[發(fā)明專利]含電暈間隙的多級氣體開關(guān)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610504921.0
• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN106099645B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇建倉;高鵬程;曾搏;李銳;程杰;邱旭東;吳曉龍;喻斌雄
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: H01T1/22
• 分類號: H01T1/22;H01T2/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多級氣體開關(guān)，特別是涉及一種含電暈間隙的多級氣體開關(guān)。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，開關(guān)技術(shù)具有特殊重要的地位。它決定了脈沖功率裝置的輸出特性，甚至是脈沖功率系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。氣體開關(guān)是一種通過等離子體流的產(chǎn)生、消散實現(xiàn)通、斷的開關(guān)。因其工作電壓高、通流能力強、重頻穩(wěn)定性較好、工作壽命較高等特點，在脈沖功率領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，高電壓、高重頻是氣體開關(guān)的重要發(fā)展方向。然而，在對脈沖功率裝置的體積、重量有特殊要求的場合下，氣體開關(guān)的結(jié)構(gòu)、重量也受到了制約。

參照圖1。文獻“Rimfire:A Six Megavolt Laser-Triggered Gas Filled Switch for PBFA II 1987年第五屆IEEE脈沖功率會議文集第262至265頁”公開了一種含激光觸發(fā)間隙的多級開關(guān)。含激光觸發(fā)間隙的多級開關(guān)包含首端均壓盤1、末端均壓盤3、第一電極4、第一絕緣子5、第二電極6、第二絕緣子7、第三電極8和絕緣支撐9。所述的第一電極4是開孔球電極，所述的第二電極6是球電極，所述的第三電極8為盤形電極。第一電極4與第二電極6由第一絕緣子5作支撐，組成激光觸發(fā)間隙；每兩個第三電極8由第二絕緣子7作支撐，組成過壓擊穿間隙。第一電極4中心開孔，可引入激光。當(dāng)激光到達觸發(fā)間隙時，觸發(fā)間隙優(yōu)先擊穿，過壓間隙隨后擊穿。激光觸發(fā)間隙的電極間距為45mm。后面級聯(lián)15級電極間距為9mm過壓擊穿間隙。采用KrF激光器以及激光導(dǎo)引光路作為觸發(fā)系統(tǒng)。該KrF激光器可發(fā)射半高寬為22ns、單次脈沖能量為30mJ的激光。在4.48atm的六氟化硫環(huán)境中，這種含激光觸發(fā)間隙的多級開關(guān)擊穿電壓可達5MV。擊穿時間的標(biāo)準(zhǔn)差為1ns。雖然含激光觸發(fā)間隙的多級開關(guān)可實現(xiàn)高電壓、低抖動運行，但是需要外加觸發(fā)系統(tǒng)，致使開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有多級氣體開關(guān)需要外加觸發(fā)系統(tǒng)，致使開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種含電暈間隙的多級氣體開關(guān)。該多級氣體開關(guān)由電暈間隙和過壓擊穿間隙兩部分組成。開關(guān)內(nèi)充六氟化硫氣體。當(dāng)開關(guān)兩端電壓達到預(yù)定水平時，電暈間隙優(yōu)先擊穿，過壓擊穿間隙隨后擊穿。電暈間隙具有良好的工作穩(wěn)定性，可以穩(wěn)定地觸發(fā)多級開關(guān)，使多級開關(guān)低抖動運行。因此，含電暈間隙的多級開關(guān)，可以在不加外觸發(fā)系統(tǒng)的條件下穩(wěn)定運行，大大簡化了開關(guān)系統(tǒng)，并減小了開關(guān)系統(tǒng)體積。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種含電暈間隙的多級氣體開關(guān)，其特點是包括首端均壓盤1、拉桿2、末端均壓盤3、第一電極4、第一絕緣子5、第二電極6、第二絕緣子7和第三電極8。所述的第一電極4是環(huán)形刀刃形，刀尖做倒圓處理。所述的第二電極6是平板電極，所述的第三電極8為盤形電極，所述的第一絕緣子5邊緣刻槽。第一電極4與第二電極6相對放置，兩者由第一絕緣子5支撐，組成電暈間隙；每兩個第三電極8相對放置，由第二絕緣子7支撐，組成過壓擊穿間隙。首端均壓盤1和末端均壓盤3兩者之間形成均勻電場，避免了外界電場對內(nèi)部的干擾。首端均壓盤1和末端均壓盤3上沿圓周方向開孔，用以插入拉桿2。拉桿2兩端有螺紋，螺紋露在均壓盤外側(cè)。裝配時在拉桿2兩端安裝螺母，并通過調(diào)整螺母松緊度改變首端均壓盤1、末端均壓盤3間距，進而將所有電極和絕緣子壓實、固定。

所述的首端均壓盤1、末端均壓盤3、第一電極4、第二電極6和第三電極8的材料采用304不銹鋼。

所述的拉桿2材料采用尼龍1010。

所述的第一絕緣子5和第二絕緣子7的材料采用MC尼龍或聚酰亞胺任意一種。

本發(fā)明的有益效果是：含電暈間隙的多級氣體開關(guān)由電暈間隙和過壓擊穿間隙組成。開關(guān)級數(shù)可調(diào)。第一電極采用環(huán)形刀刃形狀。刀尖處的電場較高。盤形電極的邊緣為橢球形。橢球形邊緣可形成準(zhǔn)均勻場。在開關(guān)充電過程中，由于第一電極的尖端電場較高，在等離子體放電通道未形成前刀尖處可形成局部自持放電，即電暈層。電暈層弱化了刀尖附近的電場，抑制了有效種子電子的產(chǎn)生，進而抑制了預(yù)擊穿的發(fā)生。隨著充電電壓的升高，電暈層周圍的場強逐漸提高，并逐步向第二電極方向發(fā)展。當(dāng)且僅當(dāng)電壓到達指定水平時，有效種子電子可以產(chǎn)生，進而形成等離子體放電通道，使開關(guān)發(fā)生擊穿。在等離子體消散過程中，等離子通道的熱量可通過熱交換的方式，傳導(dǎo)至盤形電極。這大大提高了氣體的絕緣恢復(fù)速度，從而提高了開關(guān)的工作頻率。在無外加觸發(fā)系統(tǒng)和吹氣系統(tǒng)條件下，含電暈間隙的多級氣體開關(guān)的擊穿電壓可以達到兆伏量級，工作頻率可以達到百赫茲。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細(xì)說明。