имеет место резкое искажение распределения потенциала электрического поля (усиление напряженности электрического коля) в верхней части изолятора ближе к месту соединения вывода электрода с меньшим основанием изолятора, что объясняется близким расположением конической по-..

1431588

0,4 сс -> а 0,8

45

1

04 а -- с 08

Dg. ф D ф

10 4 о(, «(30

10О < Ы а C45О

0,25(— 4 0 5 (3

10 (а(, (30

104 ((C 45 верхности вывода электрода относительно поверхности изолятора, D(При уменьшении отношения - и cd<

02. ответственно при увеличении угла о(,, 5 т.е. при удалении конической поверхности изолятора относительно конической поверхности вывода электрода происходит выравнивание распределения потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора и прн

Dq o — 0,8 e(10 (см. фиг, 5 кри..й вая Г) Оно близко к равномерномуе

Di о

При - 0,6, et, 20 ра""преде2 ление потенциала электрического поля практически линейно, При дальнейшем уменьшении огношеDю ния - и соответственно увеличепь-..

2 угла о(происходит уменьшение напряженности электрического поля в верхней,части изолятора, что влечет за 26 собой неравномерное. распределение потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора, при этом, когда

-" 0,4 о(1 30 (см. фиг. 5, кривая Б), распределение потенциала еще остается близко к равномерному, а

0 при дальнейшем уменьшения ;- и со-

Р2 ответственно увеличении угла a(, (см. фиг. 5, кривая А) неравномерность

35 распределения потенциала резко увеличивается.

Из рассмотрения кривых, приведенных на фиг. 5, следует, что для уве 1личения электрической прочности раз)рядника необходимо соблюдать соотношения

10 (о(, c 30

Таким образом, предлагаемая кон- струкция разрядника при соблюдении следующих соотношений: . н выполнении расстояния между внутренней цилиндрической пбверхностью корпуса и большим основанием изолятора не менее ме .электродного позволяет значительно повысить и получить.максимально возможную электрическую прочность, что повышает надежность работы разрядника в аппаратур е, Кроме того, использование предлагаемой конструкции разрядника в импульсных генераторах высокого напряжения наносекундного диапазона

1 позволяет в 1,5 раза увеличить амплитуду импульса выходного напряжения

sa счет большой распределенной емкости между выводом электрода и корпусом разрядника, Предлагаемый разрядник найдет широкое применение в импульсных рентгеновских аппаратах для дефектоскопни металлоконструкций и в специальных областях науки и техники.

Формула изобретения

Гаэонаголненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой н изолятора в виде полого усеченного конуса, два противостоящих электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического ,стакана, а другой — на торцовой по" верхности меньшего основания изолятора, соединенного другим основанием с отбортовкой корпуса, и вывод электрода, проходящий внутри изолятора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения электрической проч- ..

1 ности разрядника, большее основание изолятора отстоит от внутренней цилиндрической поверхности корпуса на расстояние, не менее расстояния между электродами, вывод электрода выполнен к в виде усеченного конуса, большее основание которого соединено с электродом, а меньшее основание переходит в цилиндрическую часть, при этом pasмеры изолятора корпуса и вывода выбраны из выражения

<1

0 25-

0,5, Ю - М 0Ю 0d М

44/<Г g

4(3J

07 Ю4 Рб 08 16 фыР. 3

Е

Составитель В.Ходненко

Редактор В.Фельдман Техред И.Дидык Корректор 0, Кравцова

Тираж 302 Поу;писное

ВНИИПИ Г <исудярственного комитета РСФСР!

I< и .<и«< изобретений и открытий

11303, М< <:кв;-<, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3444

Производствеип,< .<и: р;<4и;::< к<зе предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где D, - внутренний диаметр меньшего основания изолятора, м3

D - внутренний диаметр большего основания изолятора, м

Ютр углы конической поверхности изолятора и вывода электрода .соответственно

d — диаметр цилиндрической части вывода электрода, м

D> — диаметр отверстия отбортовки корпуса, м.

Ю ОФ Ю 10

Фиг.Ф

1р