[實用新型]一種高可靠性可控多重火花放電間隙

有效

• 申請號: 201120200029.6
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN202190072U
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 鄭健超;謝凌東
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: H02H9/06
• 分類號: H02H9/06
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型屬于電氣元件領域，具體涉及一種高可靠性可控多重火花放電間隙，可用于超高電壓交/直流電力系統重要設備或部件的過電壓保護以及大電流的高速旁路。

背景技術

由于火花放電的時間極短(微秒量級)，間隙可以承受數百kA以上的沖擊電流，可控火花放電間隙(或稱觸發放電間隙)已應用于高電壓技術、脈沖功率技術等領域的試驗研究。

現有的可控放電間隙的設計均基于所謂“三電極間隙”原理，即在兩個電極構成的主間隙之間放置用于“點火”的第三個電極。主間隙的電極形狀設計使間隙的電場盡可能均勻，以便使間隙能夠耐受較高的工作電壓，避免在工作電壓作用下間隙產生自放電(自觸發、誤動)；當觸發脈沖送達點火電極時，在主間隙中產生電場畸變或小火花放電，導致主間隙絕緣耐受強度降低，令間隙在工作電壓作用下產生貫穿性放電。也可以用激光脈沖實現可控放電間隙的點火。

現有的三電極可控放電間隙尚不能在高壓電網工程應用的主要原因有：

1)可靠性低：由于受氣象環境條件影響，間隙火花放電電壓有很大的分散性，放電電壓的標準偏差可達8％以上。要防止間隙不發生誤動，應使間隙的工作電壓顯著低于自放電電壓；另一方面，要保證在點火脈沖送出時間隙可靠動作，又要盡可能提高工作電壓。為了兼顧防止誤動和防止拒動的要求，現有的間隙設計面臨兩難選擇，除非使間隙自放電電壓/觸發放電電壓的比值達到3倍以上。但現有三電極放電間隙從原理上講，觸發脈沖對主間隙耐受電壓的影響有限，把這個比值提高到2已十分困難。因而，現有的可控火花放電間隙不能滿足電力系統高可靠性的要求。

2)現有的可控間隙動作的原理是，依靠工作電壓超過主間隙在觸發脈沖作用下的耐受強度來實現主間隙的放電，因此放電只能發生在工頻電壓峰值附近，在其他相位送出觸發脈沖，工作電壓的瞬時值可能很低，不足以導致主間隙的放電，現有可控火花間隙在相當大的時間段存在“控制死區”；

3)現有的三電極可控間隙通常只有單個主間隙、最多有2個主間隙，耐壓水平低，難以用于超高電壓電網。

現代電網的發展，對高可靠性的可控放電間隙提出了重大需求，以滿足交直流輸電系統中重要設備或部件的過電壓保護和大電流的快速旁路。

國內外現有的可控火花間隙，均以三電極火花間隙為基礎，已在脈沖功率技術、高壓試驗研究中獲得應用，已有電容均壓型的兩級串聯的三電極火花間隙，工作電壓只能達到30-50kV左右。由于三電極可控間隙原理的局限，現有的可控間隙動作可靠性不高，容易發生誤動或拒動；

國內外已有用多重間隙串聯構成的高壓試驗設備，例如沖擊波截斷的截波裝置，只在試驗室中專用，與本實用新型的功能和用途不同。

國內外目前沒有可應用于超高壓/特高壓電網的高可靠性、無控制死區的可控放電間隙的設計、專利或產品。

本實用新型從原理上可以克服現有可控火花放電間隙的上述缺點，有效地解決動作可靠性、消除控制死區和提高工作電壓等關鍵技術問題。

實用新型內容

本實用新型的目的是：提供一種高可靠性可控多重火花放電間隙，可用于超高電壓交/直流電力系統重要設備或部件的過電壓保護以及大電流的高速旁路，可實現超高壓/特高壓電網的高可靠性、無控制死區的可控放電間隙保護功能。

本實用新型的工作原理與現有三電極火花放電間隙的工作原理有本質的不同，本實用新型的核心組件是與頻率相關鏈形網絡逐級聯結的多重火花間隙。選擇適當的網絡結構和參數，可以獲得工頻交流(或直流)工作電壓沿多重間隙的均勻分布。多重間隙的放電電壓接近于單間隙放電電壓與間隙級數的乘積。只要選擇足夠的級數，多重間隙能夠耐受很高的工作電壓，因而可應用到任何的電壓等級。相反，在脈沖(高頻)觸發電壓的作用下，由于頻率相關網絡對電壓分布的調節作用，沿多重間隙的電壓分布變得極不均勻，絕大部分外加電壓均集中在第一、二個間隙，以致在幅值稍高于單間隙放電電壓的的觸發電壓作用下，就可引起級聯放電，導致多重間隙依次放電。這種間隙在工頻工作電壓作用下自放電電壓與觸發脈沖作用下的放電電壓的比值，隨間隙級數的增加而增加，選擇10級間隙串聯即可保證間隙具有極高的可靠性，無誤動或拒動之虞。這種新型的可控放電間隙可以應用于任何電壓等級直至特高壓等級的交直流輸電系統。