CN102946055B - 一种激光触发气体开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光触发气体开关，属于电力开关技术领域。包括上电极、上电极座、下电极、透光玻璃板、支撑杆以及密封套筒等。激光触发气体开关利用连杆将手轮的转动转换为上电极的平动，进而改变间隙的距离。上电极及手轮上标有刻度，可精确显示火花间隙的间隙距离，调整精度与连杆和上电极连接螺纹的螺距以及手轮上的刻度数有关。激光触发气体开关可外接气阀和气压表，用于向密封壳体内充气，并显示气体压强。在金属顶板、金属底板与绝缘尼龙杆连接处安装屏蔽环，并在屏蔽环与尼龙杆之间涂抹硅胶，保证火花间隙在较高的电压情况下外绝缘不会出现明显的电晕现象。该激光触发气体开关结构简单、实用性强、触发性能稳定、使用寿命长且方便加工。

Description

一种激光触发气体开关

技术领域

本发明涉及一种激光触发气体开关，属于电力开关技术领域。

技术背景

开关是脉冲功率装置的关键部件之一，开关性能的好坏直接影响着脉冲功率装置的性能，对这类开关的要求是：大电流、高电压、延时短、动作频繁、寿命长等。当激光聚焦于触发间隙时，焦点及其附近的绝缘气体立即电离成局部等离子体，在外电场作用下迅速发展成等离子体通道使开关闭合。激光触发气体开关具有触发延时及抖动小、预击穿概率低、结构简单、运行稳定可靠、可远程控制、适合重复运行和多间隙多通道运行等优点。并且激光触发开关触发精确，在所有气体触发开关中抖动性最小，是今后开关技术发展的重要方向。

激光触发气体开关与电脉冲触发气体开关相比不需要复杂的陡脉冲高电压触发源，触发回路和主回路之间没有电路联系，避免了彼此之间的影响。随着激光技术的成熟，激光触发气体开关将逐步在工程中得到应用，如串补电容的保护间隙。

然而，无论从实验研究还是工程应用角度，激光触发气体开关的设计都面临着三个问题：第一，间隙距离很难精确调整，导致火花间隙的自击穿电压和触发击穿电压存在误差。第二，火花间隙的动密封很难做到，在调整间隙距离时，火花间隙的密封性被破坏。第三，在高电压作用下，火花间隙局部会出现局部电晕，尤其在外绝缘部分。因此，亟待设计一种激光触发气体开关来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种激光触发气体开关，改变已有气体开关的结构，使上电极与下电极之间的间隙距离精确调整与间隙密封性有效结合，并解决了外绝缘的电晕问题。

本发明提出的激光触发气体开关，包括手轮、读数指针、指针固定杆、上电极座、上电极、下电极、密封套筒、连杆、金属顶板、金属底板、支撑杆、透光玻璃板和接线柱；所述的金属顶板和金属底板通过支撑杆支撑，金属顶板、金属底板与支撑杆之间分别安装屏蔽环；所述的密封套筒置于金属顶板和金属底板之间，并通过密封套筒上、下端部的密封圈使密封套筒内形成密封空腔；所述的上电极座固定在所述的金属顶板的中央，上电极座的下部伸入密封空腔内，上电极座的上、下部设有U形缺口，上电极座的上端部设有挤压螺帽；所述的连杆与上电极座同轴安装，连杆的中心设有通气孔，连杆的上端部依次伸出上电极座和挤压螺帽，连杆的上顶部安装有手轮，手轮的中心设有仪表接口，所述的读数指针置于手轮上部，读数指针通过指针固定杆固定在金属顶板上；所述的上电极同轴安装在上电极座的下部，上电极的上部伸入连杆与上电极座之间的空隙中，上电极上设有侧孔；所述的下电极同轴安装在上电极的下部，下电极固定在金属底板上，金属底板的中心开有激光入射孔，下电极的中央开有倒喇叭形空腔，倒喇叭形空腔的上端部为激光通孔；所述的透光玻璃板置于倒喇叭形空腔的下端部，透光玻璃板与金属底板之间设有压圈。

本发明提出的激光触发气体开关，其优点是：

1、与现有的气体开关相比，本发明的气体开关将火花间隙的动密封限制为转动密封，保证了火花间隙良好的密封性。同时，通过一个连杆将手轮的转动转换为下电极的上、下移动以调整上电极与下电极之间的间隙，上电极上及手轮上标有的刻度，可以用于精确显示间隙的距离，因此气体开关触发性能稳定，自击穿电压和触发击穿电压更加准确。

2、本发明的气体开关在金属底板与连杆连接的位置处安装了屏蔽环，并在屏蔽环与连杆之间涂抹硅胶，用于消除外绝缘中金属底板与由绝缘材料制成的连杆的接触位置处产生的电晕。

3、本发明的气体开关，上电极为靶电极，上电极的主体材料采用不锈钢，激光聚焦的位置采用铜钨合金，含铜量10%‐30%，从而延长了开关的使用寿命。此外，上电极、激光通孔以及石英玻璃照射窗在同一个轴线上，保证在各种外界条件下激光稳定地照射到靶电极，光路校准十分方便。

4、本发明的气体开关，上电极的一侧设有通气孔，通气孔连接到火花间隙外，火花间隙外接气压表，用于显示间隙密封壳体内气体的压强，气压表的另一端接气阀，方便充气及抽真空操作。

综上所述，本发明提出的激光触发气体开关，结构简单，触发性能稳定，使用寿命长，电气特性好，而且方便加工。

附图说明

图1是本发明提出的激光触发气体开关的结构示意图。图1中，1是手轮，2是仪表接口，3是读数指针，4是连杆，5是指针固定杆，6是挤压螺帽，7是固定螺帽，8是金属顶板，9是屏蔽环，10是上电极座，11是支撑杆，12是通气孔，13是上电极，14是密封套筒，15是上电极侧孔，16是下电极，17是激光通孔，18是金属底板，19是透光玻璃板，20是压圈，21是接线柱，22是激光入射孔。

具体实施方式

本发明提出的激光触发气体开关，其结构如图1所示，包括手轮1、读数指针3、指针固定杆5、上电极座10、上电极13、下电极16、密封套筒14、连杆4、金属顶板8、金属底板18、支撑杆11、透光玻璃板19和接线柱21。金属顶板8和金属底板18通过支撑杆11支撑，金属顶板8、金属底板18与支撑杆11之间分别安装屏蔽环9。密封套筒14置于金属顶板8和金属底板18之间，并通过密封套筒14上、下端部的密封圈使密封套筒内形成密封空腔。上电极座10固定在所述的金属顶板8的中央，上电极座10的下部伸入密封空腔内，上电极座10的上、下部设有U形缺口，上电极座10的上端部设有挤压螺帽6。连杆4与上电极座10同轴安装，连杆4的中心设有通气孔12，连杆4的上端部依次伸出上电极座10和挤压螺帽6，连杆4的上顶部安装有手轮1，手轮1的中心设有仪表接口2，读数指针3置于手轮1的上部，读数指针3通过指针固定杆5固定在金属顶板上。上电极13同轴安装在上电极座10的下部，上电极13的上部伸入连杆4与上电极座10之间的空隙中，上电极13上设有侧孔。下电极16同轴安装在上电极13的下部，下电极16固定在金属底板18上，金属底板18的中心开有激光入射孔22，下电极16的中央开有倒喇叭形空腔，倒喇叭形空腔的上端部为激光通孔17。透光玻璃板19置于倒喇叭形空腔的下端部，透光玻璃板19与金属底板18之间设有压圈20。

本发明的气体开关，上电极与上电极座之间成螺纹连接，使上电极与下电极之间的间隙距离可以调整。采用有机玻璃制成密封壳体，以保证金属顶板和金属底板的距离不变，并通过四根支撑杆11将整个间隙紧固成一体。工作气体通过充气阀从仪表接口2充入火花间隙，激光通过激光入射孔22，经过透光玻璃板19聚焦到火花间隙中，聚焦点的位置沿轴向可变。

本发明的气体开关中，上电极座10与金属顶板8通过固定螺帽7紧固为一体，金属顶板8、金属底板18与支撑杆11之间安装屏蔽环9，并涂抹硅胶，防止外绝缘出现电晕。在金属顶板8和金属底板11上分别安装接线柱21，方便与外部高压电源相连。

连杆4内设通气孔12，上电极开有侧孔15，工作气体通过与仪表接口2相连的上电极充气阀，经过通气孔12及上电极侧孔15进入密封腔体内。密封套筒14与金属顶板8和金属底板18、上电极底座10与金属顶板8以及连杆4与上电极座10等连接部分均安装密封圈或密封垫，保证密封腔体良好的密封性。气体开关可通过仪表接口2外接气压表，用于显示密封壳体内的气体压强。

激光触发气体开关的工作过程中，连杆4沿轴转动，在密封壳体内连杆4的转动转换为上电极13的上、下移动，进而调整上电极与下电极之间间隙的距离。上电极13上可以标出刻度，以显示间隙的距离。手轮1上标有刻度，配合指针固定杆5和读数指针3，可精确调整间隙距离，调整精度与连杆和下电极连接螺纹的螺距以及手轮上的刻度数有关。

本发明气体开关的透光玻璃板19、激光通孔17以及上电极13在同一条轴线上，金属底板18与透光玻璃板19之间安装透光玻璃板压圈20，用于挤压密封垫。激光通过透光玻璃板19、激光通孔17聚焦到火花间隙中，在焦点附近产生局部等离子体，在外电压作用下发展成等离子体通道使开关闭合。聚焦点的位置也沿轴向可变。若将激光聚焦到上电极上，激光聚集的位置的材料可选用铜钨合金（含铜量10%-30%），铜钨合金抗烧蚀能力强，延长了火花间隙的寿命。

Claims (1)

1.一种激光触发气体开关，其特征在于该气体开关包括手轮、读数指针、指针固定杆、上电极座、上电极、下电极、密封套筒、连杆、金属顶板、金属底板、支撑杆、透光玻璃板和接线柱；所述的金属顶板和金属底板通过支撑杆支撑，金属顶板、金属底板与支撑杆之间分别安装屏蔽环；所述的密封套筒置于金属顶板和金属底板之间，并通过密封套筒上、下端部的密封圈使密封套筒内形成密封空腔；所述的上电极座固定在所述的金属顶板的中央，上电极座的下部伸入密封空腔内，上电极座的上、下部设有U形缺口，上电极座的上端部设有挤压螺帽；所述的连杆与上电极座同轴安装，连杆的中心设有通气孔，连杆的上端部依次伸出上电极座和挤压螺帽，连杆的上顶部安装有手轮，手轮的中心设有仪表接口，所述的读数指针置于手轮上部，读数指针通过指针固定杆固定在金属顶板上；所述的上电极同轴安装在上电极座的下部，上电极的上部伸入连杆与上电极座之间的空隙中，上电极上设有侧孔；所述的下电极同轴安装在上电极的下部，下电极固定在金属底板上，金属底板的中心开有激光入射孔，下电极的中央开有倒喇叭形空腔，倒喇叭形空腔的上端部为激光通孔；所述的透光玻璃板置于倒喇叭形空腔的下端部，透光玻璃板与金属底板之间设有压圈。