УПРАВЛЯЕМЫЙ ВАКУУМНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к газоразрядной и вакуумной технике, а именно к разрядникам, которые могут быть использованы для защиты от перенапряжений, например устройств связи или для коммутирования электрических цепей.
Известен разрядник, содержащий не менее двух электродов, образующих с изоляционным корпусом вакуумно-плотную оболочку, и по меньшей мере один инициатор пробоя (поджигающий электрод), который совместно с элементами сопротивления образует электрическую цепь, включенную параллельно основным электродам разрядника. Патент РФ №2227951, МПК Н01Т 1/20, Н01Т 2/02, 27.04.2004. Недостатком данного разрядника является то, что для работы разрядника в электрической цепи требуются дополнительные элементы, например индуктивность, варистор, полупроводниковые приборы подсоединенные параллельно основным электродам разрядника и расположенные внутри или/и снаружи изоляционного корпуса разрядника, что значительно увеличивает размер разрядника.
Известен разрядник, содержащий коаксиальную электродную систему, состоящую из анода, катода и поджигающего электрода, которые расположены в герметичной диэлектрической оболочке. Катод, поджигающий электрод и плотно сжатая между ними диэлектрическая шайба толщиной 0,1 мм образуют поджигающий промежуток. Снаружи герметичной диэлектрической оболочки установлен магнит для формирования магнитного поля, силовые линии которого параллельны оси электродов и диэлектрической вставки. Патент РФ №143138, МПК Н01Т 2/02, 20.07.2014. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Данное устройство работает следующим образом: на поджигающий электрод подается импульс напряжения положительной полярности с амплитудой в несколько киловольт. По мере роста напряжения напряженность электрического поля у катода достигает значений, при которых возникают токи автоэлектронной эмиссии с катода, происходит искровой пробой по поверхности диэлектрика с ионизацией молекул сорбированного на ее поверхности газа и испарением микроострий на катоде, сопровождающийся взрывной эмиссией электронов. В завершающей искровой стадии пробоя поджигающего промежутка на катоде возникает первичное катодное пятно, являющееся источником электронов, паров металла катода, ионов и дающее начало пробою основного разрядного промежутка. Электронный ток с катода приводит к его преждевременной эрозии, а также к преждевременному перегреву тонкой диэлектрической вставки. В присутствии магнитного поля катодное пятно приобретает направленное движение по поверхности катода, что приводит к использованию большей площади катода при работе устройства и как следствие к равномерной эрозии катода и снижению тепловой нагрузки на тонкую диэлектрическую вставку.
Недостатками прототипа являются использование алюминиевого сплава в качестве материала для изготовления катода, использование диэлектрической шайбы толщиной 0,1 мм, использование внешних магнитов, что приводит к увеличению габаритов разрядника, что в свою очередь препятствует использованию его в малогабаритных установках и системах.
Техническим результатом полезной модели является повышение ресурса работы разрядника без использования внешних магнитов.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве в качестве материалов катода и поджигающего электрода используется магний, а в качестве материала диэлектрической шайбы применяется керамика марки ВК94-1, при этом толщина диэлектрической шайбы составляет 1,5 мм. Данные усовершенствования позволяют повысить договечность работы разрядника без использования внешних магнитов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично представлен управляемый вакуумный защитный разрядник.
Разрядник состоит из анода 1, катода 2, поджигающего электрода 5; катод и поджигающий электрод выполнены из магния. Катод, поджигающий электрод и плотно сжатая между ними диэлектрическая шайба 6 толщиной 1,5 мм, выполненная из керамики ВК94-1, образуют поджигающий промежуток. Поджигающий промежуток, закрепленный выводом поджигающего электрода 3 и держателем 4, располагается в керамическом корпусе 7.
Управляемый вакуумный защитный разрядник работает следующим образом.
В процессе изготовления разрядника осуществляются тренировочные включения, и при каждом включении происходит распыление магниевого катода 2, пары магния оседают на поверхность диэлектрической шайбы, таким образом на боковую поверхность диэлектрической шайбы напыляется тонкий слой магния.
В исходном рабочем состоянии на аноде разрядника имеется напряжение положительной полярности 3,5 кВ и промежуток «катод-анод» находится под этим напряжением. При коммутации тока в начальный момент времени происходит пробой по внешней поверхности керамической шайбы. Далее электрический разряд по поверхности диэлектрика инициирует вакуумно-дуговой разряд в основном разрядном промежутке «катод-анод», в результате чего через него начинает протекать ток. После пропускания импульса тока основной разрядный промежуток «катод-анод» восстанавливает свою исходную электрическую прочность, и разрядник снова готов к работе. Под действием поджигающего пробоя происходит испарение пленки магния с боковой поверхности керамической шайбы, далее в парах магния зажигается вакуумно-дуговой разряд в промежутке «катод-анод». Испарение магния с поверхности диэлектрической шайбы со временем приводит к повышению сопротивления поджигающего промежутка и, как следствие, к его неработоспособности. Но при каждом включении происходит распыление магниевого катода 2, пары магния оседают на поверхность диэлектрической шайбы, происходит обратный процесс - напыление магния на боковую поверхность диэлектрической шайбы. Таким образом, при каждом включении разрядника происходит частичное восстановление свойств и работоспособности поджигающего промежутка. Устанавливающееся динамическое равновесие между процессами напыления и испарения магния на боковой поверхности диэлектрической шайбы позволяет повысить договечность работы разрядника без использования внешних магнитов.