[發(fā)明專利]一種高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)

在審

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• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107888174A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖敏夫;陳占清;段雄英;黃智慧;趙通;賀偉亮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H03K17/54
• 分類號: H03K17/54
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高壓大容量功率開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)。

背景技術(shù)

近年來我國國防、科研、電力系統(tǒng)保護(hù)等多個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)γ}沖功率技術(shù)的應(yīng)用與研究需求不斷增長，研發(fā)一種大功率、高重頻、工作性能優(yōu)異的脈沖功率開關(guān)器件勢在必行。目前針對脈沖功率系統(tǒng)中閉合開關(guān)的研究主要可分為氣體觸發(fā)開關(guān)和真空觸發(fā)開關(guān)兩個方向，按其觸發(fā)方式區(qū)分又有電脈沖觸發(fā)和激光觸發(fā)兩種類型。電脈沖觸發(fā)開關(guān)主要依賴其觸發(fā)極與主電極間的高能脈沖放電來產(chǎn)生初始等離子體導(dǎo)通主間隙，具有結(jié)構(gòu)簡單、通流量大的優(yōu)點；但維持其良好工作性能所需的觸發(fā)能量過高，且電弧對其觸發(fā)極及觸發(fā)極涂覆材料存在嚴(yán)重的燒蝕作用，影響電脈沖觸發(fā)開關(guān)的應(yīng)用范圍和使用壽命。激光觸發(fā)開關(guān)采用激光脈沖作為觸發(fā)源，具有觸發(fā)系統(tǒng)電氣隔離、重復(fù)觸發(fā)控制簡單的特點。激光觸發(fā)氣體開關(guān)受其絕緣氣體電氣特性的影響，重頻開斷能力相對較差；此外，為獲得良好的工作性能，激光觸發(fā)氣體開關(guān)需維持較高的工作欠壓比及一定充氣壓力，限制了其應(yīng)用范圍。

激光觸發(fā)真空開關(guān)是一種綜合了電脈沖觸發(fā)真空開關(guān)和激光觸發(fā)氣體開關(guān)技術(shù)優(yōu)點的一種新型脈沖功率閉合開關(guān)器件，其以高能量密度的激光脈沖轟擊靶電極中觸發(fā)靶材，產(chǎn)生大量初始等離子體使真空間隙能快速導(dǎo)通；利用真空短間隙良好的絕緣性能和極為優(yōu)異滅弧能力獲得更佳的重頻開斷特性。相較于激光觸發(fā)氣體開關(guān)，激光觸發(fā)真空開關(guān)具有導(dǎo)通延時短、觸發(fā)精度高、工作電壓范圍寬、觸發(fā)可靠性高、重頻開斷特性優(yōu)良、工作壽命長、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，在諸多應(yīng)用領(lǐng)域都展現(xiàn)出了極大的發(fā)展?jié)摿Α５芟抻谡婵臻g隙耐壓水平與其間隙距離間存在非線性增長關(guān)系，提升單斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)的電壓等級較為困難。國內(nèi)外現(xiàn)有的激光觸發(fā)真空開關(guān)產(chǎn)品的電壓等級相對較低且性能有限，難以滿足高壓系統(tǒng)對大容量激光觸發(fā)真空開關(guān)的工作性能需求。

基于高壓多斷口真空開關(guān)技術(shù)的研究基礎(chǔ)，若將多個激光觸發(fā)真空間隙串聯(lián)，組成一種新型多斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)以提升其應(yīng)用電壓等級；設(shè)置串聯(lián)真空間隙的布置方式使間隙間獲得更為均勻的電壓分布關(guān)系，滿足多斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)的同步導(dǎo)通需求；改變真空間隙內(nèi)靶電極的數(shù)量和位置，使間隙內(nèi)能產(chǎn)生更多初始等離子體以提升開關(guān)的同步導(dǎo)通性能；設(shè)計開關(guān)的同步觸發(fā)系統(tǒng)，控制激光器同時產(chǎn)生多路能量相等的平行激光，實現(xiàn)多個激光觸發(fā)真空間隙的同步觸發(fā)，以此獲得性能更優(yōu)、容量更大的激光觸發(fā)真空開關(guān)產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)，通過設(shè)置四個串聯(lián)的激光觸發(fā)真空間隙的布置方式來優(yōu)化間隙間電壓分布關(guān)系，滿足多斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)的同步導(dǎo)通需求；改變真空間隙內(nèi)靶電極數(shù)量使間隙內(nèi)能產(chǎn)生更多初始等離子體，提升激光觸發(fā)真空開關(guān)的同步導(dǎo)通性能；設(shè)計同步觸發(fā)系統(tǒng)，使激光器同時發(fā)出多路能量相等的平行激光，實現(xiàn)高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)快速、同步導(dǎo)通。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)，包括同步觸發(fā)系統(tǒng)、四個串聯(lián)的平板電極結(jié)構(gòu)的激光觸發(fā)真空間隙、高壓接線端子、接線端子、低壓接線端子、支撐絕緣子、空心絕緣支柱、雙層架臺和底座；

所述的四個激光觸發(fā)真空間隙分別位于架臺的上、下兩層上，四個激光觸發(fā)真空間隙經(jīng)三個接線端子首尾相連，形成一個等腰梯形，各激光觸發(fā)真空間隙分別位于等腰梯形的頂點處，同一側(cè)兩個激光觸發(fā)真空間隙的連線與地面的夾角為45°，此布置方式可使串聯(lián)真空間隙間的電壓均勻分布，避免不同欠壓比下各激光觸發(fā)真空間隙的導(dǎo)通延時及觸發(fā)精度差異對高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)的同步導(dǎo)通性能的影響，同時可在一定程度上提升開關(guān)的應(yīng)用電壓等級；高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)經(jīng)高壓接線端子、低壓接線端子與外部系統(tǒng)連接；各激光觸發(fā)真空間隙通過支撐絕緣子和/或絕緣支柱被分別豎直固定在雙層架臺上，保證開關(guān)的機(jī)械穩(wěn)定性及外絕緣需求，底座設(shè)置于雙層架臺下方，用于支撐整個高壓四斷口激光觸發(fā)真空開關(guān)；

所述的平板型激光觸發(fā)真空間隙包括絕緣外殼、上端蓋法蘭、下端蓋法蘭、陽極導(dǎo)電桿、陰極導(dǎo)電桿、隔擋蓋、高透光學(xué)玻璃、密封可閥、屏蔽罩、陽極觸頭、陰極觸頭、通光孔、觸發(fā)靶材和靶電極；

所述的絕緣外殼為帶傘群的圓柱狀腔體，其上下兩端分別由上端蓋法蘭、下端蓋法蘭密封；陽極導(dǎo)電桿為空心圓柱，通過上端蓋法蘭實現(xiàn)密封；陰極導(dǎo)電桿與下端蓋法蘭密封連接；陽極導(dǎo)電桿頂部接有隔檔蓋，隔檔蓋內(nèi)嵌有高透光學(xué)玻璃和密封可閥，高透光學(xué)玻璃經(jīng)密封可閥密封連接在陽極導(dǎo)電桿的頂部，在保證觸發(fā)間隙內(nèi)真空度的同時提供激光通道；