[發明專利]一種激光觸發氣體開關

有效

• 申請號: 201210436670.9
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102946055A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 孫為民;曾嶸;盛新富;莊池杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01T2/00
• 分類號: H01T2/00;H01T1/22
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種激光觸發氣體開關，屬于電力開關技術領域。

技術背景

開關是脈沖功率裝置的關鍵部件之一，開關性能的好壞直接影響著脈沖功率裝置的性能，對這類開關的要求是：大電流、高電壓、延時短、動作頻繁、壽命長等。當激光聚焦于觸發間隙時，焦點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展成等離子體通道使開關閉合。激光觸發氣體開關具有觸發延時及抖動小、預擊穿概率低、結構簡單、運行穩定可靠、可遠程控制、適合重復運行和多間隙多通道運行等優點。并且激光觸發開關觸發精確，在所有氣體觸發開關中抖動性最小，是今后開關技術發展的重要方向。

激光觸發氣體開關與電脈沖觸發氣體開關相比不需要復雜的陡脈沖高電壓觸發源，觸發回路和主回路之間沒有電路聯系，避免了彼此之間的影響。隨著激光技術的成熟，激光觸發氣體開關將逐步在工程中得到應用，如串補電容的保護間隙。

然而，無論從實驗研究還是工程應用角度，激光觸發氣體開關的設計都面臨著三個問題：第一，間隙距離很難精確調整，導致火花間隙的自擊穿電壓和觸發擊穿電壓存在誤差。第二，火花間隙的動密封很難做到，在調整間隙距離時，火花間隙的密封性被破壞。第三，在高電壓作用下，火花間隙局部會出現局部電暈，尤其在外絕緣部分。因此，亟待設計一種激光觸發氣體開關來解決上述問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種激光觸發氣體開關，改變已有氣體開關的結構，使上電極與下電極之間的間隙距離精確調整與間隙密封性有效結合，并解決了外絕緣的電暈問題。

本發明提出的激光觸發氣體開關，包括手輪、讀數指針、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；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，上電極座的上、下部設有U形缺口，上電極座的上端部設有擠壓螺帽；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，手輪的中心設有儀表接口，所述的讀數指針置于手輪上部，讀數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，上電極上設有側孔；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有壓圈。

本發明提出的激光觸發氣體開關，其優點是：

1、與現有的氣體開關相比，本發明的氣體開關將火花間隙的動密封限制為轉動密封，保證了火花間隙良好的密封性。同時，通過一個連桿將手輪的轉動轉換為下電極的上、下移動以調整上電極與下電極之間的間隙，上電極上及手輪上標有的刻度，可以用于精確顯示間隙的距離，因此氣體開關觸發性能穩定，自擊穿電壓和觸發擊穿電壓更加準確。

2、本發明的氣體開關在金屬底板與連桿連接的位置處安裝了屏蔽環，并在屏蔽環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生的電暈。

3、本發明的氣體開關，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軸線上，保證在各種外界條件下激光穩定地照射到靶電極，光路校準十分方便。

4、本發明的氣體開關，上電極的一側設有通氣孔，通氣孔連接到火花間隙外，火花間隙外接氣壓表，用于顯示間隙密封殼體內氣體的壓強，氣壓表的另一端接氣閥，方便充氣及抽真空操作。

綜上所述，本發明提出的激光觸發氣體開關，結構簡單，觸發性能穩定，使用壽命長，電氣特性好，而且方便加工。

附圖說明