CN101577396A - 一种二电极火花隙气体开关 - Google Patents
一种二电极火花隙气体开关 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101577396A CN101577396A CNA2009100229378A CN200910022937A CN101577396A CN 101577396 A CN101577396 A CN 101577396A CN A2009100229378 A CNA2009100229378 A CN A2009100229378A CN 200910022937 A CN200910022937 A CN 200910022937A CN 101577396 A CN101577396 A CN 101577396A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- seat
- long
- graphite
- noncontinuous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Circuit Breakers (AREA)
Abstract
本发明涉及高压开关制造领域，特别涉及一种二电极火花隙气体开关，适用于脉冲功率电源。它包括长电极座，短电极座，设置在长电极座上的长电极，设置在短电极座上的短电极，设置在长电极座和短电极座之间的绝缘筒，固定连接长电极座和短电极座的绝缘拉杆，所述长电极座、绝缘筒和短电极座构成充气腔室，长、短电极位于充气腔室内，其特征在于，所述长、短电极均为石墨电极，长、短电极座均为金属电极座，所述金属电极座上开设有盲孔，石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内。
Description
技术领域
本发明涉及高压开关制造领域，特别涉及一种二电极火花隙气体开关，适用于脉冲功率电源。
背景技术
二电极气体开关具有通流能力强、寿命长、工作稳定、没有重金属汞污染等优点，但是，二电极气体开关在通过大电流脉冲时，电极烧蚀严重是影响其可靠性的主要原因。为了防止大电流对电极的烧蚀，必须选用耐电弧烧蚀性能好的材料，一般首选用铜钨等合金作为耐电弧烧蚀的电极材料，其优点是导电性能好，可以方便的采用钎焊与其他金属材料如铜等焊接，但是在电流幅值大于100kA、转移电荷量大于20C的情况下，合金电极的深层熔化不可避免，这就加剧了金属电极的烧蚀程度，造成电极寿命短，开关可靠性不高的问题。
众所周知，石墨是一种导电性能好、耐高温烧蚀的材料，在极高温度下也不会融化，电极烧蚀主要表现为石墨材料的氧化作用，因此，石墨电极特别适合于作为大电流二电极火花隙气体开关的电极材料。但是，石墨电极与金属材料之间的连接固定非常困难，因为石墨材料一般比较脆，通过大电流的情况下，又要求石墨电极与金属电极座之间可靠的接触，如果接触面不平整会产生局部接触不良，引起该处发生放电、打火现象，影响开关的寿命和可靠性。因此，石墨电极与金属电极座之间的固定安装技术非常关键。
对于导通大电流、大电荷转移量的气体开关，不但电流的幅值高，而且持续时间较长，可以达到毫秒量级，电弧在两电极之间的位置可能移动变化，而且电弧的起始位置也是不可控制的，常会发生电弧在电极间隙之外燃弧，使得电极座发生严重烧蚀，从而造成石墨电极连接、固定处发生故障。
发明内容
针对现有技术的二电极火花隙气体开关在导通大电流幅值、大库仑电量转移时，电极烧蚀严重，电极寿命短，开关可靠性不高的问题，本发明的目的在于提供一种二电极火花隙气体开关，其导通大电流幅值超过300kA，一次转移库伦量大于100C，电极的耐烧蚀能力大于150kC。
为达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现。
一种二电极火花隙气体开关，包括长电极座，短电极座，设置在长电极座上的长电极，设置在短电极座上的短电极，设置在长电极座和短电极座之间的绝缘筒，固定连接长电极座和短电极座的绝缘拉杆，所述长电极座、绝缘筒和短电极座构成充气腔室，长、短电极位于充气腔室内，其特征在于，所述长、短电极均为石墨电极，长、短电极座均为金属电极座，所述金属电极座上开设有盲孔，石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内。
本发明的进一步改进和特点在于：
所述石墨电极由放电用头部和过盈配合用尾部组成，所述头部和尾部为连为一体的两段圆柱，作为头部的圆柱的边沿以及与尾部连接部位分别具有圆弧过渡面，并且作为头部的圆柱直径大于金属电极座的用于固定石墨电极部分的外直径。
所述石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内，具体为：加热金属电极座，盲孔内嵌入石墨电极，金属电极座冷缩夹紧石墨电极。
所述金属电极座轴向中心设置有连通盲孔的排气孔。
本发明二电极火花隙气体开关的石墨电极及电极座与现有技术相比，具有以下优点：
1、该二电极火花隙气体开关采用石墨电极，其整体形状为近似为蘑菇状，头部采用较大直径的具有圆弧过渡面的圆柱，该圆柱直径大于金属电极座的用于固定石墨电极部分的外直径，以达到保护的金属电极座的目的，能够避免后者受到电弧的烧蚀和加热，大大提高了电极与电极座的可靠性。
2、该二电极火花隙气体开关采用石墨电极，其尾部为相对头部直径较小的圆柱，该尾部在直径方向以一定的过盈量完全镶嵌于金属电极座的盲孔之中。这使得石墨电极与金属电极座之间的接触面不但紧密，而且接触面积很大，特别适合于通过较大幅值的电流，并保持良好的接触面，从而提高了二电极气体开关的可靠性。
3、该二电极火花隙气体开关的金属电极座上开设有盲孔，石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内。采用高温加热金属电极座，使盲孔内直径膨胀到大于石墨电极尾部的直径后，将石墨电极尾部插入金属电极座盲孔中，然后缓慢冷却，使石墨电极尾部与金属电极座的盲孔达到可靠的镶嵌固定。这种固定方式的另一个优点是可以再次加热金属电极座，方便拆卸更换石墨电极。
4、该二电极火花隙气体开关采用石墨电极中，其金属电极座轴向中心设置有连通石墨电极的排气孔。在石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座盲孔的过程中，排出封闭在盲孔内的气体，以便石墨电极能够伸入盲孔底部，使过盈配合更可靠，同时，增大石墨电极与金属电极座的接触面积，提高石墨电极的通流能力。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为具有本发明的二电极火花隙气体开关的石墨电极结构示意图。
图2为应用本发明的二电极火花隙气体开关的结构示意图。
图1-图2中：1、石墨电极的头部；2、石墨电极的尾部；3、充气腔体；4、长电极座；5、绝缘筒；6、短电极座；7、绝缘拉杆；8、长电极；9、短电极；10、开关进气口；11、开关出气口；12、排气孔；13、紧固螺母。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明的一种二电极火花隙气体开关，有一个充满干燥压缩空气的充气腔体3，充气腔体3上设置有开关进气口10和开关出气口11。充气腔体3由绝缘筒5、长电极座4和短电极座6共同组成。
长电极座4的底部为一金属圆盘，在圆盘的轴线上加工有一金属圆柱体，金属圆柱体的顶端开设有较大直径的盲孔，金属圆柱体的轴向中心开设有连通盲孔的较小直径的排气孔12，盲孔用于过盈配合安装长电极8，排气孔12用于在安装长电极8时，排出封闭在盲孔内的空气。
短电极座6为金属圆桶状，金属圆桶的口部设置金属固定圈，其底部轴线上也加工有金属圆柱体，金属圆柱体的顶端开设有较大直径的盲孔，金属圆柱体的轴向中心开设有连通盲孔的较小直径的排气孔12，盲孔用于过盈配合安装短电极9，排气孔12用于在安装短电极9时，排出封闭在盲孔内的空气。金属圆桶的筒壁上对称开设有开关进气口10和开关出气口11。
在装配过程中，长电极座4、绝缘筒5和短电极座6均同轴安装，长电极座4底部的金属圆盘、绝缘筒5和短电极座6组成充气腔体3。在绝缘筒5与长电极座4的金属圆盘接触处、绝缘筒5与短电极座6的固定圈的接触处均有密封垫以确保充气腔体3的密封。长电极座4底部的金属圆盘和短电极座6的固定圈通过绝缘拉杆7和紧固螺母13实现机械连接和固定。
在二电极火花隙气体开关的工作过程中，与长电极座4相连的长电极8为阳极，与短电极座6连接的短电极9为阴极，绝缘拉杆7和绝缘筒5实现长电极座4和短电极座6之间的电气绝缘。当开关导通时，在阴极和阳极之间的空气间隙中产生放电通道并形成电弧。本发明中长电极8、短电极9均为石墨电极，长电极座4、短电极座6均为金属电极座。
石墨电极由放电用头部和过盈配合用尾部组成，所述头部和尾部为连为一体的两段圆柱，作为头部的圆柱的边沿以及与尾部连接部位分别具有圆弧过渡面，并且作为头部的圆柱直径大于金属电极座的用于固定石墨电极部分(金属圆柱体)的外直径。
石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内，具体为：加热金属电极座，盲孔内嵌入石墨电极，金属电极座冷缩夹紧石墨电极，过盈配合的尺寸影响金属电极座对石墨电极夹紧力。二电极气体开关在导通大电流的时候，需要承受巨大的电动力作用，过盈量太小会导致石墨电极脱落；过盈量过大则可能对石墨电极造成损伤，但是本领域的技术人员经过有限次的试验可以找到适合的过盈量。发明人在实践过程中，做了大量的试验，获得了一些优选的关于过盈量的实例经验。
实施例1
本实施例为一种脉冲功率电源用二电极火花隙气体开关，其石墨电极电极形状和开关结构如图1、图2所示。长电极、短电极8、9的材料均为高密度高纯的石墨电极，金属电极座的材料为35#碳钢，石墨电极的尾部2直径为20mm，且在尺寸上和金属电极座相对应盲孔的尺寸过盈配合，过盈量为10～30μm。金属电极座安装石墨电极处的壁厚为5mm。采用高温加热金属电极座，使其内直径膨胀到大于石墨电极的尾部2的直径后，将石墨电极的尾部2插入金属电极座的盲孔中缓慢冷却，使石墨电极与金属电极座达到可靠的镶嵌固定。
实施例2
本实施例为一种脉冲功率电源用二电极火花隙气体开关，其石墨电极电极形状和开关结构如图1、图2所示。长电极、短电极8、9的材料均为高密度高纯的石墨电极，金属电极座的材料为45#碳钢，石墨电极的尾部2直径为40mm，且在尺寸上和金属电极座相对应盲孔的尺寸过盈配合，过盈量为20～40μm。金属电极座安装石墨电极处的壁厚为8mm。采用高温加热金属电极座，使其内直径膨胀到大于石墨电极的尾部2的直径后，将石墨电极的尾部2插入金属电极座的盲孔中缓慢冷却，使石墨电极与金属电极座达到可靠的镶嵌固定。
实施例3
本实施例为一种脉冲功率电源用二电极火花隙气体开关，其石墨电极电极形状和开关结构如图1、图2所示。长电极、短电极8、9的材料均为高密度高纯的石墨电极，金属电极座的材料为6061#铝合金，石墨电极的尾部2直径为60mm，且在尺寸上和金属电极座相对应盲孔的尺寸过盈配合，过盈量为40～60μm。金属电极座安装石墨电极处的壁厚为12mm。采用高温加热金属电极座，使其内直径膨胀到大于石墨电极的尾部2的直径后，将石墨电极的尾部2插入金属电极座的盲孔中缓慢冷却，使石墨电极与金属电极座达到可靠的镶嵌固定。
实施例4
本实施例为一种脉冲功率电源用二电极火花隙气体开关，其石墨电极电极形状和开关结构如图1、图2所示。长电极、短电极8、9的材料均为高密度高纯的石墨电极，金属电极座的材料为Cr18Ni9Ti不锈钢，石墨电极的尾部2直径为80mm，且在尺寸上和金属电极座相对应盲孔的尺寸过盈配合，过盈量为60～100μm。金属电极座安装石墨电极处的壁厚为15mm。采用高温加热金属电极座，使其内直径膨胀到大于石墨电极的尾部2的直径后，将石墨电极的尾部2插入金属电极座的盲孔中缓慢冷却，使石墨电极与金属电极座达到可靠的镶嵌固定。
过盈配合的装配技术在很多领域都有应用，但是多数用于机械设备，而且是一次性的装配，不能二次拆卸。在本发明的二电极火花隙气体开关中，由于所选用的电极材料石墨的热膨胀系数远小于大多数金属电极座材料，包括：钢和铝合金等。因此，采用过盈配合的装配技术，将金属电极座加热到一定温度后，金属电极座的内孔直径因热膨胀而变大，可以方便地将石墨电极镶嵌于电极座中，而且还可以方便地二次拆卸石墨电极。
Claims (4)
1、一种二电极火花隙气体开关，包括长电极座，短电极座，设置在长电极座上的长电极，设置在短电极座上的短电极，设置在长电极座和短电极座之间的绝缘筒，固定连接长电极座和短电极座的绝缘拉杆，所述长电极座、绝缘筒和短电极座构成充气腔室，长、短电极位于充气腔室内，其特征在于，所述长、短电极均为石墨电极，长、短电极座均为金属电极座，所述金属电极座上开设有盲孔，石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内。
2、根据权利要求1所述的一种二电极火花隙气体开关，其特征在于，所述石墨电极由放电用头部和过盈配合用尾部组成，所述头部和尾部为连为一体的两段圆柱，作为头部的圆柱的边沿以及与尾部连接部位分别具有圆弧过渡面，并且作为头部的圆柱直径大于金属电极座的用于固定石墨电极部分的外直径。
3、根据权利要求1所述的一种二电极火花隙气体开关，其特征在于，所述石墨电极过盈配合镶嵌在金属电极座的盲孔内，具体为：加热金属电极座，盲孔内嵌入石墨电极，金属电极座冷缩夹紧石墨电极。
4、根据权利要求1所述的一种二电极火花隙气体开关，其特征在于，所述金属电极座轴向中心设置有连通盲孔的排气孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100229378A CN101577396B (zh) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | 一种二电极火花隙气体开关 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100229378A CN101577396B (zh) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | 一种二电极火花隙气体开关 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101577396A true CN101577396A (zh) | 2009-11-11 |
| CN101577396B CN101577396B (zh) | 2012-05-23 |
Family
ID=41272230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100229378A Active CN101577396B (zh) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | 一种二电极火花隙气体开关 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101577396B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101777730A (zh) * | 2010-04-09 | 2010-07-14 | 华中科技大学 | 高能脉冲气体开关的石墨电极设计方法 |
| CN101783480A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-07-21 | 华中科技大学 | 一种两电极气体火花开关 |
| CN101958513A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-01-26 | 华中科技大学 | 一种气体火花开关电极座的制作方法 |
| CN102437512A (zh) * | 2011-09-09 | 2012-05-02 | 华中科技大学 | 气体开关 |
| CN101741018B (zh) * | 2010-01-29 | 2012-05-23 | 华中科技大学 | 一种气体开关电极 |
| CN102946055A (zh) * | 2012-11-05 | 2013-02-27 | 清华大学 | 一种激光触发气体开关 |
| CN103219652A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-07-24 | 华中科技大学 | 一种大电流闭合充气火花间隙 |
| WO2021135700A1 (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 平流层复合水离子(深圳)有限公司 | 实心式自冷电极放电装置 |
-
2009
- 2009-06-12 CN CN2009100229378A patent/CN101577396B/zh active Active
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101741018B (zh) * | 2010-01-29 | 2012-05-23 | 华中科技大学 | 一种气体开关电极 |
| CN101783480A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-07-21 | 华中科技大学 | 一种两电极气体火花开关 |
| CN101783480B (zh) * | 2010-03-22 | 2012-09-05 | 华中科技大学 | 一种两电极气体火花开关 |
| CN101777730A (zh) * | 2010-04-09 | 2010-07-14 | 华中科技大学 | 高能脉冲气体开关的石墨电极设计方法 |
| CN101777730B (zh) * | 2010-04-09 | 2012-05-23 | 华中科技大学 | 高能脉冲气体开关的石墨电极设计方法 |
| CN101958513A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-01-26 | 华中科技大学 | 一种气体火花开关电极座的制作方法 |
| CN102437512A (zh) * | 2011-09-09 | 2012-05-02 | 华中科技大学 | 气体开关 |
| CN102946055A (zh) * | 2012-11-05 | 2013-02-27 | 清华大学 | 一种激光触发气体开关 |
| CN103219652A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-07-24 | 华中科技大学 | 一种大电流闭合充气火花间隙 |
| WO2021135700A1 (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 平流层复合水离子(深圳)有限公司 | 实心式自冷电极放电装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101577396B (zh) | 2012-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101577396B (zh) | 一种二电极火花隙气体开关 | |
| CN103296579B (zh) | 一种沿面击穿型真空开关的触发电极 | |
| CN201450228U (zh) | 一种二电极火花隙气体开关 | |
| CN108145294B (zh) | 一种大功率等离子焊枪 | |
| CN103219652B (zh) | 一种大电流闭合充气火花间隙 | |
| CN111681905A (zh) | 一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关 | |
| CN105405545A (zh) | 一种绝缘子及提高绝缘子沿面耐电强度的方法 | |
| CN104617491A (zh) | 一种沿面击穿型两对棒极结构触发真空开关 | |
| CN109767886B (zh) | 10kV绝缘导线防雷击断线用保护装置及安装距离确定方法 | |
| CN201908766U (zh) | 低压高能电点火半导体电嘴 | |
| CN104051798B (zh) | 一种钠硫电池 | |
| CN204497566U (zh) | 一种沿面放电触发的伪火花开关 | |
| CN109638650A (zh) | 一种基于多腔室线路防雷装置 | |
| CN113594865A (zh) | 一种承受高强度压力密封的灭弧装置 | |
| CN2819548Y (zh) | 高压脉冲放电用火花隙 | |
| CN203445160U (zh) | 一种钠硫电池金属外壳 | |
| CN102437512B (zh) | 气体开关 | |
| CN218070546U (zh) | 一种采用石墨电极反冲灭弧装置及避雷针 | |
| RU2220905C2 (ru) | Устройство для получения углеродных нанотрубок методом дугового разряда | |
| CN105845123B (zh) | 一种大功率水下等离子体强声源的放电电极头 | |
| CN204550734U (zh) | 一种石墨阳极与母排的连接装置 | |
| CN216191100U (zh) | 一种石墨烯剥离用电弧发生器 | |
| CN216355294U (zh) | 一种承受高强度压力密封的灭弧装置 | |
| CN215452051U (zh) | 一种压力波聚焦的灭弧装置 | |
| CN219938560U (zh) | 一种用于碳化炉的电极密封装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180808 Address after: 710077 room 10607, block C, Xi'an National Digital publishing base, 996 high tech Zone, Xi an City, Shaanxi Province. Patentee after: Xi'an Xijiao Ruili Electric Research Institute Co., Ltd. Address before: 710049 28 Xianning Road, Beilin District, Xi'an, Shaanxi Patentee before: Xi'an Jiaotong University |