[發(fā)明專利]一種激光觸發(fā)快速閉合高壓真空開關(guān)

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• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN110971222A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖敏夫;陳占清;段雄英;張虎波;孫文昊;范忠憲;張鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: H03K17/54
• 分類號: H03K17/54
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

1.一種激光觸發(fā)快速閉合高壓真空開關(guān)，其特征在于，所述的激光觸發(fā)快速閉合高壓真空開關(guān)包括上接線端子(16)、上絕緣支撐桿(17)、下接線端子(18)、開關(guān)組件(19)、下絕緣支撐桿(26)、觸發(fā)控制器(27)、機構(gòu)電源模塊(28)、儲能電容(29)、底座(30)、機構(gòu)聯(lián)動組件和激光觸發(fā)系統(tǒng)；

所述的開關(guān)組件(19)包括高透鏡片(2)、上端蓋法蘭(3)、上輔助屏蔽罩(4)、空心上導(dǎo)電桿(5)、屏蔽罩(6)、絕緣外殼(7)、帶通光孔靜電極(8)、下電極(9)、觸發(fā)材料(10)、下動導(dǎo)電桿(11)、波紋管(12)、下輔助屏蔽罩(13)、下端蓋法蘭(14)和動電極導(dǎo)向桿(15)；所述的屏蔽罩(6)為圓筒形，屏蔽罩(6)的外側(cè)設(shè)置有環(huán)形法蘭；所述的絕緣外殼(7)為圓筒形，屏蔽罩(6)通過環(huán)形法蘭封接于絕緣外殼(7)內(nèi)壁；所述的上端蓋法蘭(3)和下端蓋法蘭(14)為凹形殼體結(jié)構(gòu)，分別安裝在絕緣外殼(7)兩端，上端蓋法蘭(3)和下端蓋法蘭(14)中心開有通孔；所述的空心上導(dǎo)電桿(5)和動電極導(dǎo)向桿(15)均為圓筒形，空心上導(dǎo)電桿(5)密封接于上端蓋法蘭(3)的通孔內(nèi)，空心上導(dǎo)電桿(5)下端位于屏蔽罩(6)內(nèi)部；動電極導(dǎo)向桿(15)安裝在下端蓋法蘭(14)的通孔內(nèi)；所述的高透鏡片(2)密封安裝在空心上導(dǎo)電桿(5)中心通孔內(nèi)；所述的帶通光孔靜電極(8)同軸安裝在空心上導(dǎo)電桿(5)下端、位于屏蔽罩(6)內(nèi)部，帶通光孔靜電極(8)與空心上導(dǎo)電桿(5)的中心通孔對應(yīng)的區(qū)域均勻開有n+1個通光孔，n為自然數(shù)，通光孔軸線與空心上導(dǎo)電桿(5)軸線平行；所述的下動導(dǎo)電桿(11)同軸安裝在動電極導(dǎo)向桿(15)內(nèi)，下動導(dǎo)電桿(11)上端位于屏蔽罩(6)內(nèi)部；所述的下電極(9)安裝在下動導(dǎo)電桿(11)上端，與帶通光孔靜電極(8)對稱布置于屏蔽罩(6)內(nèi)部；所述的下電極(9)與帶通光孔靜電極(8)的通光孔對應(yīng)的位置處裝有n+1個觸發(fā)材料(10)，觸發(fā)材料(10)與脈沖激光(1)作用產(chǎn)生等離子體導(dǎo)通帶通光孔靜電極(8)和下電極(9)間的真空間隙；所述的觸發(fā)材料(10)是鈦與氯化鉀的混合粉末；所述的波紋管(12)套裝在下動導(dǎo)電桿(11)外部，波紋管(12)的兩端分別密封接于下動導(dǎo)電桿(11)和下端蓋法蘭(14)上；所述的上輔助屏蔽罩(4)和下輔助屏蔽罩(13)分別安裝在上端蓋法蘭(3)內(nèi)表面和下端蓋法蘭(14)內(nèi)表面，上輔助屏蔽罩(4)環(huán)繞在空心上導(dǎo)電桿(5)外部，下輔助屏蔽罩(13)環(huán)繞在下動導(dǎo)電桿(11)外部，用于優(yōu)化間隙內(nèi)電場分布；

所述的底座(30)為空心箱體結(jié)構(gòu)，觸發(fā)控制器(27)、機構(gòu)電源模塊(28)和儲能電容(29)安裝在底座(30)內(nèi)部，觸發(fā)控制器(27)作為激光觸發(fā)快速閉合高壓真空開關(guān)的控制器，觸發(fā)控制器(27)與機構(gòu)電源模塊(28)通信連接，機構(gòu)電源模塊(28)與儲能電容(29)通信連接；

所述的上接線端子(16)和下接線端子(18)均為板形結(jié)構(gòu)，且中心處開有通孔；所述的下接線端子(18)通過多個下絕緣支撐桿(26)安裝固定在底座(30)上方；所述的上接線端子(16)通過多個上絕緣支撐桿(17)安裝固定在下接線端子(18)上方；所述的開關(guān)組件(19)通過上接線端子(16)和下接線端子(18)夾持固定，空心上導(dǎo)電桿(5)同軸穿過上接線端子(16)的通孔，且上端蓋法蘭(3)與上接線端子(16)等電位連接；所述動電極導(dǎo)向桿(15)同軸穿過下接線端子(18)的通孔，下端蓋法蘭(14)與下接線端子(18)等電位連接；

所述的機構(gòu)聯(lián)動組件包括軟連接排線(20)、接線排(21)、絕緣拉桿(22)、超程簧(23)、超程連接件(24)和快速操動機構(gòu)(25)；所述的快速操動機構(gòu)(25)安裝在底座(30)上部；所述的超程連接件(24)安裝在快速操動機構(gòu)(25)的上動端，超程連接件(24)經(jīng)超程簧(23)與絕緣拉桿(22)連接，用于調(diào)整快速操動機構(gòu)(25)的機械運動穩(wěn)定性；所述的接線排(21)為導(dǎo)電圓盤，固定安裝在絕緣拉桿(22)與下動導(dǎo)電桿(11)之間；所述的接線排(21)經(jīng)軟連接排線(20)與下接線端子(18)固定連接，用于導(dǎo)通開關(guān)組件(19)上的大電流；

所述的激光觸發(fā)系統(tǒng)包括激光器(31)、激光器電源(32)、通信光纖(33)和觸發(fā)光路，所述的觸發(fā)光路分為空間光觸發(fā)光路和能量光纖觸發(fā)光路，根據(jù)條件按需選擇；所述的激光器電源(32)通過通信光纖(33)與觸發(fā)控制器(27)通信連接，觸發(fā)控制器(27)向激光器電源(32)發(fā)送指令控制激光器(31)輸出脈沖激光(1)；

所述的空間光觸發(fā)系統(tǒng)包括密封鏡片(34)、分光鏡筒(35)、全反鏡片(36)和分光鏡片(37)組成的n組分光鏡片組、n+1個聚焦鏡片(38)；所述的分光鏡筒(35)為空心圓柱，其上端面中心開有一個通孔，上端面的通孔處安裝密封鏡片(34)，下端面開有n+1個通孔，下端面的通孔處安裝n+1個聚焦鏡片(38)；所述的分光鏡筒(35)安裝在上接線端子(16)上部，聚焦鏡片(38)與帶通光孔靜電極(8)上的通光孔對齊；所述的激光器(31)輸出脈沖激光(1)經(jīng)空間光傳輸后，沿分光鏡筒(35)軸心線通過密封鏡片(34)輸入分光鏡筒內(nèi)，激光器(31)與分光鏡筒(35)之間保持絕緣；每組全反鏡片(36)和分光鏡片(37)平行安裝在分光鏡筒(35)內(nèi)；第一組鏡片組的分光鏡片(37)與穿過密封鏡片(34)的脈沖激光(1)夾角為45°，脈沖激光(1)照射在分光鏡片(37)后分成兩路脈沖激光(1)，一路穿過分光鏡片(37)并且方向與原脈沖激光(1)同向，另一路發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)照射在全反鏡片(36)上，照射在全反鏡片(36)上的脈沖激光(1)發(fā)生90°的二次偏轉(zhuǎn)后與原脈沖激光(1)同向；根據(jù)需要設(shè)置的其他n-1組鏡片組依次設(shè)置，每組鏡片組將單路脈沖激光(1)轉(zhuǎn)化成雙路同向脈沖激光(1)，n組鏡片組將單路脈沖激光(1)轉(zhuǎn)換成n+1路脈沖激光(1)，n+1路脈沖激光(1)依次穿過聚焦鏡片(38)、高透鏡片(2)和帶通光孔靜電極(8)照射在觸發(fā)材料(10)表面；

所述的能量光纖觸發(fā)系統(tǒng)包括密封鏡片(34)、n組分光鏡片組、n+1個聚焦鏡片(38)、光纖耦合鏡筒(39)、n+1根能量光纖(40)、準直聚焦鏡筒(41)、n+1個準直鏡片(42)和n+1個光纖聚焦鏡片(43)；所述的光纖耦合鏡筒(39)為空心圓柱形，其上端面中心處開有一個通孔，用于安裝密封鏡片(34)，下端面開有n+1個通孔，用于插接能量光纖(40)；光纖耦合鏡筒(39)安裝在激光器(31)的激光出口處，光纖耦合鏡筒(39)的軸線與激光器(31)輸出的脈沖激光(1)重合，脈沖激光(1)穿過密封鏡片(34)進入到光纖耦合鏡筒(39)內(nèi)部；所述的分光鏡片組與空間光觸發(fā)系統(tǒng)的分光鏡片組相同，也包括全反鏡片(36)和分光鏡片(37)，全反鏡片(36)和分光鏡片(37)平行安裝在光纖耦合鏡筒(39)內(nèi)部；第一組鏡片組的分光鏡片(37)與穿過密封鏡片(34)的脈沖激光(1)夾角為45°，脈沖激光(1)照射在分光鏡片(37)后分成兩路脈沖激光(1)，一路穿過分光鏡片(37)并且方向與原脈沖激光(1)同向，另一路發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)照射在全反鏡片(36)上，照射在全反鏡片(36)上的脈沖激光(1)發(fā)生90°的二次偏轉(zhuǎn)后與原脈沖激光(1)同向；根據(jù)需要設(shè)置的其他n-1組鏡片組依次設(shè)置，每組鏡片組將單路脈沖激光(1)轉(zhuǎn)化成雙路同向脈沖激光(1)，n組鏡片組將單路脈沖激光(1)轉(zhuǎn)換成n+1路脈沖激光(1)，n+1路脈沖激光(1)通過對應(yīng)的聚焦鏡片(38)聚焦后耦合輸入到n+1根能量光纖(40)內(nèi)，通過能量光纖傳輸脈沖激光(1)；所述的準直聚焦鏡筒(41)為空心圓柱，其兩端均開有對應(yīng)的n+1個通孔，一端的通孔用于插接能量光纖(40)，另一端的通孔內(nèi)側(cè)密封安裝光纖聚焦鏡片(43)，準直聚焦鏡筒(41)安裝在上接線端子(16)上部，準直聚焦鏡筒(41)的通孔與帶通光孔靜電極(8)上的通光孔對齊；所述的能量光纖(40)的保護管為絕緣材料，光纖一端插接在光纖耦合鏡筒(39)的通孔處，另一端插接在準直聚焦鏡筒(41)端面的通孔處；所述的準直鏡片(42)安裝在準直聚焦鏡筒(41)內(nèi)部，準直鏡片(42)與光纖聚焦鏡片(43)對齊；n+1根能量光纖(40)傳輸?shù)亩嗦访}沖激光(1)輸入準直聚焦鏡筒(41)后，經(jīng)準直鏡片(42)和光纖聚焦鏡片(43)準直、聚焦后輸出，依次穿過高透鏡片(2)和帶通光孔靜電極(8)照射在觸發(fā)材料(10)表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光觸發(fā)快速閉合高壓真空開關(guān)，其特征在于，所述的n組分光鏡片組中分光鏡片(37)的分光比例不同，由上至下依次為n:1、(n-1):1、(n-2):1···2:1、1:1，將射入鏡筒的脈沖激光(1)均勻等分為n+1束平行脈沖激光(1)。