×
29.05.2018
218.016.5662

ВАКУУМНЫЙ ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике и сильноточной электронике, представляет собой вакуумный искровой разрядник и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем. Вакуумный искровой разрядник включает герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему, включающую катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической шайбой, и анод. Обращенные друг к другу поверхности катода и анода снабжены коаксиальными стержневыми выступами, разделенными промежутком, при этом катод снабжен коаксиальным цилиндрическим выступом, окружающим стержневой выступ. Поджигающий электрод имеет форму кольца с диаметром отверстия, равным внутреннему диаметру цилиндрического выступа катода. Между цилиндрическим выступом катода и поджигающим электродом зафиксирована диэлектрическая шайба, причем расстояние между торцевыми поверхностями стержневых выступов катода и анода меньше расстояния между анодом и коаксиальным цилиндрическим выступом катода. Давление внутри герметичной оболочки разрядника составляет 10-10 Па. Технический результат - увеличение ресурса и стабильность функционирования вакуумного электроразрядного коммутирующего устройства. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электротехнике и сильноточной электронике, в частности к средствам коммутации, и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем.

Известен разрядник с лазерным поджигом, содержащий в корпусе с окном для ввода луча поджигающего лазера два противостоящих основных электрода, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив окна в корпусе, и собирающую линзу, установленную между поджигающим лазером и указанным основным электродом с отверстием, фокус которой расположен в промежутке между основными электродами, при этом между основными электродами установлен дополнительно введенный электрод-мишень со сквозным отверстием, расположенным соосно со сквозным отверстием основного электрода, причем средняя точка на оси отверстия электрода-мишени расположена в фокусе указанной линзы. Авторское свидетельство SU 1101133, МПК Н01Т 14/00, 30.11.1985. В разряднике используется эффект лазерной искры для ионизации диэлектрической среды - газа - в межэлектродном промежутке, реализация которого требует достижения интенсивности излучения оптического диапазона в фокусе собирающей линзы примерно 1011 Вт/см2 и выше [1, 2], что требует применения импульсного лазера высокой мощности и является препятствием на пути создания компактного вакуумного электроразрядного коммутирующего устройства.

Известен управляемый вакуумный разрядник, содержащий коаксиальную электродную систему в герметичной диэлектрической оболочке: внутренние катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической прокладкой, и внутренний анод, выполненный в виде полого стакана. Патент Российской Федерации №143137, МПК Н01Т 2/02, 20.07.2014. Катод, поджигающий электрод и плотно сжатая между ними прокладка из диэлектрика образуют поджигающую систему. Промежуток разрядника «катод - анод» обладает высокой электрической прочностью: его напряжение самопробоя в несколько раз превышает рабочее напряжение между катодом и анодом. При подаче на поджигающий электрод импульса положительной относительно катода полярности амплитудой в несколько киловольт у кромки катода возникают токи автоэлектронной эмиссии, приводящие к испарению материала катода и ионизации испаренного вещества. Ионизация паров вещества катода превращает их в проводящую среду - плазму. На границе «плазма - катод» формируется область электронной эмиссии - катодное пятно. Образующаяся у поверхности катода плазма - катодный факел - в силу большой подвижности электронов под действием электрического поля смещается в направлении поджигающего электрода. Происходит искровой пробой по поверхности диэлектрической прокладки с ионизацией молекул сорбированного на ее поверхности газа. В условиях продолжающегося поступления плазмы из катодного пятна и выравнивания потенциалов катода и поджигающего электрода происходит расширение катодного факела в направлении анода. С замыканием промежутка «катод - анод» плазмой факела между катодом и анодом начинает падать напряжение, и разряд в вакуумном промежутке за время порядка 10-7 с переходит в дуговую стадию. Происходит срабатывание коммутирующего устройства. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является то, что основной источник эрозии - катодное пятно и испускаемый им плазменный факел - возникает и длительное время пребывает на стадии дугового разряда на границе катода и прокладки из диэлектрика и затем в непосредственной близости от указанной границы, вызывая значительное разрушение электрода и прокладки, что сказывается отрицательным образом на стабильности срабатывания разрядника, в частности на величине напряжения пробоя промежутка «катод- поджигающий электрод», времени задержки между моментом подачи импульса напряжения на поджигающий электрод и моментом перехода разряда в промежутке «анод-катод» в дуговую стадию.

Задачей изобретения является создание компактного вакуумного электроразрядного коммутирующего устройства, конструкция которого обеспечивает минимальную эрозию элементов данного устройства, отвечающих за создание токопроводящей среды в основном межэлектродном промежутке разрядника за счет ионизации остаточного газа УФ излучением вспомогательного искрового разряда по поверхности диэлектрика.

Технический результат заключается в увеличении ресурса и стабильности функционирования вакуумного электроразрядного коммутирующего устройства.

Технический результат достигается тем, что в вакуумном искровом разряднике, включающем герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему, включающую катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической шайбой, и анод, обращенные друг к другу поверхности катода и анода снабжены коаксиальными стержневыми выступами, выступы разделены промежутком, при этом катод снабжен коаксиальным цилиндрическим выступом, окружающим стержневой выступ. Поджигающий электрод имеет форму кольца с диаметром отверстия, равным внутреннему диаметру цилиндрического выступа катода, между цилиндрическим выступом катода и поджигающим электродом зафиксирована диэлектрическая шайба, причем расстояние между торцевыми поверхностями стержневых выступов катода и анода меньше расстояния между анодом и коаксиальным цилиндрическим выступом катода, давление внутри герметичной оболочки разрядника составляет 10-2-100 Па.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежом.

На чертеже представлен разрез вакуумного искрового разрядника, где 1 - герметичная диэлектрическая оболочка, 2 - катод, 3 - поджигающий электрод, 4 - диэлектрическая шайба, 5 - анод, 6 - стержневой выступ катода, 7 - стержневой выступ анода, 8 - вакуумный промежуток между катодом и анодом (межэлектродный промежуток), 9 - коаксиальный цилиндрический выступ катода, 10 - отверстия для откачки газа в процессе вакуумирования разрядника.

Вакуумный искровой разрядник состоит из коаксиальной электродной системы, заключенной внутри откачанной до давления остаточных газов 10-4-10-2 Тор (10-2-100 Па) герметичной диэлектрической оболочки 1, что обеспечивает высокую электропрочность промежутка «катод - анод». Электродная система содержит три электрода: катод 2 и поджигающий электрод 3, разделенные диэлектрической шайбой 4, и анод 5. Центральные части обращенных друг к другу поверхностей катода и анода имеют вид коаксиальных стержней 6 и 7 с закругленными торцами и разделенных промежутком 8. Кроме того, катод снабжен коаксиальным цилиндрическим выступом 9, окружающим центральную часть 6 и необходимым для того, чтобы фиксировать диэлектрическую шайбу 4 между катодом 2 и поджигающим электродом 3. Отверстия 10 необходимы для откачки газа в процессе вакуумирования разрядника. Расстояние между торцевыми поверхностями стержневой части катода и анода d1 устанавливается при изготовлении меньше расстояния между анодом и коаксиальным цилиндрическим выступом катода d2, т.е. d1<d2.

Разрядник работает следующим образом.

При подаче на поджигающий электрод импульса положительной относительно катода полярности амплитудой в несколько киловольт на границе раздела трех сред «вакуум - диэлектрик - металл» (вакуумированное пространство - диэлектрическая шайба - электрод катод), т.е. в области максимальной напряженности электрического поля возникают условия для образования катодного пятна и развивается искровой разряд по поверхности диэлектрической шайбы. Плотность тока в катодном пятне превышает величину 108 А/см2, падение потенциала в катодном слое составляет величину порядка потенциала ионизации материала катода, т.е. ~10 В. Таким образом, плотность потока энергии в пределах катодного пятна находится на уровне не менее 109 Вт/см2 при длительности искровой фазы 10-7 с [3]. Опытным путем было установлено, что при протяженности зазора между анодом и катодом порядка 1 мм и указанном выше давлении остаточных газов в межэлектродном зазоре рабочее напряжение разрядника, т.е. напряжение, при котором не происходит самопробой (пробой без поджига), достигает 10 кВ. Известно, что для создания на поверхности твердотельной мишени плазмы с целью конверсии энергии оптического излучения лазера в энергию ультрафиолетового (УФ) излучения плазмы, достаточно достигнуть в пятне фокусировки плотности потока энергии на уровне ~109 Вт/см2 [4]. Как показали эксперименты, при таком уровне плотности потока энергии и при длительности падающего на мишень излучения (2-3)⋅10-8 с образующаяся у поверхности мишени плазма является достаточно мощным источником УФ излучения, которое эффективно ионизирует остаточные газы в окружающем пространстве при давлении остаточных газов 10-4-10-3 Тор (102-10-1 Па) на расстоянии по крайней мере в несколько миллиметров [5]. С учетом того, что площадь пятна фокусировки лазера на мишени в описываемых экспериментах ~10-3 см2 и площадь катодного пятна [6] сравнимы по величине, ионизация остаточных газов в межэлектродном пространстве разрядника предлагаемой конструкции излучением катодного пятна при инициировании искрового разряда является эффективным механизмом создания в промежутке «анод-катод» проводящей среды с развитием в ней разряда.

Расстояние между торцевыми поверхностями стержневой части катода и анода d1 меньше расстояния между анодом и коаксиальным цилиндрическим выступом катода d2, т.е. d1<d2. Это обеспечивает локализацию канала протекания тока в промежутке анод-катод на оси симметрии разрядника, т.к. в этом случае меньше длина канала протекания тока и меньше его омическое сопротивление при том, что указанные возможные каналы протекания тока длиной d1 и d2 включены в электрическую цепь параллельно. Протекание большей части тока в первом канале обеспечит более сильный разогрев проводящей среды - плазмы. С ростом температуры плазмы ее омическое сопротивление падает, что приведет к дальнейшему перераспределению тока между первым и вторым каналами, причем в пользу именно первого канала. Таким образом и произойдет локализация тока разряда в промежутке анод-катод на оси симметрии разрядника.

Вакуум внутри герметичной оболочки разрядника устанавливается на уровне 10-4-10-2 Тор (10-2-100 Па), что позволяет одновременно обеспечить высокую электропрочность межэлектродного промежутка и высокую степень ионизации остаточного газа в пространстве между анодом и катодом УФ излучением плазмы искрового разряда по боковой поверхности диэлектрической шайбы в промежутке «катод - поджигающий электрод». Создание проводящей среды в промежутке «анод - катод» позволяет пространственно разделить канал протекания тока в промежутке «анод-катод» от промежутка «катод - поджигающий электрод» и тем самым уменьшить эрозию диэлектрической шайбы, разделяющей катод и поджигающий электрод, и прилегающие к ней поверхности указанных электродов, что повышает стабильность срабатывания системы поджига и увеличивает ресурс разрядника.

Используемая литература

1. Островская Г.В., Зайдель А.Н. Лазерная искра в газах // УФН, 1973, Т. 111, с. 579.

2. Райзер Ю.П. Оптические разряды // УФН, 1980, Т. 132, с. 549.

3. Juttner В. et al. Cathode spots // Handbook of Vacuum Arc Science and Technology. R.L. Boxman, P. Martin, D. Sanders (editors), Noyes Publications (Park Ridge, NJ), 1995, p. 281.

4. Ананьин О.Б. и др. Лазерная плазма. Физика и применения: Монография. - М.: МИФИ, 2003. - С. 10, 186.

5. Давыдов С.Г. и др. Процесс коммутации вакуумного разрядника с лазерным управлением // Успехи прикладной физики, 2014, Т. 2, №6, с. 613.

6. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000. - С. 279-282, 327-341.

Вакуумный искровой разрядник, включающий герметичную диэлектрическую оболочку, содержащую коаксиальную электродную систему, включающую катод и поджигающий электрод, разделенные цилиндрической диэлектрической шайбой, и анод, отличающийся тем, что обращенные друг к другу поверхности катода и анода снабжены коаксиальными стержневыми выступами, выступы разделены промежутком, катод снабжен коаксиальным цилиндрическим выступом, окружающим стержневой выступ, поджигающий электрод имеет форму кольца с диаметром отверстия, равным внутреннему диаметру цилиндрического выступа катода, между цилиндрическим выступом катода и поджигающим электродом зафиксирована диэлектрическая шайба, причем расстояние между торцевыми поверхностями стержневых выступов катода и анода меньше расстояния между анодом и коаксиальным цилиндрическим выступом катода, давление внутри герметичной оболочки разрядника составляет 10-10 Па.
ВАКУУМНЫЙ ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК
ВАКУУМНЫЙ ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 726 items.
10.01.2013
№216.012.19d7

Устройство для преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения механических величин и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов. Устройство содержит первичный преобразователь, источник питания первичного преобразователя, датчик температуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472107
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1cd2

Гальванопластический способ изготовления сложно-рельефных элементов антенно-фидерных устройств

Изобретение относится к гальванопластике и может быть использовано для изготовления элементов антенно-фидерных устройств повышенной сложности. Гальванопластический способ включает использование форм из алюминия или его сплавов и гальваническое нанесение на формы никеля с последующим их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472872
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d92

Пневматическая установка для испытаний

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний на ударные воздействия конструкций различного назначения. Пневматическая установка для испытаний содержит ресивер со сжатым газом, полость которого отделена от внешнего пространства диафрагмой, средство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473064
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d9b

Шланговый гамма-дефектоскоп

Использование: для радиографического контроля промышленных изделий. Сущность: заключается в том, что шланговый гамма-дефектоскоп для радиографического контроля промышленных изделий содержит оснащенную ампулопроводом радиационную головку с корпусом, систему блокировок с замком и блоком защиты из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473073
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1de3

Способ переработки жидких радиоактивных отходов от применения дезактивирующих растворов

Изобретение относится к радиохимической технологии, конкретно к очистке жидких радиоактивных отходов. Способ переработки жидких радиоактивных отходов от применения дезактивирующих растворов включает сорбцию радионуклидов, обработку реагентами при комнатной температуре, осаждение осадка при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473145
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.20c9

Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена

Использование: для ультразвукового контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена. Сущность: заключается в том, что возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ, измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473894
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.20ec

Сейсмометр

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области сейсмометрии. Заявлен сейсмометр, содержащий основание, два упругих элемента, кронштейн, две магнитные системы, многосекционную катушку, расположенную между магнитопроводами и полюсными наконечниками магнитных систем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473929
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2137

Способ изготовления многоуровневых тонкопленочных микросхем

Изобретение относится к области изготовления микросхем и может быть использовано для изготовления многоуровневых тонкопленочных гибридных интегральных схем и анизотропных магниторезистивных преобразователей. Технический результат - упрощение технологии изготовления микросхем и повышение их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474004
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2141

Широкополосное двухкомпонентное приемное антенное устройство

Устройство относится к радиоприемной технике и может быть использовано в области радиопеленгации, радионавигации и радиомониторинга. Техническим результатом изобретения является улучшение поляризационной развязки между взаимно ортогональными приемными антеннами и снижение ошибки определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474014
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.218e

Способ герметизации трубчатых электронагревателей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении трубчатых электронагревателей. Технический результат изобретения заключается в увеличении надежности герметизации и срока службы ТЭН, а также снижении трудоемкости и ускорении процесса герметизации. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474091
Дата охранного документа: 27.01.2013
Showing 1-10 of 10 items.
27.07.2015
№216.013.6752

Устройство для поиска и подсчёта рыбы

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и предназначено, в частности, для поиска скоплений рыб. Устройство содержит блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558003
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.06.2016
№216.015.4518

Способ переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена характеризуется тем, что из зернового сырья отделяют отруби и получают пшеничную муку, смешивают ее с водой в соотношении 1,5:1 и вносят ферментный препарат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586538
Дата охранного документа: 10.06.2016
29.05.2018
№218.016.56bb

Вакуумный разрядник

Изобретение относится к электротехнике и сильноточной электронике, в частности к средствам коммутации, представляет собой вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением, и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем. В герметичной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654493
Дата охранного документа: 21.05.2018
25.09.2018
№218.016.8b65

Способ селективного отбора товарной рыбы

Способ предусматривает кормление рыб на ограниченных участках водной акватории с одновременным воздействием на них в произвольном сочетании акустических и/или химических раздражителей. В зону вылова привлекают рыб акустическими и/или химическими раздражителями, перемещающимися со скоростью Vr,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667749
Дата охранного документа: 24.09.2018
18.05.2019
№219.017.5745

Способ сборки запаянных нейтронных трубок

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к нейтронным генераторам, и может быть использовано в ряде приложений, например в нейтронных трубках, для каротажных исследований. Способ сборки запаянных нейтронных трубок включает изготовление трубчатого высоковольтного изолятора и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002357386
Дата охранного документа: 27.05.2009
18.05.2019
№219.017.588c

Запаянная нейтронная трубка

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин. Запаянная нейтронная трубка характеризуется тем, что в трубчатом высоковольтном изоляторе со стороны торцов, перпендикулярных оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002362278
Дата охранного документа: 20.07.2009
09.06.2019
№219.017.7c14

Газонаполненная нейтронная трубка

Изобретение относится к газонаполненным нейтронным трубкам для каротажных работ на нефтяных, газовых и рудных месторождениях. Газонаполненная нейтронная трубка содержит корпус, в котором расположены иммерсионная ионно-оптическая система, мишень, магнитогазоразрядный ионный источник с дисковым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002366030
Дата охранного документа: 27.08.2009
09.06.2019
№219.017.7c17

Способ формирования нейтронного потока газонаполненной нейтронной трубки

Изобретение относится к способам изготовления газонаполненных нейтронных трубок и формированию нейтронного потока. Способ формирования нейтронного потока газонаполненной нейтронной трубки с ионным источником заключается в том, что создают магнитное поле дисковым и кольцевым магнитами, у...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002366013
Дата охранного документа: 27.08.2009
16.08.2019
№219.017.c093

Гидроакустический комплекс для мониторинга рыбы в садках предприятий индустриальной аквакультуры

Гидроакустический комплекс предназначен для определения состояния и параметров отдельных рыб и рыбных скоплений во всём объёме садков рыбоводных хозяйств. Гидроакустический комплекс cодержит понтон, располагаемый в центральной части садка на поверхности воды. На понтоне установлен активный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697430
Дата охранного документа: 14.08.2019
13.03.2020
№220.018.0b4a

Устройство для подсчета рыбы

Устройство включает располагаемую над водой видеокамеру, соединенную с последовательно соединенными блоком обработки и блоком счета. В пределах зоны видимости видеокамеры поперек реки на дне расположена лента, цвет которой контрастирует с цветом регистрируемых рыб и дна реки. Лента содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716418
Дата охранного документа: 11.03.2020
+ добавить свой РИД