專利名稱：一種激光觸發(fā)氣體開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光觸發(fā)氣體開關(guān)，屬于電力開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)是脈沖功率裝置的關(guān)鍵部件之一，開關(guān)性能的好壞直接影響著脈沖功率裝置的性能，對(duì)這類開關(guān)的要求是大電流、高電壓、延時(shí)短、動(dòng)作頻繁、壽命長等。當(dāng)激光聚焦于觸發(fā)間隙時(shí)，焦點(diǎn)及其附近的絕緣氣體立即電離成局部等離子體，在外電場作用下迅速發(fā)展成等離子體通道使開關(guān)閉合。激光觸發(fā)氣體開關(guān)具有觸發(fā)延時(shí)及抖動(dòng)小、預(yù)擊穿概率低、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、可遠(yuǎn)程控制、適合重復(fù)運(yùn)行和多間隙多通道運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。并且激 光觸發(fā)開關(guān)觸發(fā)精確，在所有氣體觸發(fā)開關(guān)中抖動(dòng)性最小，是今后開關(guān)技術(shù)發(fā)展的重要方向。激光觸發(fā)氣體開關(guān)與電脈沖觸發(fā)氣體開關(guān)相比不需要復(fù)雜的陡脈沖高電壓觸發(fā)源，觸發(fā)回路和主回路之間沒有電路聯(lián)系，避免了彼此之間的影響。隨著激光技術(shù)的成熟，激光觸發(fā)氣體開關(guān)將逐步在工程中得到應(yīng)用，如串補(bǔ)電容的保護(hù)間隙。然而，無論從實(shí)驗(yàn)研究還是工程應(yīng)用角度，激光觸發(fā)氣體開關(guān)的設(shè)計(jì)都面臨著三個(gè)問題第一，間隙距離很難精確調(diào)整，導(dǎo)致火花間隙的自擊穿電壓和觸發(fā)擊穿電壓存在誤差。第二，火花間隙的動(dòng)密封很難做到，在調(diào)整間隙距離時(shí)，火花間隙的密封性被破壞。第三，在高電壓作用下，火花間隙局部會(huì)出現(xiàn)局部電暈，尤其在外絕緣部分。因此，亟待設(shè)計(jì)一種激光觸發(fā)氣體開關(guān)來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種激光觸發(fā)氣體開關(guān)，改變已有氣體開關(guān)的結(jié)構(gòu)，使上電極與下電極之間的間隙距離精確調(diào)整與間隙密封性有效結(jié)合，并解決了外絕緣的電暈問題。本發(fā)明提出的激光觸發(fā)氣體開關(guān)，包括手輪、讀數(shù)指針、指針固定桿、上電極座、上電極、下電極、密封套筒、連桿、金屬頂板、金屬底板、支撐桿、透光玻璃板和電極；所述的金屬頂板和金屬底板通過支撐桿支撐，金屬頂板、金屬底板與支撐桿之間分別安裝屏蔽環(huán)；所述的密封套筒置于金屬頂板和金屬底板之間，并通過密封套筒上、下端部的密封圈使密封套筒內(nèi)形成密封空腔；所述的上電極座固定在所述的金屬頂板的中央，上電極座的下部伸入密封空腔內(nèi)，上電極座的上、下部設(shè)有U形缺口，上電極座的上端部設(shè)有擠壓螺帽；所述的連桿與上電極座同軸安裝，連桿的中心設(shè)有通氣孔，連桿的上端部依次伸出上電極座和擠壓螺帽，連桿的上頂部安裝有手輪，手輪的中心設(shè)有儀表接口，所述的讀數(shù)指針置于手輪上部，讀數(shù)指針通過指針固定桿固定在金屬頂板上；所述的上電極同軸安裝在上電極座的下部，上電極的上部伸入連桿與上電極座之間的空隙中，上電極上設(shè)有側(cè)孔；所述的下電極同軸安裝在上電極的下部，下電極固定在金屬底板上，金屬底板的中心開有激光入射孔，下電極的中央開有倒喇叭形空腔，倒喇叭形空腔的上端部為激光通孔；所述的透光玻璃板置于倒喇叭形空腔的下端部，透光玻璃板與金屬底板之間設(shè)有壓圈。本發(fā)明提出的激光觸發(fā)氣體開關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是I、與現(xiàn)有的氣體開關(guān)相比，本發(fā)明的氣體開關(guān)將火花間隙的動(dòng)密封限制為轉(zhuǎn)動(dòng)密封，保證了火花間隙良好的密封性。同時(shí)，通過一個(gè)連桿將手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為下電極的上、下移動(dòng)以調(diào)整上電極與下電極之間的間隙，上電極上及手輪上標(biāo)有的刻度，可以用于精確顯示間隙的距離，因此氣體開關(guān)觸發(fā)性能穩(wěn)定，自擊穿電壓和觸發(fā)擊穿電壓更加準(zhǔn)確。2、本發(fā)明的氣體開關(guān)在金屬底板與連桿連接的位置處安裝了屏蔽環(huán)，并在屏蔽環(huán)與連桿之間涂抹硅膠，用于消除外絕緣中金屬底板與由絕緣材料制成的連桿的接觸位置處產(chǎn)生的電暈。3、本發(fā)明的氣體開關(guān)，上電極為靶電極，上電極的主體材料采用不銹鋼，激光聚焦的位置采用銅鎢合金，含銅量10%-30%，從而延長了開關(guān)的使用壽命。此外，上電極、激光通孔以及石英玻璃照射窗在同一個(gè)軸線上，保證在各種外界條件下激光穩(wěn)定地照射到靶電極，光路校準(zhǔn)十分方便。4、本發(fā)明的氣體開關(guān)，上電極的一側(cè)設(shè)有通氣孔，通氣孔連接到火花間隙外，火花間隙外接氣壓表，用于顯不間隙密封殼體內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，氣壓表的另一端接氣閥，方便充氣及抽真空操作。綜上所述，本發(fā)明提出的激光觸發(fā)氣體開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單，觸發(fā)性能穩(wěn)定，使用壽命長，電氣特性好，而且方便加工。


圖I是本發(fā)明提出的激光觸發(fā)氣體開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中，I是手輪，2是儀表接口，3是讀數(shù)指針，4是連桿，5是指針固定桿，6是擠壓螺帽，7是固定螺帽，8是金屬頂板，9是屏蔽環(huán)，10是上電極座，11是支撐桿，12是通氣孔,13是上電極，14是密封套筒，15是上電極側(cè)孔，16是下電極，17是激光通孔，18是金屬底板，19是透光玻璃板，20是壓圈，21是接線柱，22是激光入射孔。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的激光觸發(fā)氣體開關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括手輪I、讀數(shù)指針3、指針固定桿5、上電極座10、上電極13、下電極16、密封套筒14、連桿4、金屬頂板8、金屬底板18、支撐桿11、透光玻璃板19和電極21。金屬頂板8和金屬底板18通過支撐桿11支撐，金屬頂板8、金屬底板18與支撐桿11之間分別安裝屏蔽環(huán)9。密封套筒14置于金屬頂板8和金屬底板18之間，并通過密封套筒14上、下端部的密封圈使密封套筒內(nèi)形成密封空腔。上電極座10固定在所述的金屬頂板8的中央，上電極座10的下部伸入密封空腔內(nèi)，上電極座10的上、下部設(shè)有U形缺口，上電極座10的上端部設(shè)有擠壓螺帽6。連桿4與上電極座10同軸安裝，連桿4的中心設(shè)有通氣孔12，連桿4的上端部依次伸出上電極座10和擠壓螺帽6，連桿4的上頂部安裝有手輪1，手輪I的中心設(shè)有儀表接口 2，讀數(shù)指針3置于手輪I的上部，讀數(shù)指針3通過指針固定桿5固定在金屬頂板上。上電極13同軸安裝在上電極座10的下部，上電極13的上部伸入連桿4與上電極座10之間的空隙中，上電極13上設(shè)有側(cè)孔。下電極16同軸安裝在上電極13的下部，下電極16固定在金屬底板18上，金屬底板18的中心開有激光入射孔22，下電極16的中央開有倒喇叭形空腔，倒喇叭形空腔的上端部為激光通孔17。透光玻璃板19置于倒喇叭形空腔的下端部，透光玻璃板19與金屬底板18之間設(shè)有壓圈20。本發(fā)明的氣體開關(guān)，上電極與上電極座之間成螺紋連接，使上電極與下電極之間的間隙距離可以調(diào)整。采用有機(jī)玻璃制成密封殼體，以保證金屬頂板和金屬底板的距離不變，并通過四根支撐桿11將整個(gè)間隙緊固成一體。工作氣體通過充氣閥從儀表接口 2充入火花間隙，激光通過激光入射孔22，經(jīng)過透光玻璃板19聚焦到火花間隙中，聚焦點(diǎn)的位置沿軸向可變。本發(fā)明的氣體開關(guān)中，上電極座10與金屬頂板8通過固定螺帽7緊固為一體，金屬頂板8、金屬底板18與支撐桿11之間安裝屏蔽環(huán)9，并涂抹硅膠，防止外絕緣出現(xiàn)電暈。在金屬頂板8和金屬底板11上分別安裝接線柱21，方便與外部高壓電源相連。連桿4內(nèi)設(shè)通氣孔12，上電極開有側(cè)孔15，工作氣體通過與儀表接口 2相連的上電極充氣閥，經(jīng)過通氣孔12及上電極側(cè)孔15進(jìn)入密封腔體內(nèi)。密封套筒14與金屬頂板8 和金屬底板18、上電極底座10與金屬頂板8以及連桿4與上電極座10等連接部分均安裝密封圈或密封墊，保證密封腔體良好的密封性。氣體開關(guān)可通過儀表接口 2外接氣壓表，用于顯不密封殼體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)。激光觸發(fā)氣體開關(guān)的工作過程中，連桿4沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在密封殼體內(nèi)連桿4的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為上電極13的上、下移動(dòng)，進(jìn)而調(diào)整上電極與下電極之間間隙的距離。上電極13上可以標(biāo)出刻度，以顯示間隙的距離。手輪I上標(biāo)有刻度，配合指針固定桿5和讀數(shù)指針3，可精確調(diào)整間隙距離，調(diào)整精度與連桿和下電極連接螺紋的螺距以及手輪上的刻度數(shù)有關(guān)。本發(fā)明氣體開關(guān)的透光玻璃板19、激光通孔17以及上電極13在同一條軸線上，金屬底板18與透光玻璃板19之間安裝透光玻璃板壓圈20，用于擠壓密封墊。激光通過透光玻璃板19、激光通孔17聚焦到火花間隙中，在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生局部等離子體，在外電壓作用下發(fā)展成等離子體通道使開關(guān)閉合。聚焦點(diǎn)的位置也沿軸向可變。若將激光聚焦到上電極上，激光聚集的位置的材料可選用銅鎢合金(含銅量10%-30%)，銅鎢合金抗燒蝕能力強(qiáng)，延長了火花間隙的壽命。
權(quán)利要求
1.一種激光觸發(fā)氣體開關(guān)，其特征在于該氣體開關(guān)包括手輪、讀數(shù)指針、指針固定桿、上電極座、上電極、下電極、密封套筒、連桿、金屬頂板、金屬底板、支撐桿、透光玻璃板和電極；所述的 金屬頂板和金屬底板通過支撐桿支撐，金屬頂板、金屬底板與支撐桿之間分別安裝屏蔽環(huán)；所述的密封套筒置于金屬頂板和金屬底板之間，并通過密封套筒上、下端部的密封圈使密封套筒內(nèi)形成密封空腔；所述的上電極座固定在所述的金屬頂板的中央，上電極座的下部伸入密封空腔內(nèi)，上電極座的上、下部設(shè)有U形缺口，上電極座的上端部設(shè)有擠壓螺帽；所述的連桿與上電極座同軸安裝，連桿的中心設(shè)有通氣孔，連桿的上端部依次伸出上電極座和擠壓螺帽，連桿的上頂部安裝有手輪，手輪的中心設(shè)有儀表接口，所述的讀數(shù)指針置于手輪上部，讀數(shù)指針通過指針固定桿固定在金屬頂板上；所述的上電極同軸安裝在上電極座的下部，上電極的上部伸入連桿與上電極座之間的空隙中，上電極上設(shè)有側(cè)孔；所述的下電極同軸安裝在上電極的下部，下電極固定在金屬底板上，金屬底板的中心開有激光入射孔，下電極的中央開有倒喇叭形空腔，倒喇叭形空腔的上端部為激光通孔；所述的透光玻璃板置于倒喇叭形空腔的下端部，透光玻璃板與金屬底板之間設(shè)有壓圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光觸發(fā)氣體開關(guān)，屬于電力開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。包括上電極、上電極座、下電極、透光玻璃板、支撐桿以及密封套筒等。激光觸發(fā)氣體開關(guān)利用連桿將手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為上電極的平動(dòng)，進(jìn)而改變間隙的距離。上電極及手輪上標(biāo)有刻度，可精確顯示火花間隙的間隙距離，調(diào)整精度與連桿和上電極連接螺紋的螺距以及手輪上的刻度數(shù)有關(guān)。激光觸發(fā)氣體開關(guān)可外接氣閥和氣壓表，用于向密封殼體內(nèi)充氣，并顯示氣體壓強(qiáng)。在金屬頂板、金屬底板與絕緣尼龍桿連接處安裝屏蔽環(huán)，并在屏蔽環(huán)與尼龍桿之間涂抹硅膠，保證火花間隙在較高的電壓情況下外絕緣不會(huì)出現(xiàn)明顯的電暈現(xiàn)象。該激光觸發(fā)氣體開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)、觸發(fā)性能穩(wěn)定、使用壽命長且方便加工。
文檔編號(hào)H01T1/22GK102946055SQ201210436670
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者孫為民, 曾嶸, 盛新富, 莊池杰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)