Газонаполненный разрядник

/ОО ЕНИ АВТОРСКОМУ ИДЕУЕЛЬСТЕУ 5 с пиГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЛИСАНИЕ ИЗОБР(57) Изобретение мокет быть использовано при разработке высоковольтныхгазоразрядных приборов, например,для иалогабаритнох импульсних рентгено вских,аппаратов. Газонаполненный разрядник (ГНР) имеет оболочку, сосгояачв из металлического корпуса (ИК)в виде цилиндрического стакана с отбортовкой 2, изолятор в ниле 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 электродаимеет вид усеченного конуса. В о анин изобретения приведены математические зависимости размеров изолятора ИК 1 и вывода б. П 1 Р имеет повыленную лектрифуескяО прочность 5 ил,, Изобретение относится к газоразрядиой технике и может быть использовано при разработке высоковольтныхгазоразрядных приборов, например разрядников-обострнтелей для малогабаритных импульсных рентгеновских аппаратов, и схем формирования высоковольтных импульсов напряжения наносекундной длигельности.Цель изобретения - повышение электрической прочности газонаполненногоразрядника,На фиг. 1 показан гаэонаполненныйразрядник; на фиг. 2 дана кривая иэ 11 ярменения напряжения пробоя ( вв -)Цпр. мюМв относительных единицах от отношениядиаметра Й вывода электрода к диаметру 0 отбортовка корпуса, на фиг.З 204 и 5 даны кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора1. ние от большего основания изоляторадо рассматриваемой точки поверхностивдоль образующей изолятора; 1длина образующей изолятора) при различ"ных значениях расстояния между боль" 30шим основанием изолятора и внутреннейцилиндрической поверхностью корпуса,различныхзначениях угла о конической поверхности вывода электрода и01 35различных значений отношения -1 и .угла Ы, конической поверхности изоля"тора соответственно.Газонаполненный разрядник содержит металлический корпус 1 в виде 40цилиндрического стакана с отбортовкой2, изолятор 3 в виде полого усеченного конуса, размещенного внутри корпуса 1, электроды 4 и 5, один из которых 4 закреплен на внутренней поверхности дна корпуса 1, а другой5 - на торцовой поверхности меньшегооснования изолятора 3, соединенногодругим основанием с отбортовкой 2корпуса 1, вывод 6 электрода 5, часть 50которого расположенная внутри изоля"тора, выполнена в виде конуСа йштенгеля 7. для наполнения разрядникагазом.На фиг. 2 приведена указанная за 55висимость, при снятии которой изменялся только диаметр вывода 6 электрода 5 при 0 = 50 ми, На фиг, 3 приведены кривые изиекения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора 3 разрядника при приложении импульсного напряжения между электродами 4 и 5 с амплитудой 500 кВ для трех значений расстояния Б между большим основанием изолятора 3 и внутренней.щщиндрической поверхностью корпуса 1 В-Б7 ми.У В - Б = 14 ми,Кривые приведены для разрядников с иежэлектродным расстоянием Б7 мм и геометрическими размераии изолятора 3 и вывода 6 электрода 5: О, щ30 мм, Э - 50 мм о = 20 ооУЭ = 20 , й = 12 ми, высота изолятора Ь = 60 мм, 0= 50 ми.На фиг. 4 приведены кривые изменения потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверх" ности изолятора 3 разрядника при приложении импульсного напряжения между электродаии 4 и 5 с аиплйтудой 500 кВ для пяти значений Ы А=25 5 оФ о = 45 ф ГД -0при -10 бр . Ф Э 5020, 0,25 с - СО 5о й3 Кривые приведены для разрядников с иежэлектродным расстоянием Б = - 7 ми и геометрическими размерами изолятора 3: В = ЗО мм, В = 50 мм, высота изолятора Ь = 60 им 0 Э = = 50 ми. Большее основание изолятора 3 отстоит от цилиндрической поверхности корпуса 1 на расстоянии, равном удвоенному расстоянию между электродаии 4 и 5 (Б=.14 мм), При изменении угла Ы отношениеостава-"йд Ыось в пределах 0,25-0,5.На фиг. 5 приведены кривые измене- иия потенциала электрического поля вДоль образующей конической поверхности изолятора 3 разрядника при при"лежении импульсного напряжения междуэлектродами 4 и 5 с амплитудой 500 кВдля пяти значений е, и -РА-о35 -030 Р1 )2))фнг, 4 и фиг. 5.Электрическая прочность предлагаемой конструкции разрядника определяется поверхностной электрическойпрочностью изолятора 3 и электрической прочностью промежутка между выводом 6 электгода 5 и отбортовкой 2металлического корпуса 1.Как видно из фиг. 2 зависимостьнапряжения пробоя между выводом электрода и отбортовкой корпуса от отно 1щения - (диаметр отбортовки равенРувнутреннему диаметру Р большего основания изолятора) имеет янно выраЙженцый экстремум. При - = 0,38 крир 1вая зависимости имеет максимум, а 25 пр априв" 0,9 отношениележитпр.мскс РэЙв пределах 0,25 с - с 0,5. В этомьслучае пр межуток между выводом элек- ЗО трода и отбортонкой корпуса имеетдостаточно большую электрическуюпрочность,с 1 с 1Прис 0,25 и - 7 0,5 эависиРРмость напряжения пробоя указанногопромежутка резко уменьшается. 40 При приложении высоковольтного импульсного напряжения к промежутку между электродами 4 и 5 происходит его пробой и импульс напряжения, 46 .обусловленный протеканием тока в разрядном контуре, выделяется на нагрузке, при этом крутизна нарастания импульса напряжения на нагрузке определяется временем коммутации раз- ВО рядника и индуктинностью разрядного контура. Во время воздействия импульсного напряжения между электродами 4 и 5 распределение потенциала электрического поля вдоль образующей конияеской поверхности изолятора Э и меж-,- ду выводом 6 электрода 5 и корпусом1 зависит от взаимного расположения изолятора 3, корпуса 1 и вывода 6 О Рпри Ы 1 О0,25 с0о Кривые приведены для разрядников с межэлектродным расстоянием Б . - 7 мм, высотой изолятора 3 Ь60 мм и внутренним диаметром большего основанияlизолятора Э Р50 мм. Большее основание изолятора 3 отстоит от внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 на расстоянии 8, 14 мм, Угол е(, и соответственно от;юшенне Р- изменялись за счет изменения внутР 1реннего диаметра Р. меньшего основания изолятора 3, Для сохранения постоянного угла Ы соответственно изменялся диаметр д вывода 6 электродас 5 так, чтобы 0,25 сс 0,5,Разрядник работает следующим образом. Д зПрис 0,25 (Рсопз) на ха3рактер изменения напряжения пробоя вбольшей степени влияет кривизна поверхности вывода электрода. Известно,что напряженность электрического поля вблизи цилиндрического стержняобратно пропорциональная квадратурадиуса стержня, т.е. напряженностьэлектрического поля с уменьшениемдиаметра вывода унеличивается)чтовлечет за собой снижение напряженияпробоя промежутка.йПри0 5 (Р = сопз) на хаРз =эрактер изменения напряжения пробоя вбольшей степени нлияет уменьшениезазора между нынодом электрода и отбортовкой корпуса, чем ослаблениенапряженности электрического нолявблизи вывода электрода за счет увеличения его диаметра, 51431Из приведенного вьве следует, чтодля увеличения электрической проч"ности разрядника необходимо соблюдатьследующее соотношение:50,25 "с 0,5й3Как видно из Фиг. 3 на распределе ние потенциала электрического поля 10 вдоль образующей изолятора влияет расположение корпуса относительно изолятора. При расположении корпуса в непосредственной близости от изолятора (расстояние между внутренней 5 цилиндрической поверхностью корпуса и большим основанием изолятора Яа О) имеет место резкое искажение распределения потенциала электрического поля (усиление напряженности электри" 2 О ческого поля) в нижней части изолятора ближе к металлическому корпусу (см. 4 иг. 3, кривая А), При удалении изолятора от внутренней цилиндрической поверхности корпуса происходит 2 Б выравнивание потенциала электрического поля вдоль образующей конической поверхности изолятора и при расстоя" нии равном межэлектродному расстоянию, оно близко к равномерному (см. ЗО Фиг. 3, кривая Б). При дальнейшем увеличении расстояния между внутрен" ней цилиндрической поверхностью корпуса И большим основанием изолятора до расстояния, равного удвоенному расстоянию между электродами, распределение потенциала электрического поля становится линейньм (см. Фиг.З, кривая В). Дальнейшее увеличение расстояния между виутренней цилиндри О ческой поверхностью корпуса и большим основанием изолятора приводит к неоправданному увеличению габаритов разрядника, поэтому при снятии распределения потенциала электрического 4 ц ноля вдоль образующей изолятора огра-ничиваются расстоянием, равным удвоенф ному расстоянию между электродами,Таким образом, для увеличения электрической прочности разрядника ц необходимо удалить внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса от большего основания изолятора на рас" стояние не менее расстояния междуэлектродами. 55Из рассмотрения кривых, приведенных на Фиг, 4, следует, что на распределение потенциала электрического поля вдоль образующей изолятора 588влияет величина углами коническойповерхности вывода электрода,оПри с = 5 имеет место резкоеискажение распределения потенциала(усиление напряженности электрического поля) в верхней части изолятора ближе к месту соединения выводаэлектрода с меньшим основанием изолятора, Это объясняется близким расположением конической поверхностивывода электрода относительно поверхности изолятора (см. фиг, 4, кривая В), При увеличении угла Ы конической поверхности вывода электродапроисходит выравнивание распределения потенциала вдоль образующей поверхности изолятора и при а107оно близко к равномерному (см. Фиг.4,кривая В). При увеличении угла с до1взначения, равного 25 , распределениепотенциала эл,поля становится линейным (см. Фиг. 4 кривая А).Дальнейшее увеличение углавы.зывает уменьшение напряженности поля в верхней части изолятора, чтовлечет за собой неравномерное распределение потенциала электрического поля вдол;. образующей изолятора приэтом, когда с= 45 (см, фиг. 4,кривая Г), распределение потенциалаеще остается близко к равномерному,а при дальнейшем увеличении угладо 50 (см, фиг, 4, кривая Д) неравномерность распределения потенциала резко увеличивается. Из приведенного выше следует, что для увеличения электрической прочности разрядника необходимо выбирать угол И конической поверхности вывода .электрода в пределах 10 ( ы (45,Цз рассмотрения кривых, приведенных на фиг. 5, следует, что на распределение потенциала электрического по-, ля вдоль образующей изолятора О, также влияет конфигурация изолятора (величина отношения - и угол М).ЦгПри= 0,9, а,- "5 (см, Фиг, 5 ,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 распрложением конической по45 10 ( М,30Таким образом, предлагаемая кои- струкпжя разрядника при соблюдении следующих соотношений: . 60 г 10 4 е, 6 30 10 ф с,С с 450,25 С -0,5(з верхности вывода электрода относительно поверхности изолятора,РПри уменьшении отношения - и соР.ответственно при увеличении угла Ы5т.е. при удалении конической поверхности изолятора относительно конической поверхности вывода электродапроисходит выравнивание распределения потенциала электрического полявдоль образующей изолятора и прнР о0,8 а10 (см. фиг, 5, кри.йвая Г) оно близко к равномерномуеР 6При - щ 0,6, с, 20 распреде 1ление потенциала электри;еского поляпрактически линейно,При дальнейшем уменьшении огношеРсния - и соответственно увеличель.Ргугла е(1 происходит уменьшение напряженности электрического поля в верхней,части изолятора, что влечет за 28собой неравномерное. Распределениепотенциала электрического поля вдольобразующей изолятора, при этом, когда- 0,4 Ы 1 = 30 (см. фиг, 5, кривая Б), распределение потенциала ещеостается близко к равномернсму, аРпри дальнейшем уменьшения ; и со-Рх.ответственно увеличении угла Ы,(см,.35фиг, 5, кривая А) неравномерностьраспределения потенциала резко увеличивается.Из рассмотрения кривых, приведенных иа фиг. 5, следует, что для уве 1 личения электрической прочности разрядника необходимо соблюдать соотно- шения 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 аппаратуреКроме того, использование предлагаемой конструкции разрядника в импульсных генераторах высокого напряжения наносекундного диапазона позволяет в 1,5 раза увеличить амплитуду импульса выходного напряжения за 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 изобретенияГаэонаполненный 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 которыхзакреплен 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения электрической проч-1ности разрядника, большее основание изолятора отстоит от внутренней цилиндрической поверхности корпуса на расстояние, не менее расстояния между электродами, вывод электрода выполненс в виде усеченного конуса, большее ос" нование которого соединено с электродом, а меньшее основание переходит в цилиндрическую часть, при этом размеры изолятора корпуса и вывода выбраны из выражения04е 08 Рс. ф г 10а,30С 45до 25-ф 1 Э 0,5,Рб УР РР ФЫР. 3Е 8 у 1 аа Пд РР ГРфУр РЮ Р(78 Составитель В,Ходненко Редактор В.Фельдман Техред И.Дидык Корректор О. Кравцовкая наб. 1, Нрое;ктнля предприятие, г. Ужгород,Производстве,щ где П, - внутренний диаметр меньшего основанйя изолятора, м П - внутренний диаметр большего основания изолятора, м Ютр щютцарг а 4 РЮ аЮ 4 ЪГ Я 4 Юя ЯЮ УфФЮ углы конической поверхностиизолятора и вывода электрода.соответственно 1д - диаметр цилиндрической части вывода электрода, м Вэ - диаметр отверстия отбортовки корпуса, м,