CN103163348B - 一种真空用脉冲高压电阻分压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种真空用脉冲高压电阻分压器，所述的电阻分压器中的高压电极与底座之间依次叠放绝缘子与均压环；绝缘拉杆位于绝缘子与均压环的中心轴线位置；环形的中间电极位于绝缘拉杆的外围，并固定于绝缘拉杆上，实现电极连接件与中间电极的电气连接；水电阻溶液封装于高压电极、底座以及两者之间的绝缘子、均压环等部件的内部空间中；高压电极的内部预留气泡室。通过采用所述的中间电极的电气连接、密封结构和气泡室结构设计，本发明的一种真空用脉冲高压电阻分压器能够实现在真空环境中兆伏量级局部脉冲高电压的测量。
Description
技术领域
本发明属于脉冲高电压测量技术领域，具体涉及一种真空用脉冲高压电阻分压器，应用于脉冲功率装置上真空环境中的局部脉冲高电压测量。
背景技术
二极管负载在脉冲功率装置上应用广泛，工作电压为数百千伏至兆伏量级，实验中需要进行其局部脉冲高电压的测量。由于二极管负载工作在真空环境中，而高电压环境下真空中存在的自由电子容易造成表面电子雪崩而导致电阻分压器出现高压臂闪络，因此使用电阻分压器在真空中测量脉冲高电压存在一定的困难。公知的用于真空中的电阻分压器采用圆锥形绝缘子和金属均压环的重叠结构解决该问题。中国刊物名称为《脉冲功率系统的原理与应用》（[德]H.Bluhm著，清华大学出版社出版）对此进行了介绍。但是该刊物中仅给出了分压器的原理示意，缺少具体的结构设计。电阻分压器的绝缘子、均压环和绝缘拉杆的固定方式，溶液的密封结构以及中间电极的电气连接方式是结构设计的重要内容。而且电阻分压器在长时间工作后，溶液将产生少量气体，为保证分压器的绝缘性能，需要设计相应的气泡室结构以保证电阻分压器正常工作。
发明内容
本发明提供一种真空用脉冲高压电阻分压器，以满足在真空环境中测量局部脉冲高电压的需求。
本发明的一种真空用脉冲高压电阻分压器，其特点是，所述的电阻分压器含有绝缘拉杆、电极罩、第一螺母、第一垫片、第一螺钉、高压电极、数个环状的绝缘子、第一绝缘子密封圈、插接件、底座、第二垫片、第二螺母、电阻、套管、电缆座、第二螺钉、第二拉杆密封圈、第三螺钉、电极密封圈、电极连接件、数个环状的均压环、第二绝缘子密封圈、水电阻溶液、气泡室、排气孔密封圈、第四螺钉、第一拉杆密封圈、中间电极、顶针。其中，所述的均压环的上下平面均设置有密封槽。其连接关系是，高压电极的上端面固定设置有电极罩，底座的下端面固定设置有套管，电缆座通过螺钉与套管固定连接。在高压电极与底座之间依次叠放绝缘子与均压环。均压环上、下平面的密封槽中均设置有绝缘子密封圈。在绝缘子与均压环的中心轴线上设置绝缘拉杆，绝缘拉杆的一端与电极连接件连接，且穿过底座中心的孔，位于套管内。在套管内底座下端面的密封槽中安装第二拉杆密封圈，第二拉杆密封圈的下方设置第二垫片，第二垫片的下方安装用于锁紧的第二螺母。绝缘拉杆的另一端穿过高压电极中心的孔，位于电极罩内，高压电极上平面设置的密封槽中安装第一拉杆密封圈，第一拉杆密封圈的上方设置第一垫片，第一垫片的上方安装用于锁紧的第一螺母。紧固第一螺母和第二螺母，实现高压电极、底座以及之间的绝缘子与均压环等部件的锁紧。
所述电极连接件安装于绝缘拉杆的孔中。环形的中间电极设置于绝缘拉杆的外围。在电极连接件与绝缘拉杆孔中的端面之间设置电极密封圈。在垂直于中间电极轴线的平面上角向均布设置有顶针，顶针依次穿过中间电极的螺纹孔、绝缘拉杆的通孔，与电极连接件连接。中间电极通过顶针与绝缘拉杆固定连接。旋紧顶针使中间电极固定于绝缘拉杆上，实现电极连接件与中间电极的电气连接。
所述的电极连接件的孔中连接有插接件，电阻的一端与插接件连接，电阻的另一端与电缆座的芯线固定连接。
所述水电阻溶液封装于高压电极、底座以及两者之间的绝缘子、均压环围成的内部空间中，高压电极的内部设置有气泡室，气泡室的上方设置有排气孔；第四螺钉安装于高压电极排气孔中，在第四螺钉与高压电极排气孔内端面之间设置有排气孔密封圈。
所述顶针的数量为4～8个。
本发明的有益效果是：通过采用本发明中的中间电极的电气连接结构、密封结构和气泡室结构设置，本发明的一种真空用脉冲高压电阻分压器能够实现在真空环境中兆伏量级局部脉冲高电压的测量。
附图说明
图1是本发明的一种真空用脉冲高压电阻分压器的结构示意图；
图2是图1中的局部剖面结构示意图；
图3a是本发明中的中间电极主视图；
图3b是本发明中的中间电极俯视图；
图4是本发明中的顶针的主视图；
图5a是本发明中的电极连接件的仰视图；
图5b是本发明中的电极连接件的主视图；
图中，1.绝缘拉杆2.电极罩3.第一螺母4.第一垫片5.第一螺钉6.高压电极7.绝缘子8.第一绝缘子密封圈9.插接件10.底座11.第二垫片12.第二螺母13.电阻14.套管15.电缆座16.第二螺钉17.第二拉杆密封圈18.第三螺钉19.电极密封圈20.电极连接件21.均压环22.第二绝缘子密封圈23.水电阻溶液24.气泡室25.排气孔密封圈26.第四螺钉27.第一拉杆密封圈28.中间电极41.第一顶针42.第二顶针。
具体实施方式
以下结合附图对本发明一种真空用脉冲高压电阻分压器作详细描述。
实施例1
在图1～图5中，本发明的一种真空用脉冲高压电阻分压器，含有绝缘拉杆1、电极罩2、第一螺母3、第一垫片4、第一螺钉5、高压电极6、数个环状的绝缘子、第一绝缘子密封圈8、插接件9、底座10、第二垫片11、第二螺母12、电阻13、套管14、电缆座15、第二螺钉16、第二拉杆密封圈17、第三螺钉18、电极密封圈19、电极连接件20、数个环状的均压环、第二绝缘子密封圈22、水电阻溶液23、气泡室24、排气孔密封圈25、第四螺钉26、第一拉杆密封圈27、中间电极28、顶针。其中，所述的均压环的上下平面均设置有密封槽。其连接关系是，通过第一螺钉5，将电极罩2固定在高压电极6的上端面。通过第三螺钉18，将套管14固定在底座10的下端面。电缆座15通过第二螺钉16与套管14固定连接。在高压电极6与底座10之间依次叠放绝缘子与均压环；均压环上、下平面的密封槽中分别设置有绝缘子密封圈。在绝缘子与均压环的中心轴线上设置绝缘拉杆1，绝缘拉杆1的一端与电极连接件20连接，且穿过底座10中心的孔，位于套管14内。在套管14内底座10下端面的密封槽中安装第二拉杆密封圈17，第二拉杆密封圈17的下方设置第二垫片11，第二垫片11的下方安装用于锁紧的第二螺母12。绝缘拉杆1的另一端穿过高压电极6中心的孔，位于电极罩2内，高压电极6上平面设置的密封槽中安装第一拉杆密封圈27，第一拉杆密封圈27的上方设置第一垫片4，第一垫片4的上方安装用于锁紧的第一螺母3。紧固第一螺母3和第二螺母12，实现高压电极6、底座10以及之间的绝缘子与均压环等部件的锁紧。
所述电极连接件20安装于绝缘拉杆1的孔中。环形的中间电极28设置于绝缘拉杆1的外围。在电极连接件20与绝缘拉杆1孔中的端面之间设置电极密封圈19。在垂直于中间电极28轴线的平面上角向均布设置有四个顶针，第一顶针41和第二顶针42为其中两个。第一顶针41、第二顶针42、第三顶针、第四顶针依次穿过中间电极28的螺纹孔、绝缘拉杆1的通孔，与电极连接件20连接。中间电极28通过顶针与绝缘拉杆1固定连接，如图2、图3、图4所示。旋紧顶针使中间电极28固定于绝缘拉杆1上，实现电极连接件20与中间电极28的电气连接。
所述的电极连接件20的孔中连接有插接件9，电阻13的一端与插接件9连接，电阻13的另一端与电缆座15的芯线固定连接，如图2、图5所示。
所述水电阻溶液23封装于高压电极6、底座10以及两者之间的绝缘子、均压环围成的内部空间中；高压电极6的内部设置有气泡室24，气泡室24的上方设置有排气孔；第四螺钉26安装于高压电极6的排气孔中，在第四螺钉26与高压电极6排气孔内端面之间设置有排气孔密封圈25。
本实施例中，设置有十七个绝缘子，绝缘子7是其中一个；设置有十六个均压环，均压环21是其中一个。均压环上、下平面均设置有绝缘子密封圈，均压环21上平面设置的绝缘子密封圈是第二绝缘子密封圈22；均压环21下平面设置的绝缘子密封圈是第一绝缘子密封圈8。
针对阻抗为10Ω的二极管负载，测量该二极管负载上所施加的极性为负，幅值约为1MV、前沿约50ns，脉宽约200ns的脉冲高电压的需求，本发明的一种真空用脉冲高压电阻分压器实施例中的各部件具体设计参数如下。
本发明中的绝缘子7的材质是有机玻璃，高压电极6、底座10以及均压环21的材质是铝。水电阻溶液23是硫代硫酸钠溶液。
绝缘拉杆1的长度为420mm；绝缘子7的锥角为45°，外径为84mm，内径为40mm，厚度为14mm；均压环21的外径为100mm，内径为40mm，厚度为6mm；高压电极6与底座10的内端面间距为300mm，中间电极28距离底座10的内端面为4mm。由水电阻构成的第一级分压器的分压比为75：1。电阻13为长度50mm，直径6mm，阻值4kΩ的玻璃釉电阻；与测试设备端连接的50Ω负载构成分压比为80：1的第二级分压器。水电阻溶液23的电阻值为500Ω，体积240cm3；气泡室24的深度为6mm，体积为10cm3。
实验结果表明本发明实施例测量的二极管电压最高幅值约为1.1MV。实验中，本发明实施例的绝缘良好，满足在真空中测量兆伏量级脉冲高电压的要求。
实施例2
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是绝缘子数量设置为三十个，相应的均压环数量为二十九个，顶针数量设置为六个。
实施例3
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是绝缘子数量设置为六十个，相应的均压环数量为五十九个，顶针数量设置为八个。
Claims (3)
1.一种真空用脉冲高压电阻分压器，其特征是，所述的电阻分压器含有绝缘拉杆（1）、电极罩（2）、第一螺母（3）、第一垫片（4）、高压电极（6）、数个环状的绝缘子、第一绝缘子密封圈（8）、插接件（9）、底座（10）、第二垫片（11）、第二螺母（12）、电阻（13）、套管（14）、电缆座（15）、第二拉杆密封圈（17）、电极密封圈（19）、电极连接件（20）、数个环状的均压环、第二绝缘子密封圈（22）、水电阻溶液（23）、气泡室（24）、排气孔密封圈（25）、第四螺钉（26）、第一拉杆密封圈（27）、中间电极（28）、顶针；其中，所述的均压环的上下平面均设置有密封槽；其连接关系是，高压电极（6）的上端面固定设置有电极罩（2），底座（10）的下端面固定设置有套管（14），电缆座（15）通过螺钉与套管（14）固定连接；在高压电极（6）与底座（10）之间依次叠放绝缘子与均压环；均压环上下平面均设置有绝缘子密封圈；在绝缘子与均压环的中心轴线上设置绝缘拉杆（1），绝缘拉杆（1）的一端与电极连接件（20）连接，且穿过底座（10）中心的孔，位于套管（14）内；在套管（14）内底座（10）下端面的密封槽中安装第二拉杆密封圈（17），第二拉杆密封圈（17）的下方设置第二垫片（11），第二垫片（11）的下方安装用于锁紧的第二螺母（12）；绝缘拉杆（1）的另一端穿过高压电极（6）中心的孔，位于电极罩（2）内；高压电极（6）上平面设置的密封槽中安装第一拉杆密封圈（27），第一拉杆密封圈（27）的上方设置第一垫片（4），第一垫片（4）的上方安装用于锁紧的第一螺母（3）；所述电极连接件（20）安装于绝缘拉杆（1）的孔中；环形的中间电极（28）设置于绝缘拉杆（1）的外围；在电极连接件（20）与绝缘拉杆（1）孔中的端面之间设置电极密封圈（19）；在垂直于中间电极（28）轴线的平面上角向均布设置有顶针，顶针依次穿过中间电极（28）的螺纹孔、绝缘拉杆（1）的通孔，与电极连接件（20）连接；中间电极（28）通过顶针与绝缘拉杆（1）固定连接；所述水电阻溶液（23）封装于高压电极（6）、底座（10）以及两者之间的数个绝缘子、数个均压环围成的内部空间中；所述的绝缘拉杆（1）、高压电极（6）、均压环、绝缘子、底座（10）为同轴心设置。
2.根据权利要求1所述的一种真空用脉冲高压电阻分压器，其特征是，所述的高压电极（6）内设置有气泡室（24），气泡室（24）的上方设置有排气孔；第四螺钉（26）安装于高压电极（6）的排气孔中，在第四螺钉（26）与高压电极（6）排气孔内端面之间设置有排气孔密封圈（25）。
3.根据权利要求1所述的一种真空用脉冲高压电阻分压器，其特征是，所述的顶针的数量为4～8个。
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