[實用新型]一種氣體火花開關

有效

• 申請號: 201420411497.1
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN203983729U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 章樂;王勐;周良驥;韓文輝;任靖;康軍軍;王杰;陳林;謝衛平
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H01T1/00
• 分類號: H01T1/00;H01T1/22
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明

技術領域

本實用新型屬于脈沖功率技術的高功率開關技術領域，具體涉及一種氣體火花開關，功率為800?MW，重復頻率為0.1?Hz，壽命可達100萬次。

背景技術

開關技術是決定脈沖功率技術朝著更高功率、更高重復頻率發展的關鍵因素。目前脈沖功率技術中能工作在重復頻率運行條件下，且峰值功率能達到GW量級的開關主要是氣體開關，但是一般而言大電流氣體火花開關由于自身放電劇烈、燒蝕嚴重且氣體絕緣性能恢復較慢，其壽命及重復頻率往往比較低。從國防科技大學程新兵的工學碩士學位論文“高功率重復頻率氣體火花開關研究”等一系列文獻可以看出，目前國內在GW量級氣體火花開關的重復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對脈沖功率裝置的重復頻率和長壽命運行有著重大意義。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種氣體火花開關。

本實用新型的氣體火花開關，其特點是，所述氣體火花開關中的高壓電極依次與壓緊環、電極座、電極密封圈、螺母、彈墊連接；觸發電極依次與上下卡環、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電極的中心線重合；進氣嘴與出氣嘴及相應氣路形成循環氣流。

本實用新型的氣體火花開關，通過對影響氣體火花開關壽命和重復頻率運行因素進行分析研究，本實用新型解決現有氣體火花開關壽命和重復頻率瓶頸主要技術方案就是：一、提出同軸三電極結構，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、引入循環氣流，提高氣體絕緣恢復能力的同時及時帶走放電產物，避免對電極進行燒蝕和對絕緣結構內壁的污染。

氣體開關的電極燒蝕是影響開關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生的離子噴射對電極的燒蝕造成。開關工作時，大量的能量耗散在電極表面，當這個能量超過電極材料融化閾值時，就會發生金屬熔化，甚至產生金屬蒸汽噴射。當這些燒蝕在某一點達到一定程度之后，勢必會影響開關電極間的場強分布和耐壓特性，導致開關失效，縮短其使用壽命。因此增大開關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，減小開關電極焦耳熱，降低開關電極的燒蝕程度；(2)減小單發放電的峰值電流和電荷轉移量，可有效延長電極使用壽命；(3)對電極形狀進行優化設計，使電極表面放電盡可能均勻，有利于減小局部區域電極的燒蝕；(4)使用循環吹氣氣流，及時帶走放電產物，避免對電極進行燒蝕，且可以對絕緣外殼進行保護。

對氣體開關來說，開關的重復頻率運行取決于開關中氣體復合和消電離的過程，即絕緣恢復過程。對氣體絕緣恢復過程的研究，通常認為影響氣體絕緣恢復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將會加速電子崩的形成，造成開關的提前擊穿，影響開關性能。通過國內外的相關研究，通常采用以下幾種方法提高氣體火花開關的恢復速度：(1)對放電區強力吹氣，有助于絕緣氣體快速消電離且帶走放電反應物；(2)采用具有更好恢復特性的氣體作為開關的絕緣介質氣體，除了氣體類型，氣體工作場強、不同混合氣體也會對開關恢復速度造成影響；(3)放電電流對恢復過程影響很大，一般較小的電流對應較快的恢復速度；(4)此外，在開關電極間加掃描電壓、改變負載阻抗、控制充電方式等都會對氣體火花開關恢復速度有一定影響。

通過分析及實驗驗證，結合氣體火花開關結構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主要技術方案：引入同軸三電極結構及循環氣流。

本實用新型的有益效果是：在現有氣體火花開關放電機理研究基礎上，對開關電極及絕緣結構進行優化，在引入同軸三電極結構及循環氣流之后，新型長壽命高功率重復頻率氣體火花開關在壽命及重復頻率上面都得到較大提升，大大提升氣體火花開關在脈沖功率技術領域的應用范圍，并有望進一步推進重復頻率高功率脈沖功率裝置的實現。

附圖說明

圖1是本實用新型的氣體火花開關的結構示意圖；

圖中：1.?上下卡環????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.觸發電極?????11.?壓緊環?????12.?電極座?????13.電極密封圈?????14.?螺母?????15.?彈墊。

具體實施方式

下面結合附圖詳細描述本實用新型一種氣體火花開關。

圖1為本實用新型的氣體火花開關實施例的結構示意圖，圖1中，本實用新型的氣體火花開關含有兩個高壓電極9、一個觸發電極10和兩個開關外殼8，兩個高壓電極9與一個觸發電極10構成本實用新型主體同軸三電極結構，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。其連接關系是，高壓電極9通過與壓緊環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，觸發電極10通過與上下卡環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，保證觸發電極的同軸度。開關絕緣氣體通過一個進氣嘴2、兩個出氣嘴3及相應氣路裝置形成循環氣流，結合開關獨特的三電極結構形成良好的豎吹路徑，有效的規避放電產物對電極的污染。