一種氣體火花開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種氣體火花開關(guān)。所述氣體火花開關(guān)中的高壓電極依次與壓緊環(huán)、電極座、電極密封圈、螺母、彈墊連接；觸發(fā)電極依次與上下卡環(huán)、絕緣墊圈、絕緣螺母、絕緣螺桿、外殼連接；所述高壓電極與觸發(fā)電極的中心線重合；進氣嘴與出氣嘴及相應(yīng)氣路形成循環(huán)氣流。本實用新型適用于高功率脈沖【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種氣體火花開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于脈沖功率技術(shù)的高功率開關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種氣體火花開關(guān)，功率為800 MW，重復(fù)頻率為0.1 Hz，壽命可達100萬次。

【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)技術(shù)是決定脈沖功率技術(shù)朝著更高功率、更高重復(fù)頻率發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前脈沖功率技術(shù)中能工作在重復(fù)頻率運行條件下，且峰值功率能達到GW量級的開關(guān)主要是氣體開關(guān)，但是一般而言大電流氣體火花開關(guān)由于自身放電劇烈、燒蝕嚴(yán)重且氣體絕緣性能恢復(fù)較慢，其壽命及重復(fù)頻率往往比較低。從國防科技大學(xué)程新兵的工學(xué)碩士學(xué)位論文“聞功率重復(fù)頻率氣體火花開關(guān)研究”等一系列文獻可以看出，目如國內(nèi)在GW量級氣體火花開關(guān)的重復(fù)頻率及壽命之間并未找到一個較為良好的解決方案。因此研究高功率大電流氣體火花開關(guān)對脈沖功率裝置的重復(fù)頻率和長壽命運行有著重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種氣體火花開關(guān)。
[0004]本實用新型的氣體火花開關(guān)，其特點是，所述氣體火花開關(guān)中的高壓電極依次與壓緊環(huán)、電極座、電極密封圈、螺母、彈墊連接；觸發(fā)電極依次與上下卡環(huán)、絕緣墊圈、絕緣螺母、絕緣螺桿、外殼連接；所述高壓電極與觸發(fā)電極的中心線重合；進氣嘴與出氣嘴及相應(yīng)氣路形成循環(huán)氣流。
[0005]本實用新型的氣體火花開關(guān)，通過對影響氣體火花開關(guān)壽命和重復(fù)頻率運行因素進行分析研究，本實用新型解決現(xiàn)有氣體火花開關(guān)壽命和重復(fù)頻率瓶頸主要技術(shù)方案就是:一、提出同軸三電極結(jié)構(gòu)，增大放電表面積同時均勻放電，盡可能增大電極使用壽命；二、引入循環(huán)氣流，提高氣體絕緣恢復(fù)能力的同時及時帶走放電產(chǎn)物，避免對電極進行燒蝕和對絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的污染。
[0006]氣體開關(guān)的電極燒蝕是影響開關(guān)壽命的主要因素之一，而電極燒蝕主要由各種焦耳加熱機制和放電產(chǎn)生的離子噴射對電極的燒蝕造成。開關(guān)工作時，大量的能量耗散在電極表面，當(dāng)這個能量超過電極材料融化閾值時，就會發(fā)生金屬熔化，甚至產(chǎn)生金屬蒸汽噴射。當(dāng)這些燒蝕在某一點達到一定程度之后，勢必會影響開關(guān)電極間的場強分布和耐壓特性，導(dǎo)致開關(guān)失效，縮短其使用壽命。因此增大開關(guān)壽命的主要途徑集中在以下幾個方面:(1)選擇耐燒蝕的電極材料，減小開關(guān)電極焦耳熱，降低開關(guān)電極的燒蝕程度；(2)減小單發(fā)放電的峰值電流和電荷轉(zhuǎn)移量，可有效延長電極使用壽命；(3)對電極形狀進行優(yōu)化設(shè)計，使電極表面放電盡可能均勻，有利于減小局部區(qū)域電極的燒蝕；(4)使用循環(huán)吹氣氣流，及時帶走放電產(chǎn)物，避免對電極進行燒蝕，且可以對絕緣外殼進行保護。
[0007]對氣體開關(guān)來說，開關(guān)的重復(fù)頻率運行取決于開關(guān)中氣體復(fù)合和消電離的過程，即絕緣恢復(fù)過程。對氣體絕緣恢復(fù)過程的研究，通常認(rèn)為影響氣體絕緣恢復(fù)過程的因素是炙熱氣體和殘余的帶電粒子。這兩個因素的影響若在下一次放電前未完全恢復(fù)將會加速電子崩的形成，造成開關(guān)的提前擊穿，影響開關(guān)性能。通過國內(nèi)外的相關(guān)研究，通常采用以下幾種方法提高氣體火花開關(guān)的恢復(fù)速度:(I)對放電區(qū)強力吹氣，有助于絕緣氣體快速消電離且?guī)ё叻烹姺磻?yīng)物；(2)采用具有更好恢復(fù)特性的氣體作為開關(guān)的絕緣介質(zhì)氣體，除了氣體類型，氣體工作場強、不同混合氣體也會對開關(guān)恢復(fù)速度造成影響；(3)放電電流對恢復(fù)過程影響很大，一般較小的電流對應(yīng)較快的恢復(fù)速度；(4)此外，在開關(guān)電極間加掃描電壓、改變負(fù)載阻抗、控制充電方式等都會對氣體火花開關(guān)恢復(fù)速度有一定影響。
[0008]通過分析及實驗驗證，結(jié)合氣體火花開關(guān)結(jié)構(gòu)上可以進行改進各方面的實際情況，得到本實用新型提出的一種氣體火花開關(guān)主要技術(shù)方案:引入同軸三電極結(jié)構(gòu)及循環(huán)氣流。
[0009]本實用新型的有益效果是:在現(xiàn)有氣體火花開關(guān)放電機理研究基礎(chǔ)上，對開關(guān)電極及絕緣結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在引入同軸三電極結(jié)構(gòu)及循環(huán)氣流之后，新型長壽命高功率重復(fù)頻率氣體火花開關(guān)在壽命及重復(fù)頻率上面都得到較大提升，大大提升氣體火花開關(guān)在脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】的應(yīng)用范圍，并有望進一步推進重復(fù)頻率高功率脈沖功率裝置的實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的氣體火花開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖中:1.上下卡環(huán) 2.進氣嘴 3.出氣嘴 4.密封圈 5.絕緣墊圈 6.絕緣螺母 7.絕緣螺桿 8.外殼 9.高壓電極 10.觸發(fā)電極
11.壓緊環(huán) 12.電極座 13.電極密封圈 14.螺母 15.彈墊。

【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型一種氣體火花開關(guān)。
[0013]圖1為本實用新型的氣體火花開關(guān)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，本實用新型的氣體火花開關(guān)含有兩個高壓電極9、一個觸發(fā)電極10和兩個開關(guān)外殼8,兩個高壓電極9與一個觸發(fā)電極10構(gòu)成本實用新型主體同軸三電極結(jié)構(gòu)，為了使放電均勻，三個同軸電極安裝時必須保持十分良好的同軸度。其連接關(guān)系是，高壓電極9通過與壓緊環(huán)11、電極座12、電極密封圈13、螺母14、彈墊15緊密安裝，保證高壓電極同軸度，觸發(fā)電極10通過與上下卡環(huán)1、密封圈4、絕緣墊圈5、絕緣螺母6、絕緣螺桿7、外殼8緊密安裝，保證觸發(fā)電極的同軸度。開關(guān)絕緣氣體通過一個進氣嘴2、兩個出氣嘴3及相應(yīng)氣路裝置形成循環(huán)氣流，結(jié)合開關(guān)獨特的三電極結(jié)構(gòu)形成良好的豎吹路徑，有效的規(guī)避放電產(chǎn)物對電極的污染。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體火花開關(guān)，其特征在于:所述氣體火花開關(guān)中的高壓電極(9)依次與壓緊環(huán)(11)、電極座(12)、電極密封圈(13 )、螺母(14 )、彈墊(15 )連接；觸發(fā)電極(10 )依次與上下卡環(huán)(I)、絕緣墊圈(5)、絕緣螺母(6)、絕緣螺桿(7)、外殼(8)連接；所述高壓電極(9)與觸發(fā)電極(10)的中心線重合；進氣嘴(2)與出氣嘴(3)及相應(yīng)氣路形成循環(huán)氣流。
【文檔編號】H01T1/00GK203983729SQ201420411497
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】章樂, 王勐, 周良驥, 韓文輝, 任靖, 康軍軍, 王杰, 陳林, 謝衛(wèi)平 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所