專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓開(kāi)關(guān)制造領(lǐng)域，特別涉及一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，適用
于脈沖功率電源。
背景技術(shù)：
二電極氣體開(kāi)關(guān)具有通流能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定、沒(méi)有重金屬汞污染等優(yōu)點(diǎn)， 但是，二電極氣體開(kāi)關(guān)在通過(guò)大電流脈沖時(shí)，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(duì)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(diǎn)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(kāi)關(guān)可靠性不高的問(wèn) 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(huì)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(kāi)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?yàn)?br> 石墨材料一般比較脆，通過(guò)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(huì)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(kāi)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(duì)于導(dǎo)通大電流、大電荷轉(zhuǎn)移量的氣體開(kāi)關(guān)，不但電流的幅值高，而且持續(xù)時(shí)間較
長(zhǎng)，可以達(dá)到毫秒量級(jí)，電弧在兩電極之間的位置可能移動(dòng)變化，而且電弧的起始位置也是
不可控制的，常會(huì)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(duì)現(xiàn)有技術(shù)的二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通大電流幅值、大庫(kù)侖電量轉(zhuǎn)移時(shí)， 電極燒蝕嚴(yán)重，電極壽命短，開(kāi)關(guān)可靠性不高的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種二電 極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其導(dǎo)通大電流幅值超過(guò)300kA，一次轉(zhuǎn)移庫(kù)倫量大于IOOC，電極的耐燒 蝕能力大于150kC。 為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。 —種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，包括長(zhǎng)電極座，短電極座，設(shè)置在長(zhǎng)電極座上的長(zhǎng)電 極，設(shè)置在短電極座上的短電極，設(shè)置在長(zhǎng)電極座和短電極座之間的絕緣筒，固定連接長(zhǎng)電 極座和短電極座的絕緣拉桿，所述長(zhǎng)電極座、絕緣筒和短電極座構(gòu)成充氣腔室，長(zhǎng)、短電極 位于充氣腔室內(nèi)，其特征在于，所述長(zhǎng)、短電極均為石墨電極，長(zhǎng)、短電極座均為金屬電極 座，所述金屬電極座上開(kāi)設(shè)有盲孔，石墨電極過(guò)盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)。 本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)和特點(diǎn)在于 所述石墨電極由放電用頭部和過(guò)盈配合用尾部組成，所述頭部和尾部為連為一體
3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(guò)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(guò)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。 本實(shí)用新型二電極火花隙氣體開(kāi)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(diǎn) 1、該二電極火花隙氣體開(kāi)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(guò)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(hù)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(kāi)關(guān)采用石墨電極，其尾部為相對(duì)頭部直徑較小的圓柱， 該尾部在直徑方向以一定的過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)的可靠性。 3、該二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)的金屬電極座上開(kāi)設(shè)有盲孔，石墨電極過(guò)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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(kāi)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(guò)盈配合鑲嵌在金屬電極座盲孔的過(guò)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(guò)盈配合更可靠，同時(shí)，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(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為具有本實(shí)用新型的二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)的石墨電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為應(yīng)用本實(shí)用新型的二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1-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(zhǎng)電極座； 5、絕緣筒；6、短電極座；7、絕緣拉桿；8、長(zhǎng)電極；9、短電極；10、開(kāi)關(guān)進(jìn)氣口 ；11、開(kāi)關(guān)出氣 口 ；12、排氣孔；13、緊固螺母。
具體實(shí)施方式如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，有一個(gè)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(kāi)關(guān)進(jìn)氣口 IO和開(kāi)關(guān)出氣口 11。充氣腔體3由 絕緣筒5、長(zhǎng)電極座4和短電極座6共同組成。 長(zhǎng)電極座4的底部為一金屬圓盤(pán)，在圓盤(pán)的軸線上加工有一金屬圓柱體，金屬圓 柱體的頂端開(kāi)設(shè)有較大直徑的盲孔，金屬圓柱體的軸向中心開(kāi)設(shè)有連通盲孔的較小直徑的排氣孔12，盲孔用于過(guò)盈配合安裝長(zhǎng)電極8，排氣孔12用于在安裝長(zhǎng)電極8時(shí)，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(kāi)設(shè)有較大直徑的盲孔，金屬圓柱體的軸向中心開(kāi)設(shè) 有連通盲孔的較小直徑的排氣孔12，盲孔用于過(guò)盈配合安裝短電極9，排氣孔12用于在安 裝短電極9時(shí)，排出封閉在盲孔內(nèi)的空氣。金屬圓桶的筒壁上對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)有開(kāi)關(guān)進(jìn)氣口 10和 開(kāi)關(guān)出氣口 11。 在裝配過(guò)程中，長(zhǎng)電極座4、絕緣筒5和短電極座6均同軸安裝，長(zhǎng)電極座4底部的 金屬圓盤(pán)、絕緣筒5和短電極座6組成充氣腔體3。在絕緣筒5與長(zhǎng)電極座4的金屬圓盤(pán)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(zhǎng) 電極座4底部的金屬圓盤(pán)和短電極座6的固定圈通過(guò)絕緣拉桿7和緊固螺母13實(shí)現(xiàn)機(jī)械 連接和固定。 在二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程中，與長(zhǎng)電極座4相連的長(zhǎng)電極8為陽(yáng)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)電極座4和短電極座6 之間的電氣絕緣。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在陰極和陽(yáng)極之間的空氣間隙中產(chǎn)生放電通道并形成電 弧。本實(shí)用新型中長(zhǎng)電極8、短電極9均為石墨電極，長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)盈配合的尺寸影響金屬電極座對(duì)石墨電
極夾緊力。二電極氣體開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通大電流的時(shí)候，需要承受巨大的電動(dòng)力作用，過(guò)盈量太小
會(huì)導(dǎo)致石墨電極脫落；過(guò)盈量過(guò)大則可能對(duì)石墨電極造成損傷，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)
過(guò)有限次的試驗(yàn)可以找到適合的過(guò)盈量。實(shí)用新型人在實(shí)踐過(guò)程中，做了大量的試驗(yàn)，獲得
了一些優(yōu)選的關(guān)于過(guò)盈量的實(shí)例經(jīng)驗(yàn)。 實(shí)施例1 本實(shí)施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其石墨電極電極形狀和 開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。長(zhǎng)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(duì)應(yīng)盲 孔的尺寸過(guò)盈配合，過(guò)盈量為10 30iim。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(shí)施例2 本實(shí)施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其石墨電極電極形狀和 開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。長(zhǎng)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(duì)應(yīng)盲 孔的尺寸過(guò)盈配合，過(guò)盈量為20 40iim。金屬電極座安裝石墨電極處的壁厚為8mm。采
5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(shí)施例3 本實(shí)施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其石墨電極電極形狀和 開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。長(zhǎng)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(duì)應(yīng)盲孔的尺寸過(guò)盈配合，過(guò)盈量為40 60iim。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(shí)施例4 本實(shí)施例為一種脈沖功率電源用二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其石墨電極電極形狀和 開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。長(zhǎng)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(duì)應(yīng)盲孔的尺寸過(guò)盈配合，過(guò)盈量為60 100 ii m。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(guò)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(jī)械設(shè)備，而且是一次 性的裝配，不能二次拆卸。在本實(shí)用新型的二電極火花隙氣體開(kāi)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(guò)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)利要求一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，包括長(zhǎng)電極座，短電極座，設(shè)置在長(zhǎng)電極座上的長(zhǎng)電極，設(shè)置在短電極座上的短電極，設(shè)置在長(zhǎng)電極座和短電極座之間的絕緣筒，固定連接長(zhǎng)電極座和短電極座的絕緣拉桿，所述長(zhǎng)電極座、絕緣筒和短電極座構(gòu)成充氣腔室，長(zhǎng)、短電極位于充氣腔室內(nèi)，其特征在于，所述長(zhǎng)、短電極均為石墨電極，長(zhǎng)、短電極座均為金屬電極座，所述金屬電極座上開(kāi)設(shè)有盲孔，石墨電極過(guò)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1所述的一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述石墨電極由 放電用頭部和過(guò)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(guò)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1所述的一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述石墨電極過(guò)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1所述的一種二電極火花隙氣體開(kāi)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。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及高壓開(kāi)關(guān)制造領(lǐng)域，特別涉及一種二電極火花隙氣體開(kāi)關(guān)，適用于脈沖功率電源。它包括長(zhǎng)電極座，短電極座，設(shè)置在長(zhǎng)電極座上的長(zhǎng)電極，設(shè)置在短電極座上的短電極，設(shè)置在長(zhǎng)電極座和短電極座之間的絕緣筒，固定連接長(zhǎng)電極座和短電極座的絕緣拉桿，所述長(zhǎng)電極座、絕緣筒和短電極座構(gòu)成充氣腔室，長(zhǎng)、短電極位于充氣腔室內(nèi)，其特征在于，所述長(zhǎng)、短電極均為石墨電極，長(zhǎng)、短電極座均為金屬電極座，所述金屬電極座上開(kāi)設(shè)有盲孔，石墨電極過(guò)盈配合鑲嵌在金屬電極座的盲孔內(nèi)。
文檔編號(hào)H01T1/22GK201450228SQ20092003353
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者劉鵬, 杜修明, 楊蘭均, 趙宏博, 邱煒, 陳立 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)