專利名稱：平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高電壓氣體火花開關(guān)制造領(lǐng)域，特別涉及一種平面型多通道放電三 電極同軸氣體火花開關(guān)，應用于脈沖功率電源。
背景技術(shù)：
氣體火花開關(guān)是脈沖功率裝置的核心部件。三電極氣體火花開關(guān)是目前應用廣 泛的一種氣體開關(guān)?，F(xiàn)有的三電極氣體火花開關(guān)多具有如下結(jié)構(gòu)特點電極采用回轉(zhuǎn) 體，三個電極多是沿著回轉(zhuǎn)體軸向布置，放電通道沿軸向發(fā)展，因此，在承受高電壓、 大電流時放電通道較為集中，電極燒蝕嚴重。隨著脈沖功率裝置向更高功率、高重復頻 率方向發(fā)展，要求氣體火花開關(guān)具有承受電壓高、導通電流大、電感和抖動低、壽命長 等特性。當氣體開關(guān)間隙形成多個并聯(lián)的放電通道時，不僅顯著降低了每個放電通道的 電流密度，減小了開關(guān)電弧對電極的燒蝕，延長了開關(guān)壽命，而且降低了開關(guān)電感和導 通電阻。因此，促使氣體開關(guān)形成多通道放電是減小開關(guān)電感、導通電阻、擊穿抖動和 大傳導電流時電極燒蝕，提高開關(guān)壽命和穩(wěn)定性的一種有效措施。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的三電極氣體火花開關(guān)在承受高電壓、大電流時放電通道單一，電極 燒蝕嚴重及開關(guān)電感大的問題，本發(fā)明提供一種平面型多通道放電三電極同軸氣體火花 開關(guān)，該氣體火花開關(guān)能承受較高工作電壓，在2-2.5倍過電壓脈沖作用下各放電間隙即 可生成三個以上的并聯(lián)放電通道，放電通道均位于同一平面，呈放射狀分散排列，從而 減小電極燒蝕，延長開關(guān)壽命，并且減小了開關(guān)電感。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，包括上蓋與下蓋相互扣合構(gòu) 成的有機玻璃外殼，及設(shè)置在該有機玻璃外殼內(nèi)腔的三個電極，其特征在于所述有機 玻璃外殼腔體內(nèi)依次由內(nèi)而外同軸布置有內(nèi)電極、觸發(fā)電極和外電極，且在該三個電極 上分別設(shè)有電極引出桿；三個電極引出桿分別通過上下蓋所設(shè)引出孔引出；所述觸發(fā) 電極與內(nèi)電極和外電極相插接形成圓周形氣體放電間隙，觸發(fā)電極插接于內(nèi)電極底面所 設(shè)的外弧面與內(nèi)電極圓柱面相切線所在的幾何平面，所述觸發(fā)電極的底面具有直角形邊 沿，可以使得放電通道沿著氣體放電間隙的圓周徑向放射狀發(fā)展，可以促進多個并聯(lián)放 電通道同時產(chǎn)生；沿該直角形邊沿徑向的平面為氣體放電平面，放電通道均處在此氣體 放電平面上；觸發(fā)電極直角形邊沿處又具有一定厚度，使得開關(guān)觸發(fā)電極具有較好的耐 燒蝕性；所述下蓋一側(cè)開有連通氣體的氣孔。本發(fā)明的進一步特征在于所述內(nèi)電極為上下設(shè)有外弧面的圓柱體結(jié)構(gòu)，外弧面的高度為圓柱體高度的 1/5-1/4 ；觸發(fā)電極和外電極為空心圓柱體結(jié)構(gòu)并依次套接于內(nèi)電極外側(cè)；三個電極表 面光滑，與所述有機玻璃外殼緊配合。
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所述內(nèi)電極與外電極等高，觸發(fā)電極高度大于內(nèi)電極與外電極高度，且插接于 內(nèi)電極與外電極之間所設(shè)間隙中。所述觸發(fā)電極為內(nèi)壁等徑、外壁上下不等徑結(jié)構(gòu)，插接于內(nèi)電極與外電極之間 的觸發(fā)電極下段側(cè)壁厚度小于其上段側(cè)壁厚度，下段側(cè)壁厚度為0.5mm-2mm。所述內(nèi)電極通過螺紋連接內(nèi)電極引出桿由上蓋頂端引出孔引出，外電極通過螺 紋連接外電極引出桿由下蓋側(cè)壁引出孔引出，觸發(fā)電極通過螺紋連接觸發(fā)電極引出桿由 上蓋側(cè)壁引出孔引出。 所述上蓋底端和外電極引出桿及觸發(fā)電極引出桿上設(shè)有密封槽。所述三電極均為黃銅、紫銅或不銹鋼。所述有機玻璃外殼表面為拋光面。所述開關(guān)有機玻璃外殼腔體內(nèi)工作的氣體介質(zhì)為SF6-Ar或SF6-N2混合氣 體，混合氣體的氣壓范圍為0.1MPa-0.4Mpa，其中SF6-Ar混合氣體中氬氣體積份數(shù)為 10% -40%, SF6-N2混合氣體中氮氣的體積份數(shù)為20% -70%。開關(guān)的外絕緣適用于變壓器油環(huán)境，在空氣中也能耐受一定的高電壓。開關(guān)內(nèi) 部腔體的沿面絕緣進行過細致設(shè)計，包括波紋結(jié)構(gòu)，可以保證沿面閃絡(luò)電壓高于開關(guān)放 電間隙的擊穿電壓。在內(nèi)電極和外電極分別施加大小相等而極性相反的直流電壓、觸發(fā)電極接地的 狀態(tài)下，觸發(fā)電極直角形邊沿恰好處于內(nèi)電極和外電極所形成的電場的中間電位處，開 關(guān)可以耐受數(shù)十千伏的高壓，當內(nèi)電極和外電極分別施加大小相等而極性相反的直流高 壓、納秒級高電壓脈沖到達觸發(fā)電極時，觸發(fā)電極直角形邊沿處的間隙局部電場增強， 非常有利于大量初始電子同時產(chǎn)生，從而能大大縮小放電時延，促進多個并聯(lián)放電通道 同時產(chǎn)生。本發(fā)明的優(yōu)點是1、開關(guān)的同軸型徑向放電結(jié)構(gòu)容許多個并聯(lián)放電通道同時出現(xiàn)，從而能減小電 極燒蝕，延長開關(guān)壽命，并降低開關(guān)電感。觸發(fā)電極的直角形邊沿既能促進多通道形成 又具有較好的耐燒蝕性。2、開關(guān)的平面型放電結(jié)構(gòu)使得觀察放電現(xiàn)象十分方便，便于判斷多通道放電的 情形，從而便于監(jiān)測開關(guān)工作狀態(tài)。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，是圖2 的A-A剖面圖。圖2是圖1的俯視圖。圖中1.內(nèi)電極，2.內(nèi)電極引出桿，3.觸發(fā)電極，4.觸發(fā)電極引出桿，5.外電極， 6.外電極引出桿，7.(開關(guān)外殼)下蓋，8.(開關(guān)外殼)上蓋，9.密封槽，10.氣體放電間 隙，11.氣孔，12.觸發(fā)電極直角形邊沿，13.外殼法蘭緊固螺栓。
具體實施例方式如圖1所示，該平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，包括上蓋8與下 蓋7相互扣合構(gòu)成的有機玻璃外殼，及設(shè)置在該有機玻璃外殼內(nèi)腔的三個電極，其中 開關(guān)的有機玻璃外殼腔體內(nèi)依次由內(nèi)而外同軸布置有內(nèi)電極1、觸發(fā)電極3和外電極5， 且在該三個電極上分別設(shè)有電極引出桿；三個電極引出桿分別通過上下蓋所設(shè)引出孔引 出·’所述內(nèi)電極1通過螺紋連接內(nèi)電極引出桿2由上蓋8頂端引出孔引出，外電極5通過 螺紋連接外電極引出桿6由下蓋7側(cè)壁引出孔引出，觸發(fā)電極3通過螺紋連接觸發(fā)電極弓I 出桿1由上蓋8側(cè)壁引出孔引出；上下蓋通過外殼法蘭緊固螺栓13緊固連接(見圖2所 示)。所述觸發(fā)電極3與內(nèi)電極1和外電極5相插接形成圓周形氣體放電間隙10;觸發(fā) 電極3插接于內(nèi)電極1底面所設(shè)的外弧面與內(nèi)電極1圓柱面相切線所在的幾何平面，所述 觸發(fā)電極3的底面具有直角形邊沿12，沿該直角形邊沿12徑向的平面為氣體放電平面， 放電通道均處在此氣體放電平面上；所述下蓋7 —側(cè)開有連通氣體的氣孔11。本發(fā)明中內(nèi)電極1為上下設(shè)有外弧面的圓柱體結(jié)構(gòu)，外弧面的高度為圓柱體高 度的1/4，觸發(fā)電極3和外電極5為空心圓柱體結(jié)構(gòu)并依次套接于內(nèi)電極1外側(cè)，三個電 極表面光滑，與所述有機玻璃外殼緊配合，可以確保三個電極幾何位置上的同軸性。并 且內(nèi)電極1與外電極5等高，觸發(fā)電極3高度大于內(nèi)電極1與外電極5高度，且插接于內(nèi) 電極1與外電極5之間的間隙中。觸發(fā)電極3為內(nèi)壁等徑、外壁上下不等徑結(jié)構(gòu)，插接于內(nèi)電極1與外電極5段側(cè) 壁厚度小于其上段側(cè)壁厚度，下段側(cè)壁厚度為1mm。插接于內(nèi)電極1與外電極5之間的 觸發(fā)電極3底端呈直角形邊沿12。并且，上蓋8底端和外電極引出桿6及觸發(fā)電極引出桿4上設(shè)有放置密封圈的密 封槽9。本發(fā)明的三電極均為金屬材料，本實施例選用黃銅或紫銅。并且有機玻璃外殼 表面為拋光面。本發(fā)明的開關(guān)有機玻璃外殼腔體內(nèi)工作的氣體介質(zhì)選用SF6-Ar混合氣體，混合 氣體的氣壓為0.25Mpa，其中SF6-Ar混合氣體中氬氣體積份數(shù)在10% -40%范圍內(nèi)選擇， SF6體積份數(shù)則為90% -60%。本發(fā)明還給出另-個實施例用于說明本發(fā)明的實施范圍。該實施例的結(jié)構(gòu)同上述實施例，所不同的是，該實施例的電極1上下設(shè)有外弧 面的圓柱體結(jié)構(gòu)中，外弧面的高度為圓柱體高度的1/5。所述觸發(fā)電極3下段側(cè)壁厚度為 0.5mm 或 2mmο并且本實施例的三電極金屬材料選用不銹鋼。本實施例的開關(guān)有機玻璃外殼腔體內(nèi)工作的氣體介質(zhì)選用SF6-N2混合氣體，混 合氣體的氣壓為O.lMpa或0.4Mpa，其中SF6-N2混合氣體中氮氣體積份數(shù)在20% -70% 范圍內(nèi)選擇，SF6體積份數(shù)則為80% -30%。本發(fā)明的開關(guān)內(nèi)部形成密封的圓周形氣體放電間隙10 ；氣孔11可以接氣嘴， 再順次連接氣管、氣壓表和氣閥，就可以對氣體放電間隙10中的氣體種類和壓力進行調(diào) 整，使開關(guān)適用于不同的充氣氣體條件。在內(nèi)電極1和外電極5分別施加大小相等而極 性相反的直流電壓，觸發(fā)電極3接地的狀態(tài)下，觸發(fā)電極直角形邊沿12恰好處于內(nèi)電極
51和外電極5所形成的電場的中間電位處，氣體放電間隙的電場比較均勻，開關(guān)可以耐受 數(shù)十千伏的高壓。當內(nèi)電極1和外電極5分別施加大小相等而極性相反的直流高壓、納 秒脈沖到達觸發(fā)電極3時，觸發(fā)電極直角形邊沿12處的間隙局部電場增強，非常有利于 大量初始電子同時產(chǎn)生，從而大大縮小了放電時延。在SF6-Ar或SF6-N2混合氣體中，在 2-2.5倍以及更高過電壓倍數(shù)的脈沖作用下，觸發(fā)電極直角形邊沿12和內(nèi)電極1、外電極 5之間的間隙中，就可以分別產(chǎn)生多個并聯(lián)放電通道，開關(guān)導通，放電通道均處在同一平 面上，該平面即為沿觸發(fā)電極直角形邊沿12徑向的平面，也就是氣體放電平面；放電通 道沿氣體放電間隙10的圓周徑向呈放射狀排列，從開關(guān)外面透過有機玻璃開關(guān)外殼下蓋 7可以觀察到氣體放電間隙10內(nèi)的放電現(xiàn)象。 本發(fā)明給出的上述實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用于限制本發(fā)明的實施范 圍，凡是本發(fā)明技術(shù)方案所限定的內(nèi)容均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，包括上蓋(8)與下蓋(7)相互扣 合構(gòu)成的有機玻璃外殼，及設(shè)置在該有機玻璃外殼內(nèi)腔的三個電極，其特征在于所述 有機玻璃外殼腔體內(nèi)依次由內(nèi)而外同軸布置有內(nèi)電極(1)、觸發(fā)電極(3)和外電極(5)， 且在該三個電極上分別設(shè)有電極引出桿；三個電極引出桿分別通過上下蓋所設(shè)引出孔引 出；所述觸發(fā)電極(3)與內(nèi)電極(1)和外電極(5)相插接形成圓周形徑向氣體放電間隙 (10)，觸發(fā)電極(3)插接于內(nèi)電極(1)底面所設(shè)的外弧面與內(nèi)電極(1)圓柱面相切線所在 的幾何平面，所述觸發(fā)電極(3)的底面具有直角形邊沿(12)，沿該直角形邊沿(12)徑向 的平面為氣體放電平面；所述下蓋(7) —側(cè)開有連通氣體的氣孔(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在 于所述內(nèi)電極(1)為上下設(shè)有外弧面的圓柱體結(jié)構(gòu)，外弧面的高度為圓柱體高度的 1/5-1/4 ；觸發(fā)電極⑶和外電極(5)為空心圓柱體結(jié)構(gòu)并依次套接于內(nèi)電極⑴外側(cè)； 三個電極表面光滑，與所述有機玻璃外殼緊配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在于 所述內(nèi)電極⑴與外電極(5)等高，觸發(fā)電極(3)高度大于內(nèi)電極⑴與外電極(5)高 度，且插接于內(nèi)電極(1)與外電極(5)之間所設(shè)間隙中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在于 所述觸發(fā)電極(3)為內(nèi)壁等徑、外壁上下不等徑結(jié)構(gòu)，插接于內(nèi)電極(1)與外電極(5)之 間的觸發(fā)電極(3)下段側(cè)壁厚度小于其上段側(cè)壁厚度，下段側(cè)壁厚度為0.5mm-2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在于 所述內(nèi)電極⑴通過螺紋連接內(nèi)電極引出桿⑵由上蓋⑶頂端引出孔引出，外電極(5) 通過螺紋連接外電極引出桿(6)由下蓋(7)側(cè)壁引出孔引出，觸發(fā)電極(3)通過螺紋連接 觸發(fā)電極引出桿⑷由上蓋⑶側(cè)壁引出孔引出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在于 所述上蓋⑶底端和外電極引出桿(6)及觸發(fā)電極引出桿⑷上設(shè)有密封槽(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在于 所述三電極均為黃銅、紫銅或不銹鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征在于 所述有機玻璃外殼表面為拋光面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，其特征是 所述開關(guān)有機玻璃外殼腔體內(nèi)工作的氣體介質(zhì)為SF6-Ar或SF6-N2混合氣體，混合氣體的 氣壓范圍為0.1MPa_0.4Mpa，其中SF6-Ar混合氣體中氬氣體積份數(shù)為10%-40%，SF6-N2 混合氣體中氮氣的體積份數(shù)為20% -70%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面型多通道放電三電極同軸氣體火花開關(guān)，包括上蓋與下蓋相互扣合構(gòu)成的有機玻璃外殼，及設(shè)置在該有機玻璃外殼內(nèi)腔的三個電極，其特征在于所述有機玻璃外殼腔體內(nèi)依次由內(nèi)而外同軸布置有內(nèi)電極、觸發(fā)電極和外電極，且在該三個電極上分別設(shè)有電極引出桿；所述觸發(fā)電極與內(nèi)電極和外電極相插接形成圓周形徑向氣體放電間隙，觸發(fā)電極插接于內(nèi)電極底面所設(shè)的外弧面與內(nèi)電極圓柱面相切處，所述觸發(fā)電極的底面具有直角形邊沿，沿該直角形邊沿徑向的平面為氣體放電平面；所述下蓋一側(cè)開有連通氣體的氣孔。該氣體火花開關(guān)能實現(xiàn)多通道放電導通，放電通道位于一平面上，可以觀察放電現(xiàn)象；并具有較好的耐燒蝕性。
文檔編號H01T1/00GK102013636SQ20101051688
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者常家森, 張喬根, 邱愛慈 申請人:西安交通大學