專利名稱：一種二電極火花隙氣體開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓開關(guān)制造領(lǐng)域，特別涉及一種二電極火花隙氣體開關(guān)， 適用于脈沖功率電源。
背景技術(shù)：
二電極氣體開關(guān)具有通流能力強、壽命長、工作穩(wěn)定、沒有重金屬汞污 染等優(yōu)點，但是，二電極氣體開關(guān)在通過大電流脈沖時，電極燒蝕嚴(yán)重是影 響其可靠性的主要原因。為了防止大電流對電極的燒蝕，必須選用耐電弧燒 蝕性能好的材料， 一般首選用銅鎢等合金作為耐電弧燒蝕的電極材料，其優(yōu) 點是導(dǎo)電性能好，可以方便的采用釬焊與其他金屬材料如銅等焊接，但是在
電流幅值大于100kA、轉(zhuǎn)移電荷量大于20C的情況下，合金電極的深層熔化不 可避免，這就加劇了金屬電極的燒蝕程度，造成電極壽命短，開關(guān)可靠性不 高的問題。
眾所周知，石墨是一種導(dǎo)電性能好、耐高溫?zé)g的材料，在極高溫度下 也不會融化，電極燒蝕主要表現(xiàn)為石墨材料的氧化作用，因此，石墨電極特 別適合于作為大電流二電極火花隙氣體開關(guān)的電極材料。但是，石墨電極與 金屬材料之間的連接固定非常困難，因為石墨材料一般比較脆，通過大電流 的情況下，又要求石墨電極與金屬電極座之間可靠的接觸，如果接觸面不平 整會產(chǎn)生局部接觸不良，引起該處發(fā)生放電、打火現(xiàn)象，影響開關(guān)的壽命和 可靠性。因此，石墨電極與金屬電極座之間的固定安裝技術(shù)非常關(guān)鍵。
對于導(dǎo)通大電流、大電荷轉(zhuǎn)移量的氣體開關(guān)，不但電流的幅值高，而且 持續(xù)時間較長，可以達(dá)到毫秒量級，電弧在兩電極之間的位置可能移動變化， 而且電弧的起始位置也是不可控制的，常會發(fā)生電弧在電極間隙之外燃弧， 使得電極座發(fā)生嚴(yán)重?zé)g，從而造成石墨電極連接、固定處發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的二電極火花隙氣體開關(guān)在導(dǎo)通大電流幅值、大庫侖電量 轉(zhuǎn)移時，電極燒蝕嚴(yán)重，電極壽命短，開關(guān)可靠性不高的問題，本發(fā)明的目
的在于提供一種二電極火花隙氣體開關(guān)，其導(dǎo)通大電流幅值超過300kA， 一 次轉(zhuǎn)移庫倫量大于100C,電極的耐燒蝕能力大于150kC。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。 一種二電極火花隙氣體開關(guān)，包括長電極座，短電極座，設(shè)置在長電極 座上的長電極，設(shè)置在短電極座上的短電極，設(shè)置在長電極座和短電極座之 間的絕緣筒，固定連接長電極座和短電極座的絕緣拉桿，所述長電極座、絕 緣筒和短電極座構(gòu)成充氣腔室，長、短電極位于充氣腔室內(nèi)，其特征在于， 所述長、短電極均為石墨電極，長、短電極座均為金屬電極座，所述金屬電 極座上開設(shè)有盲孔，石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)。 本發(fā)明的進一步改進和特點在于-
所述石墨電極由放電用頭部和過盈配合用尾部組成，所述頭部和尾部為 連為一體的兩段圓柱，作為頭部的圓柱的邊沿以及與尾部連接部位分別具有 圓弧過渡面，并且作為頭部的圓柱直徑大于金屬電極座的用于固定石墨電極 部分的外直徑。
所述石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)，具體為加熱金屬 電極座，盲孔內(nèi)嵌入石墨電極，金屬電極座冷縮夾緊石墨電極。
所述金屬電極座軸向中心設(shè)置有連通盲孔的排氣孔。
本發(fā)明二電極火花隙氣體開關(guān)的石墨電極及電極座與現(xiàn)有技術(shù)相比，具 有以下優(yōu)點
1、 該二電極火花隙氣體開關(guān)采用石墨電極，其整體形狀為近似為蘑菇狀， 頭部采用較大直徑的具有圓弧過渡面的圓柱，該圓柱直徑大于金屬電極座的 用于固定石墨電極部分的外直徑，以達(dá)到保護的金屬電極座的目的，能夠避 免后者受到電弧的燒蝕和加熱，大大提高了電極與電極座的可靠性。
2、 該二電極火花隙氣體開關(guān)采用石墨電極，其尾部為相對頭部直徑較小的圓柱，該尾部在直徑方向以一定的過盈量完全鑲嵌于金屬電極座的盲孔之 中。這使得石墨電極與金屬電極座之間的接觸面不但緊密，而且接觸面積很 大，特別適合于通過較大幅值的電流，并保持良好的接觸面，從而提高了二 電極氣體開關(guān)的可靠性。
3、 該二電極火花隙氣體開關(guān)的金屬電極座上開設(shè)有盲孔，石墨電極過盈 配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)。采用高溫加熱金屬電極座，使盲孔內(nèi)直徑 膨脹到大于石墨電極尾部的直徑后，將石墨電極尾部插入金屬電極座盲孔中， 然后緩慢冷卻，使石墨電極尾部與金屬電極座的盲孔達(dá)到可靠的鑲嵌固定。 這種固定方式的另一個優(yōu)點是可以再次加熱金屬電極座，方便拆卸更換石墨 電極。
4、 該二電極火花隙氣體開關(guān)采用石墨電極中，其金屬電極座軸向中心設(shè) 置有連通石墨電極的排氣孔。在石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座盲孔的 過程中，排出封閉在盲孔內(nèi)的氣體，以便石墨電極能夠伸入盲孔底部，使過 盈配合更可靠，同時，增大石墨電極與金屬電極座的接觸面積，提高石墨電 極的通流能力。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。 圖l為具有本發(fā)明的二電極火花隙氣體開關(guān)的石墨電極結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為應(yīng)用本發(fā)明的二電極火花隙氣體開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖l-圖2中1、石墨電極的頭部；2、石墨電極的尾部；3、充氣腔體；4、 長電極座；5、絕緣筒；6、短電極座；7、絕緣拉桿；8、長電極；9、短電 極；10、開關(guān)進氣口； 11、開關(guān)出氣口； 12、排氣孔；13、緊固螺母。
具體實施例方式
如圖l、圖2所示，本發(fā)明的一種二電極火花隙氣體開關(guān)，有一個充滿干 燥壓縮空氣的充氣腔體3，充氣腔體3上設(shè)置有開關(guān)進氣口10和開關(guān)出氣口11。 充氣腔體3由絕緣筒5、長電極座4和短電極座6共同組成。
長電極座4的底部為一金屬圓盤，在圓盤的軸線上加工有一金屬圓柱體，
5金屬圓柱體的頂端開設(shè)有較大直徑的盲孔，金屬圓柱體的軸向中心開設(shè)有連
通盲孔的較小直徑的排氣孔12,盲孔用于過盈配合安裝長電極8，排氣孔12用 于在安裝長電極8時，排出封閉在盲孔內(nèi)的空氣。
短電極座6為金屬圓桶狀，金屬圓桶的口部設(shè)置金屬固定圈，其底部軸線 上也加工有金屬圓柱體，金屬圓柱體的頂端開設(shè)有較大直徑的盲孔，金屬圓 柱體的軸向中心開設(shè)有連通盲孔的較小直徑的排氣孔12，盲孔用于過盈配合 安裝短電極9，排氣孔12用于在安裝短電極卯寸，排出封閉在盲孔內(nèi)的空氣。 金屬圓桶的筒壁上對稱開設(shè)有開關(guān)進氣口10和開關(guān)出氣口11。
在裝配過程中，長電極座4、絕緣筒5和短電極座6均同軸安裝，長電極座 4底部的金屬圓盤、絕緣筒5和短電極座6組成充氣腔體3。在絕緣筒5與長電極 座4的金屬圓盤接觸處、絕緣筒5與短電極座6的固定圈的接觸處均有密封墊以 確保充氣腔體3的密封。長電極座4底部的金屬圓盤和短電極座6的固定圈通過 絕緣拉桿7和緊固螺母13實現(xiàn)機械連接和固定。
在二電極火花隙氣體開關(guān)的工作過程中，與長電極座4相連的長電極8為 陽極，與短電極座6連接的短電極9為陰極，絕緣拉桿7和絕緣筒5實現(xiàn)長電極 座4和短電極座6之間的電氣絕緣。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，在陰極和陽極之間的空氣 間隙中產(chǎn)生放電通道并形成電弧。本發(fā)明中長電極8、短電極9均為石墨電極， 長電極座4、短電極座6均為金屬電極座。
石墨電極由放電用頭部和過盈配合用尾部組成，所述頭部和尾部為連為 一體的兩段圓柱，作為頭部的圓柱的邊沿以及與尾部連接部位分別具有圓弧 過渡面，并且作為頭部的圓柱直徑大于金屬電極座的用于固定石墨電極部分 (金屬圓柱體)的外直徑。
石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)，具體為加熱金屬電極 座，盲孔內(nèi)嵌入石墨電極，金屬電極座冷縮夾緊石墨電極，過盈配合的尺寸 影響金屬電極座對石墨電極夾緊力。二電極氣體開關(guān)在導(dǎo)通大電流的時候， 需要承受巨大的電動力作用，過盈量太小會導(dǎo)致石墨電極脫落；過盈量過大 則可能對石墨電極造成損傷，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)過有限次的試驗可以找到適合的過盈量。發(fā)明人在實踐過程中，做了大量的試驗，獲得了一些優(yōu)
選的關(guān)于過盈量的實例經(jīng)驗。
實施例l
本實施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開關(guān)，其石墨電極電
極形狀和開關(guān)結(jié)構(gòu)如

圖1、圖2所示。長電極、短電極8、 9的材料均為高密 度高純的石墨電極，金屬電極座的材料為35#碳鋼，石墨電極的尾部2直徑為 20mm，且在尺寸上和金屬電極座相對應(yīng)盲孔的尺寸過盈配合，過盈量為 10~30pm。金屬電極座安裝石墨電極處的壁厚為5mm。采用高溫加熱金屬電 極座，使其內(nèi)直徑膨脹到大于石墨電極的尾部2的直徑后，將石墨電極的尾 部2插入金屬電極座的盲孔中緩慢冷卻，使石墨電極與金屬電極座達(dá)到可靠 的鑲嵌固定。 實施例2
本實施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開關(guān)，其石墨電極電 極形狀和開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。長電極、短電極8、 9的材料均為高密 度高純的石墨電極，金屬電極座的材料為45#碳鋼，石墨電極的尾部2直徑為 40mm，且在尺寸上和金屬電極座相對應(yīng)盲孔的尺寸過盈配合，過盈量為 20~40^im。金屬電極座安裝石墨電極處的壁厚為8mm。采用高溫加熱金屬電 極座，使其內(nèi)直徑膨脹到大于石墨電極的尾部2的直徑后，將石墨電極的尾 部2插入金屬電極座的盲孔中緩慢冷卻，使石墨電極與金屬電極座達(dá)到可靠 的鑲嵌固定。 實施例3
本實施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開關(guān)，其石墨電極電 極形狀和開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖l、圖2所示。長電極、短電極8、 9的材料均為高密 度高純的石墨電極，金屬電極座的材料為6061#鋁合金，石墨電極的尾部2直 徑為60mm，且在尺寸上和金屬電極座相對應(yīng)盲孔的尺寸過盈配合，過盈量為 40 6(Him。金屬電極座安裝石墨電極處的壁厚為12mm。采用高溫加熱金屬電 極座，使其內(nèi)直徑膨脹到大于石墨電極的尾部2的直徑后，將石墨電極的尾
7部2插入金屬電極座的盲孔中緩慢冷卻，使石墨電極與金屬電極座達(dá)到可靠
的鑲嵌固定。
實施例4
本實施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開關(guān)，其石墨電極電 極形狀和開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖l、圖2所示。長電極、短電極8、 9的材料均為高密 度高純的石墨電極，金屬電極座的材料為Crl8Ni9Ti不銹鋼，石墨電極的尾部 2直徑為80mm，且在尺寸上和金屬電極座相對應(yīng)盲孔的尺寸過盈配合，過盈 量為60 100^im。金屬電極座安裝石墨電極處的壁厚為15mm。采用高溫加熱 金屬電極座，使其內(nèi)直徑膨脹到大于石墨電極的尾部2的直徑后，將石墨電 極的尾部2插入金屬電極座的盲孔中緩慢冷卻，使石墨電極與金屬電極座達(dá) 到可靠的鑲嵌固定。
過盈配合的裝配技術(shù)在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，但是多數(shù)用于機械設(shè)備，而 且是一次性的裝配，不能二次拆卸。在本發(fā)明的二電極火花隙氣體開關(guān)中， 由于所選用的電極材料石墨的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于大多數(shù)金屬電極座材料，包 括鋼和鋁合金等。因此，采用過盈配合的裝配技術(shù)，將金屬電極座加熱到 一定溫度后，金屬電極座的內(nèi)孔直徑因熱膨脹而變大，可以方便地將石墨電 極鑲嵌于電極座中，而且還可以方便地二次拆卸石墨電極。
權(quán)利要求
1、一種二電極火花隙氣體開關(guān)，包括長電極座，短電極座，設(shè)置在長電極座上的長電極，設(shè)置在短電極座上的短電極，設(shè)置在長電極座和短電極座之間的絕緣筒，固定連接長電極座和短電極座的絕緣拉桿，所述長電極座、絕緣筒和短電極座構(gòu)成充氣腔室，長、短電極位于充氣腔室內(nèi)，其特征在于，所述長、短電極均為石墨電極，長、短電極座均為金屬電極座，所述金屬電極座上開設(shè)有盲孔，石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二電極火花隙氣體開關(guān)，其特征在于，所 述石墨電極由放電用頭部和過盈配合用尾部組成，所述頭部和尾部為連為一 體的兩段圓柱，作為頭部的圓柱的邊沿以及與尾部連接部位分別具有圓弧過 渡面，并且作為頭部的圓柱直徑大于金屬電極座的用于固定石墨電極部分的 外直徑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二電極火花隙氣體開關(guān)，其特征在于，所述石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)，具體為加熱金屬電極座， 盲孔內(nèi)嵌入石墨電極，金屬電極座冷縮夾緊石墨電極。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二電極火花隙氣體開關(guān)，其特征在于，所述金屬電極座軸向中心設(shè)置有連通盲孔的排氣孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壓開關(guān)制造領(lǐng)域，特別涉及一種二電極火花隙氣體開關(guān)，適用于脈沖功率電源。它包括長電極座，短電極座，設(shè)置在長電極座上的長電極，設(shè)置在短電極座上的短電極，設(shè)置在長電極座和短電極座之間的絕緣筒，固定連接長電極座和短電極座的絕緣拉桿，所述長電極座、絕緣筒和短電極座構(gòu)成充氣腔室，長、短電極位于充氣腔室內(nèi)，其特征在于，所述長、短電極均為石墨電極，長、短電極座均為金屬電極座，所述金屬電極座上開設(shè)有盲孔，石墨電極過盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)。
文檔編號H01T4/00GK101577396SQ20091002293
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者鵬 劉, 杜修明, 楊蘭均, 趙宏博, 煒 邱, 立 陳 申請人:西安交通大學(xué)