RU2208280C1 - Gas-filled spark gap - Google Patents
Gas-filled spark gap Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208280C1 RU2208280C1 RU2001130215A RU2001130215A RU2208280C1 RU 2208280 C1 RU2208280 C1 RU 2208280C1 RU 2001130215 A RU2001130215 A RU 2001130215A RU 2001130215 A RU2001130215 A RU 2001130215A RU 2208280 C1 RU2208280 C1 RU 2208280C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- spark gap
- main
- gas
- additional
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке газонаполненных искровых разрядников с высокой стабильностью срабатывания, применяемых в генераторах импульсных токов и напряжений, в системах зажигания авиационных двигателей, источником рентгеновского излучения. The invention relates to a gas-discharge equipment and can be used to develop gas-filled spark arresters with high stability of operation, used in pulse current and voltage generators, in ignition systems of aircraft engines, an x-ray source.
Известен газонаполненный искровой разрядник, содержащий трубчатый корпус из изолирующего материала и два электрода, расположенных один против другого. Торцевые части электродов покрыты активирующей массой. Для предварительной ионизации газа на внутреннюю стенку корпуса или на один или оба электрода наносится радиоактивное вещество (см. пат. ФРГ 2.735.865, кл. H 01 T 3/00, 1977). Known gas-filled spark gap, containing a tubular body of insulating material and two electrodes located one against the other. The end parts of the electrodes are coated with an activating mass. For preliminary ionization of the gas, a radioactive substance is deposited on the inner wall of the housing or on one or both electrodes (see US Pat. FRG 2.735.865, class H 01
Недостатком данного разрядника является наличие радиоактивного вещества, используемого для предварительной ионизации основного разрядного промежутка с целью стабилизации напряжения пробоя. Наличие радиоактивного вещества приводит к значительным затратам для обеспечения безопасности как при изготовлении, так и при эксплуатации, необходимости учета, сбора и захоронения отработанных изделий, а также к ограничению областей применения. The disadvantage of this spark gap is the presence of a radioactive substance used for preliminary ionization of the main discharge gap in order to stabilize the breakdown voltage. The presence of a radioactive substance leads to significant costs to ensure safety both in manufacturing and in operation, the need for accounting, collection and disposal of waste products, as well as to limit the scope.
Известен также газонаполненный искровой разрядник, содержащий основные электроды, образующий разрядный промежуток и дополнительный электрод, выполненный в виде петли из проволоки и имеющий электрический контакт с одним из основных электродов (см. авт. свид. СССР 650127, кл. H 01 T 1/00, 1977). Also known is a gas-filled spark gap, containing the main electrodes, forming a discharge gap and an additional electrode made in the form of a loop of wire and having electrical contact with one of the main electrodes (see ed. Certificate of the USSR 650127, class H 01 T 1/00 , 1977).
К недостаткам этого газонаполненного искрового разрядника относится то, что в разряднике для стабилизации напряжения пробоя используется дополнительный электрод, выполненный в виде петли из проволоки и имеющий электрический контакт с одним из основных электродов. Введение дополнительного электрода такой формы приводит к резкой асимметрии электрического поля в разряднике и неравномерному распределению напряженности поля в основном межэлектродном промежутке. Такая асимметрия электрического поля является причиной неравномерности выработки материала основных электродов, что в свою очередь вызывает неоднородность микроструктуры их рабочего поверхностного слоя. The disadvantages of this gas-filled spark gap are that an additional electrode is used in the spark gap to stabilize the breakdown voltage, made in the form of a wire loop and having electrical contact with one of the main electrodes. The introduction of an additional electrode of this shape leads to a sharp asymmetry of the electric field in the spark gap and an uneven distribution of field strength in the main interelectrode gap. Such asymmetry of the electric field causes the uneven production of the material of the main electrodes, which in turn causes heterogeneity of the microstructure of their working surface layer.
Неоднородность электрического поля в основном разрядном промежутке и усиление неоднородности микроструктуры поверхностных слоев основных электродов приводит к снижению стабильности напряжения пробоя в процессе наработки. The inhomogeneity of the electric field in the main discharge gap and the increase in the heterogeneity of the microstructure of the surface layers of the main electrodes leads to a decrease in the stability of the breakdown voltage during operation.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является газонаполненный искровой разрядник, содержащий два соосно расположенных основных электрода и дополнительный электрод, выполненный в виде полого тела вращения с осевым отверстием, расположенный коаксиально с одним из основных электродов и имеющий с ним электрический контакт (см. пат. США 3.702.952, кл. 317-62, 1971 г.). Closest to the proposed invention is a gas-filled spark gap, containing two coaxially located main electrodes and an additional electrode made in the form of a hollow body of revolution with an axial hole, located coaxially with one of the main electrodes and having electrical contact with it (see US Pat. US 3.702 .952, CL 317-62, 1971).
К причинам, препятствующим достижение требуемого технического результата при использовании известного газонаполненного искрового разрядника, принятого за прототип, относится то, что в известном газонаполненном искровом разряднике введенный для стабилизации напряжения пробоя дополнительный электрод делает неравномерным электрическое поле между рабочими поверхностями основных электродов с усилением электрического поля на краях электродов. Неравномерность электрического поля в основном межэлектродном промежутке приводит к неравномерности эрозии материала электродов и является причиной снижения напряжения пробоя в процессе наработки. Задачей заявляемого изобретения является создание газонаполненного искрового разрядника с высокой стабильностью напряжения пробоя. For reasons that impede the achievement of the desired technical result when using the known gas-filled spark gap, adopted as a prototype, the additional electrode introduced to stabilize the breakdown voltage introduced in the known gas-filled spark gap makes the electric field non-uniform between the working surfaces of the main electrodes with electric field amplification at the edges electrodes. The unevenness of the electric field in the main interelectrode gap leads to uneven erosion of the material of the electrodes and is the cause of a decrease in the breakdown voltage during operation. The objective of the invention is the creation of a gas-filled spark gap with high stability of the breakdown voltage.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном газонаполненном искровом разряднике, содержащем два соосно расположенных основных электрода и дополнительный электрод, выполненный в виде полого тела вращения с осевым отверстием, расположенный коаксиально с одним из основных электродов и электрически соединенный с ним, введен второй дополнительный электрод, выполненный как и первый дополнительный электрод в виде полого тела вращения с осевым отверстием, коаксиально расположенный относительно второго основного электрода и электрически соединенный с этим электродом, при этом диаметры основных электродов d, диаметры отверстий в дополнительных электродах D, расстояние между соответствующими рабочими поверхностями основных электродов и торцевыми поверхностями дополнительных электродов h, а величина основного межэлектродного промежутка S0 связаны следующими соотношениями:
Предлагаемая конструкция газонаполненного искрового разрядника и выбор геометрических размеров его элементов в пределах указанных выше соотношений созданных условий для возникновения осесимметричного коронирующего разряда между кромками отверстий в дополнительных электродах при напряжении ниже или близком к напряжению возникновения искры между основными электродами, что обеспечивает высокую стабильность напряжения пробоя.The specified technical result is achieved by the fact that in the known gas-filled spark gap containing two coaxially spaced main electrodes and an additional electrode made in the form of a hollow body of revolution with an axial hole, located coaxially with one of the main electrodes and electrically connected to it, a second additional electrode is introduced made like the first additional electrode in the form of a hollow body of revolution with an axial hole, coaxially located relative to the second main elec ode and electrically connected to this electrode, the main electrode diameter d, the diameters of the holes in the additional electrodes D, the distance between the working surfaces of the main electrodes and the end faces of electrodes additional h, and the value of the main electrode gap S 0 are related by the following relationships:
The proposed design of a gas-filled spark gap and the choice of the geometric dimensions of its elements within the above ratios of the created conditions for the occurrence of an axisymmetric corona discharge between the edges of the holes in the additional electrodes at a voltage below or close to the voltage of the occurrence of a spark between the main electrodes, which ensures high breakdown voltage stability.
Иные технические решения, в которых были бы известны отличительные признаки заявленного изобретения, не выявлены. Other technical solutions in which the distinguishing features of the claimed invention would be known were not identified.
На фиг.1 изображена схематически конструкция газонаполненного искрового разрядника. Figure 1 shows schematically the design of a gas-filled spark gap.
На фиг. 2 представлены кривые изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя от величины соотношения при фиксированных значениях h/So (кривая 1 - h/So=0,5; кривая 2 - h/So=0,8; кривая 3 - h/So=1,2; кривая 4 - h/So=0,4; кривая 5 - h/So=1,3).In FIG. Figure 2 shows the curves of changes in the relative rms spread of the breakdown voltage versus the ratio at fixed values of h / S o (curve 1 - h / S o = 0.5; curve 2 - h / S o = 0.8; curve 3 - h / S o = 1.2; curve 4 - h / S o = 0.4; curve 5 - h / S o = 1.3).
Газонаполненный искровой разрядник (фиг.1) содержит соосно два основных электрода 1 и 2 и два дополнительных электрода 3 и 4, выполненных в виде полого тела вращения с осевыми отверстиями, расположенных коаксиально относительно соответствующих основных электродов 1 и 2 и имеющих с ними электрический контакт. The gas-filled spark gap (Fig. 1) contains coaxially two main electrodes 1 and 2 and two
Зависимость изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя от соотношения при фиксированных значениях h/So приведены на фиг.2 для разрядника с основным межэлектродным расстоянием S0=2,5 мм и диаметром основных электродов d=10 мм. Величина соотношения изменялась за счет изменения диаметра отверстия D в дополнительных электродах при фиксированных значениях h (1; 1,25; 2,0; 3,0; 3,25 мм). Разрядник наполнялся смесью газов 10% Н2 + 90% Аr до давления 5 атм. К электродам разрядника прикладывалось напряжение с крутизной нарастания 105 В/с.The dependence of the change in the relative rms spread of the breakdown voltage on the ratio for fixed values of h / S o are shown in figure 2 for the arrester with the main interelectrode distance S 0 = 2.5 mm and the diameter of the main electrodes d = 10 mm Value ratio changed due to changes in the diameter of the hole D in the additional electrodes at fixed values of h (1; 1.25; 2.0; 3.0; 3.25 mm). The spark gap was filled with a mixture of gases 10% H 2 + 90% Ar to a pressure of 5 atm. A voltage with a rise rate of 10 5 V / s was applied to the spark gap electrodes.
Характер распределения напряженности электрического поля в основном разрядном промежутке зависит от соотношения геометрических размеров его элементов, а не от их абсолютных величин. Поэтому, снятые зависимости относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя от соотношения справедливо для любого межэлектродного расстояния S0, выбор которого определяется требуемым значением напряжения пробоя.The nature of the distribution of the electric field strength in the main discharge gap depends on the ratio of the geometric dimensions of its elements, and not on their absolute values. Therefore, the measured dependences of the relative rms spread of the breakdown voltage on the ratio valid for any interelectrode distance S 0 , the choice of which is determined by the required value of the breakdown voltage.
Газонаполненный искровой разрядник работает следующим образом. Gas-filled spark gap operates as follows.
При приложении изменяющего напряжения к основным электродам 1 и 2 по мере его возрастания происходит локальное усиление напряжения электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов 3 и 4. Выполнение вышеуказанных соотношений геометрических размеров элементов газонаполненного искрового разрядника способствует возникновению осесимметричного коронирующего разряда между кромками отверстий дополнительных электродов 3 и 4 при напряжении ниже или близком к напряжению возникновения искры между основными электродами 1 и 2. Коронирующий разряд при выполнении вышеуказанных условий стабилизирует процессы возникновения и развития разряда в основном разрядном промежутке и при дальнейшем увеличении напряжения создаются условия для его пробоя. Происходит пробой разрядного промежутка. When applying a varying voltage to the main electrodes 1 and 2, as it increases, a local increase in the electric field voltage near the edges of the holes of the
Осесимметричная конструкция разрядника с двумя дополнительными электродами, расположенными коаксиально относительно основных электродов и имеющих с ними электрический контакт, позволяет получить практически одинаковое напряжение пробоя при изменении его полярности. The axisymmetric construction of the arrester with two additional electrodes located coaxially relative to the main electrodes and having electrical contact with them allows us to obtain almost the same breakdown voltage when changing its polarity.
Как видно из фиг.2, относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя имеет минимальное значение в пределах изменения соотношения
Характер изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя объясняется степенью влияния коронирующего разряда между кромками отверстий дополнительных электродов.As can be seen from figure 2, the relative rms spread of the breakdown voltage has a minimum value within the variation of the ratio
The nature of the change in the relative rms spread of the breakdown voltage is explained by the degree of influence of the corona discharge between the edges of the holes of the additional electrodes.
При напряженность электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов значительно уменьшается из-за экранирующего действия поверхностей основания электродов, причем это действие усиливается при увеличении соотношения h/So. Усиление экранирующего действия основных электродов влияет на величину напряжения, при котором возникает коронирующий разряд, и при некотором значении создаются условия, когда искровой разряд между основными электродами происходит раньше возникновения короны. Этим и объясняется характер изменения кривых 1, 2 и 3 при
При экранирующее действие основных электродов на неоднородность электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов ослабевает. Коронирующий разряд при этом возникает при напряжении значительно ниже напряжения возникновения искры между основными электродами, что снижает стабильность напряжения пробоя.At the electric field near the edges of the holes of the additional electrodes is significantly reduced due to the shielding effect of the surfaces of the base of the electrodes, and this action increases with increasing ratio h / S o . The enhancement of the shielding action of the main electrodes affects the voltage value at which a corona discharge occurs, and at a certain value conditions are created when a spark discharge between the main electrodes occurs before the appearance of the corona. This explains the nature of the change in
At the shielding effect of the main electrodes on the inhomogeneity of the electric field near the edges of the holes of the additional electrodes is weakened. In this case, a corona discharge occurs at a voltage much lower than the spark generation voltage between the main electrodes, which reduces the stability of the breakdown voltage.
Как было указано выше, степень экранирующего действия основных электродов на неоднородность электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов, которая оказывает влияние на условия возникновения коронирующего разряда, определяется величиной соотношения h/So.As mentioned above, the degree of shielding action of the main electrodes on the inhomogeneity of the electric field near the edges of the holes of the additional electrodes, which affects the conditions for the appearance of a corona discharge, is determined by the ratio h / S o .
При h/So<0,5 экранирующее действие основных электродов значительно ослабевает. Поэтому, как видно из кривой 4 фиг.2, интервал изменения отношения при h/So=0,4, в котором наблюдается стабилизация напряжения пробоя, очень узок. В этом случае даже при малых значениях создаются условия для возникновения коронного разряда, переходящего в искру при напряжении ниже напряжения возникновения искрового разряда между основными электродами, что значительно увеличивает разброс напряжения пробоя.When h / S o <0.5, the shielding effect of the main electrodes is significantly weakened. Therefore, as can be seen from curve 4 of figure 2, the interval of change in the ratio at h / S o = 0.4, in which stabilization of the breakdown voltage is observed, it is very narrow. In this case, even at small values conditions are created for the occurrence of a corona discharge passing into a spark at a voltage below the voltage of occurrence of a spark discharge between the main electrodes, which significantly increases the spread in the breakdown voltage.
При h/So>1,2 коронирующий разряд между кромками отверстий дополнительных электродов возникает при напряжении, соизмеримом с напряжением пробоя между основными электродами, и практически не влияет на процессы возникновения и развития разряда в основном разрядном промежутке. Что подтверждается характером изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя при h/So=1,3 (кривая 5, фиг.2).When h / S o > 1.2, a corona discharge between the edges of the holes of the additional electrodes occurs at a voltage comparable with the breakdown voltage between the main electrodes and practically does not affect the processes of the appearance and development of the discharge in the main discharge gap. This is confirmed by the nature of the change in the relative rms spread of the breakdown voltage at h / S o = 1.3 (
Примеры конкретного выполнения
1. Экспериментальный образец разрядника с межэлектродным расстоянием S0= 2,5 мм, диаметром основных электродов d=10 мм, диаметром отверстий в дополнительных электродах D=10,75 мм и расстоянием между соответствующими рабочими поверхностями основных электродов и торцевыми поверхностями дополнительных электродов h=1,25 мм, наполненный газом 10% Н2 + 90% Аr, Р=5 атм имеет относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя 1,5 %. В этом разряднике вышеуказанные соотношения имеют значения h/So= 0,5.Case Studies
1. An experimental sample of a spark gap with an interelectrode distance S 0 = 2.5 mm, a diameter of the main electrodes d = 10 mm, a diameter of the holes in the additional electrodes D = 10.75 mm, and a distance between the corresponding working surfaces of the main electrodes and the end surfaces of the additional electrodes h = 1.25 mm filled with gas 10% H 2 + 90% Ar, P = 5 atm has a relative rms spread of the breakdown voltage of 1.5%. In this arrester, the above ratios have the meanings h / S o = 0.5.
2. Экспериментальный образец разрядника с геометрическими размерами S0= 2,5 мм, d=10 м, D=11,6, h = 2,0 и газовым наполнением 10% Н2 + 90% Аr, Р=5 атм имеет относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя 1,1%.2. An experimental sample of a spark gap with geometric dimensions S 0 = 2.5 mm, d = 10 m, D = 11.6, h = 2.0 and a gas filling of 10% H 2 + 90% Ar, P = 5 atm has a relative the rms spread of the breakdown voltage of 1.1%.
В этом разряднике соотношения имеют значения ; h/So=0,8.In this arrester, the ratios matter ; h / S o = 0.8.
3. Экспериментальный образец разрядника с геометрическими размерами S0= 2,5, d= 10 мм, D=14,8, h=3,0 и газовым наполнением 10% Н2 + 90% Аr до давления 5 атм имеют относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя 1,7%.3. An experimental specimen of a spark gap with geometric dimensions S 0 = 2.5, d = 10 mm, D = 14.8, h = 3.0 and a gas filling of 10% H 2 + 90% Ar up to a pressure of 5 atm have a relative rms spread breakdown voltage of 1.7%.
В этом разряднике соотношения имеют значения: h/So=1,2.In this arrester, the ratios have the meanings: h / S o = 1.2.
Таким образом, предлагаемая конструкция газонаполненного искрового разрядника при соблюдении соотношений
позволяет повысить стабильность напряжения пробоя.Thus, the proposed design of a gas-filled spark gap, subject to the ratios
allows to increase the stability of the breakdown voltage.
Предлагаемый разрядник найдет применение при создании импульсных рентгеновских аппаратов для дефектоскопии материалов и медицинской диагностики, в источниках лазерной подсветки для телевизионной аппаратуры с пространственно-временной селекцией, в системах зажигания авиационных двигателей и в специальных областях науки и техники. The proposed arrester will find application in the creation of pulsed x-ray devices for defectoscopy of materials and medical diagnostics, in laser illumination sources for television equipment with spatio-temporal selection, in the ignition systems of aircraft engines and in special fields of science and technology.
Claims (1)
еA gas-filled spark gap, containing two coaxially located main electrodes and an additional electrode made in the form of a hollow body of revolution with an axial hole, located coaxially with one of the main electrodes and electrically connected to it, characterized in that a second additional electrode is inserted into the spark gap, made in in the form of a hollow body of revolution with an axial hole, coaxially located relative to the second main electrode and electrically connected to this electrode, while the diameters of new electrodes d, the diameters of the holes of the additional electrodes D, the distance between the corresponding working surfaces of the main electrodes and the end surfaces of the additional electrodes h and the magnitude of the main interelectrode gap S 0 are related by the following relationships:
e
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001130215A RU2208280C1 (en) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | Gas-filled spark gap |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001130215A RU2208280C1 (en) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | Gas-filled spark gap |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2208280C1 true RU2208280C1 (en) | 2003-07-10 |
Family
ID=29210836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001130215A RU2208280C1 (en) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | Gas-filled spark gap |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2208280C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702952A (en) * | 1971-10-12 | 1972-11-14 | Western Electric Co | Gas tube surge protective device and method for making the device |
| DE2735865A1 (en) * | 1977-08-09 | 1979-02-15 | Siemens Ag | GAS DISCHARGE OVERVOLTAGE ARRANGER |
-
2001
- 2001-11-08 RU RU2001130215A patent/RU2208280C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702952A (en) * | 1971-10-12 | 1972-11-14 | Western Electric Co | Gas tube surge protective device and method for making the device |
| DE2735865A1 (en) * | 1977-08-09 | 1979-02-15 | Siemens Ag | GAS DISCHARGE OVERVOLTAGE ARRANGER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ceccato et al. | Time-resolved nanosecond imaging of the propagation of a corona-like plasma discharge in water at positive applied voltage polarity | |
| US5502354A (en) | Direct current energized pulse generator utilizing autogenous cyclical pulsed abnormal glow discharges | |
| Sanduloviciu et al. | On the generation mechanism and the instability properties of anode double layers | |
| Jeswani | Electrical discharge machining in distilled water | |
| Butcher et al. | Conduction and breakdown mechanismsin transformer oil | |
| Bruggeman et al. | DC-excited discharges in vapour bubbles in capillaries | |
| Bruggeman et al. | Influence of the water surface on the glow-to-spark transition in a metal-pin-to-water electrode system | |
| RU2199167C1 (en) | Gas-filled discharger | |
| Akishev et al. | Self-oscillations of a positive corona in nitrogen | |
| JP2012521627A (en) | Plasma generator for directing electron flow to target | |
| RU2208280C1 (en) | Gas-filled spark gap | |
| Apollonov et al. | Discharge characteristics in a nonchain HF (DF) laser | |
| RU2303322C1 (en) | Volume discharge generating device | |
| Ercilbengoa et al. | Anodic glow and current oscillations in medium-and low-pressure darkdischarges | |
| RU121399U1 (en) | DISCHARGE DEVICE | |
| RU2241278C1 (en) | Pulsed electron-beam gas-discharge source (alternatives) | |
| Vetchinin et al. | Spark discharge in conductive liquid with microbubbles | |
| RU58785U1 (en) | HIGH FREQUENCY GENERATOR BASED ON A HOLLOW CATHODE DISCHARGE | |
| RU2499321C1 (en) | Device to produce stable microdischarge of atmospheric pressure | |
| Krokhmal et al. | Electron beam generation in a diode with a gaseous plasma electron source II: Plasma source based on a hollow anode ignited by a hollow-cathode source | |
| JPH07211491A (en) | Plasma generator and etching method using this | |
| Hirbu | Plasma formation in the air medium under ordinary pressure and its interaction with solid metal surfaces | |
| RU2588263C1 (en) | Ion source for neutron tube | |
| Wang et al. | Effect of hydrostatic pressure on the impulse breakdown characteristics of transformer oil | |
| Kozlov et al. | Phenomena at the electrode surfaces and localization of the volume discharges in small-sized sealed-off TEA-CO2 lasers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131109 |