CN103311808A - 一种触发一体化结构的脉冲真空开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触发一体化结构的脉冲真空开关，包括彼此活动连接的真空开关主体和触发基座，真空开关主体包括上电极法兰盘、上导电杆、上主电极、外瓷套、屏蔽筒、下电极法兰盘、下导电管、下主电极、触发极、触发瓷管、柱形绝缘体、触发引出极，上导电杆内嵌于上电极法兰盘内，且与上电极法兰盘固定连接，上主电极固定连接在上导电杆的下表面，外瓷套设置在上电极法兰盘和下电极法兰盘之间，屏蔽筒设置在外瓷套的内壁中，下电极法兰盘设置在外瓷套的底部，下导电管的一端固定在下电极法兰盘中。本发明能够解决现有触发真空开关存在的电气连接引入阻抗较大、电气连接对地杂散参数畸变触发信号、接线复杂导致的安全性差和所占空间大的问题。

Description

一种触发一体化结构的脉冲真空开关

技术领域

本发明属于高电压电工电器技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种触发一体化结构的脉冲真空开关。

背景技术

在脉冲功率技术中，耐高压和具有大通流能力的触发开关占据着重要的地位。其中，触发真空开关是将真空开关技术与三电极气体开关技术相结合发展起来的一种新型开关器件。触发真空开关利用真空作为主电极间的绝缘介质和灭弧介质，并采用特殊设计的触发极来控制开关快速闭合。因而其具有静态耐压高、工作电压范围宽、库仑转移量大、导通时延短、高重复频率、简单可靠、经济性好等优点。触发真空开关在高压大电流并进行快速闭合的场合得到了广泛的应用，并可作为可控硅、闸流管、放电管、火花间隙等类似功能开关器件的替代品而具有很大的应用潜力。

然而，触发真空开关的正常工作必须同时配有相应的触发系统，现有的触发真空开关在触发系统与真空开关主体的电气连接上普遍存在以下问题：（1）触发系统与真空开关主体之间电气连接引入阻抗较大，从而导致实际加在真空开关上的触发电压和电流参数达不到设计要求；（2）电气连接引入的对地杂散参数较大，畸变触发信号进而影响真空开关主体的工作性能；（3）系统接线复杂，存在安全隐患；（4）触发系统较为复杂，且体积一般都会超过真空开关主体的大小，两者分离的固定方式与松散的电气连接会导致触发真空开关系统在实际使用过程中所占空间很大且使用很不方便。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种触发一体化结构的脉冲真空开关，其目的在于解决现有触发真空开关中存在的由于真空开关主体和触发装置分离而引起的电气连接引入阻抗较大、电气连接对地杂散参数畸变触发信号、接线复杂导致的安全性差和所占空间大且使用不便的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种触发一体化结构的脉冲真空开关，包括彼此活动连接的真空开关主体和触发基座，真空开关主体包括上电极法兰盘、上导电杆、上主电极、外瓷套、屏蔽筒、下电极法兰盘、下导电管、下主电极、触发极、触发瓷管、柱形绝缘体、触发引出极，上导电杆内嵌于上电极法兰盘内，且与上电极法兰盘固定连接，上主电极在固定连接在上导电杆的下表面，外瓷套设置在上电极法兰盘和下电极法兰盘之间，屏蔽筒设置在外瓷套的内壁中，下电极法兰盘设置在外瓷套的底部，下导电管的一端固定在下电极法兰盘中，下主电极固定在下导电管的另一端，上主电极与下主电极之间留有一定间隙，用于隔离电压，触发极设置在下电极法兰盘、下导电管和下主电极三者的轴向贯穿孔内，触发瓷管设置在下主电极的轴向贯穿孔与触发极之间，柱形绝缘体固定连接在下电极法兰盘的底部，触发引出极设置在柱形绝缘体内，且与触发极电气连接，触发基座包括金属圈、凹槽、触发输出极、以及绝缘外壳，绝缘外壳顶部的中心位置设置有一柱形开孔，金属圈固定在绝缘外壳的柱形开孔上，且其半径大于柱形开孔，凹槽设置在绝缘外壳的柱形开孔中，且与柱形绝缘体配合，触发输出极设置在凹槽底部的中心位置，且在凹槽的底部表面凸起一定高度，凸起的部分抵持触发引出极。

优选地，上主电极是由铜铬合金材料制成，且为圆柱体，其边缘符合罗果夫斯基轮廓线要求。

优选地，外瓷套由陶瓷材料烧制而成，其外壁烧结成波浪小伞群形，用于增加上电极法兰盘和下电极法兰盘之间的绝缘距离。

优选地，下主电极是由铜铬合金材料制成，且为圆柱体，其边缘符合罗果夫斯基轮廓线要求。

优选地，上主电极与下主电极之间间隙的大小为1毫米至100毫米。

优选地，触发基座整体上是由绝缘外壳构成的腔体，其内部装设真空开关主体所需要的触发电路。

优选地，触发基座还包括功能面板，其设置于绝缘外壳的侧面，且包括触发电路的供电接口、控制光纤接口、指示灯。

优选地，凹槽是由绝缘材料加工而成。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列的有益效果：

（1）触发基座上的凹槽设计妥善的解决了触发系统与开关的电气连接问题：触发系统触发输出极与真空开关触发引出极紧密连接，触发系统的金属圈与真空开关的下电极金属法兰盘紧密连接，两者连接均不需导线，仅靠机械装配结构实现。无导线紧密连接使电气连接引入的阻抗降低到最小，保证了触发电压和触发电流直接作用在真空开关的触发极与相邻主电极之间，使实际的触发电压和电流参数符合设计要求。

（2）无导线紧密连接最大程度上减小了电气连接的对地杂散参数，基本上消除了对地杂散参数对触发信号的畸变，极大地改善了真空开关的触发性能。

（3）将触发系统完全封装在密闭的触发基座中，开关主电极由上下法兰盘直接接入外回路，触发基座外的功能面板上设有供电、控制接口及触发系统电气状态监视器，封装设计保证了触发真空开关系统在使用过程中的简洁，最大程度上保证了设备与使用人员的安全。

（4）触发系统设计成触发基座，真空开关平稳安装在基座上，一体化的结构设计保证了触发真空开关及其触发系统整体的紧凑性和所占空间的最小化，大幅度提高了使用的方便性。

（5）触发基座与真空开关之间的凹槽连接由机械装配结构实现，将真空开关的柱形绝缘体沿触发基座上面的凹槽插入到底，然后通过卡扣或螺纹等机械结构，即可实现两者的固定与紧密连接。该种固定方式可以很方便的实现由于寿命等问题造成的真空开关或触发基座的灵活更换，适于标准化生产及实际工程中大规模应用。

附图说明

图1是本发明触发一体化结构的脉冲真空开关的剖面结构示意图。

图2是本发明触发一体化结构的脉冲真空开关的立体图。

图3是本发明脉冲真空开关的触发基座的立体图。

图4是本发明脉冲真空开关的底部仰视图。

图5是本发明脉冲真空开关的触发基座的顶部俯视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1.真空开关主体；2.触发基座；101.上电极法兰盘；102.上导电杆；103.上主电极；104.外瓷套；105.屏蔽筒；106.下电极法兰盘；107.下导电管；108.下主电极；109.触发极；110.触发瓷管；111.柱形绝缘体；112.触发引出极；201.金属圈；202.凹槽；203.触发输出极；204.绝缘外壳；205.功能面板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1至3所示，本发明触发一体化结构的脉冲真空开关包括真空开关主体1和触发基座2，二者活动连接。在本实施方式中，真空开关主体1和触发基座2通过卡扣式或螺纹式实现活动连接。

真空开关主体1包括上电极法兰盘101、上导电杆102、上主电极103、外瓷套104、屏蔽筒105、下电极法兰盘106、下导电管107、下主电极108、触发极109、触发瓷管110、柱形绝缘体111、触发引出极112。

真空开关主体1整体上是由上电极法兰盘101、外瓷套104、下电极法兰盘106、柱形绝缘体111构成的密封真空腔体。

上电极法兰盘101由不锈钢等金属材料制成，中心设置有轴向贯穿孔。

上导电杆102内嵌于上电极法兰盘101的轴向贯穿孔内，且上导电杆102与上电极法兰盘101固定连接。在本实施方式中，上导电杆102与上电极法兰盘101两者的上表面平齐，二者的连接处通过金属熔焊的方法密封固定。上导电杆102是由金属材料制成，其为柱形结构，且由无氧铜制成。

上主电极103在固定连接在上导电杆102的下表面。在本实施方式中，上主电极103通过金属熔焊的方法固定在上导电杆102的另一端，上主电极103由铜铬合金（CuCr25）材料制成，且为圆柱体，其边缘符合罗果夫斯基轮廓线要求。

外瓷套104设置在上电极法兰盘101和下电极法兰盘106之间。在本实施方式中，外瓷套104由陶瓷材料烧制而成，其外壁烧结成波浪小伞群形，用于增加上电极法兰盘101和下电极法兰盘106之间的绝缘距离。

屏蔽筒105设置在外瓷套104的内壁中。在本实施方式中，屏蔽筒105整体呈瓮形结构，且由无氧铜制成。

下电极法兰盘106设置在外瓷套104的底部。在本实施方式中，下电极法兰盘106是由不锈钢等金属材料制成，且其中心设置有轴向贯穿孔。

下导电管107的一端固定在下电极法兰盘106的轴向贯穿孔中，下主电极108固定在下导电管107的另一端，且下主电极108的中心位置设置有轴向贯穿孔。在本实施方式中，下导电管107为圆筒形，且由无氧铜制成，下主电极108是由铜铬合金（CuCr25）材料制成，且为圆柱体，其边缘符合罗果夫斯基轮廓线要求。

上主电极103与下主电极108之间留有一定间隙，用于隔离电压。具体而言，间隙的大小与上主电极103与下主电极108之间的耐压有关，优选为1毫米至100毫米。

触发极109设置在下电极法兰盘106、下导电管107和下主电极108三者的轴向贯穿孔内。在本实施方式中，触发极109是由无氧铜制成，且与下主电极108的上表面平齐固定。

触发瓷管110设置在下主电极108的轴向贯穿孔与触发极109之间，用于隔离下主电极108的轴向贯穿孔与触发极109的电位，保证两者间的绝缘。在本实施方式中，触发瓷管110是由陶瓷材料烧制成形。

柱形绝缘体111固定连接在下电极法兰盘6的底部，柱形绝缘体111的中心位置设置有设置有轴向贯穿孔。在本实施方式中，柱形绝缘体111是通过内六角圆柱头螺钉压紧固定在下电极法兰盘6底部，且是由聚甲醛等绝缘材料制成，并被加工成圆柱形或方形结构。

触发引出极112设置在柱形绝缘体111的轴向贯穿孔内，且与触发极109电气连接。在本实施方式中，触发引出极112是由金属导电材料制成。

触发基座2包括金属圈201、凹槽202、触发输出极203、绝缘外壳204、功能面板205。

触发基座2整体上是由绝缘外壳204构成的腔体，其内部装设真空开关主体1所需要的触发电路，同时兼具真空开关主体1的底座功能。

绝缘外壳204顶部的中心位置设置有一柱形开孔。在本实施方式中，绝缘外壳204是由具有一定厚度的环氧板等硬绝缘材料加工而成。

金属圈201固定在绝缘外壳204的柱形开孔上，且其半径大于柱形开孔。在本实施方式中，金属圈201是由金属导电材料制成，且其结构呈环状。

凹槽202设置在绝缘外壳204的柱形开孔中，且与柱形绝缘体111配合。在本实施方式中，凹槽202是由聚甲醛等绝缘材料加工而成。

触发输出极203设置在凹槽202底部的中心位置，且在凹槽202的底部表面凸起一定高度，凸起的部分抵持触发引出极112。

功能面板205设置于绝缘外壳204的侧面，且包括触发电路的供电接口、控制光纤接口、指示灯等状态显示器。

如图4、图5所示，真空开关主体1底部和触发基座2上部，在机械结构上已经分别被设计成凸、凹结构。工作时，将真空开关主体1底部的柱形绝缘体111沿触发基座2顶部的凹槽202放置。此时，真空开关1下电极法兰盘106与触发基座2上面的金属圈201通过面接触紧密连接在一起，真空开关1触发引出极112与触发基座2内的触发输出极203也紧密连接在一起。触发输出极203与触发引出极112埋藏于柱形绝缘体111内部，从而保证了真空开关触发极109与下电极法兰盘106之间的电气绝缘。金属圈201、触发输出极203均在触发基座2内部分别与触发电路的逻辑地和高压输出端电气连接。通过上述结构，触发信号可以直接加在触发真空开关的触发极109与下主电极108之间。触发一体化结构的脉冲真空开关在工作过程中可以灵活的将上述两部件任一进行替换。

本发明触发一体化结构的脉冲真空开关在装配完成后，电气上，上主电极103与上主电极法兰盘101等电位，下主电极108与下主电极法兰盘106、金属圈201等电位，触发极109、触发引出极112与触发输出极203等电位。上主电极法兰盘101与下主电极法兰盘106上可通过加工螺纹孔等结构以方便将真空开关接入外部放电主回路。触发基座2内部的触发电路通过功能面板205上的供电接口由外部电源供电。触发一体化结构的脉冲真空开关一般工作在指令性触发击穿方式。当外部控制信号通过功能面板17上的光纤接口输入到触发基座内部时，触发电路开始工作，产生触发电压、电流信号，并直接加载在触发极109与下主电极108之间。触发瓷管110发生沿面放电现象，产生的等离子体在主电极电场的作用下从下主电极108向上主电极103运动，并迅速扩散到真空间隙，能够适当降低间隙的击穿电压，增大真空开关主间隙导通的概率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种触发一体化结构的脉冲真空开关，包括彼此活动连接的真空开关主体和触发基座，其特征在于，

真空开关主体包括上电极法兰盘、上导电杆、上主电极、外瓷套、屏蔽筒、下电极法兰盘、下导电管、下主电极、触发极、触发瓷管、柱形绝缘体、触发引出极；

上导电杆内嵌于上电极法兰盘内，且与上电极法兰盘固定连接；

上主电极固定连接在上导电杆的下表面；

外瓷套设置在上电极法兰盘和下电极法兰盘之间；

屏蔽筒设置在外瓷套的内壁中；

下电极法兰盘设置在外瓷套的底部；

下导电管的一端固定在下电极法兰盘中，下主电极固定在下导电管的另一端；

上主电极与下主电极之间留有一定间隙，用于隔离电压；

触发极设置在下电极法兰盘、下导电管和下主电极三者的轴向贯穿孔内；

触发瓷管设置在下主电极的轴向贯穿孔与触发极之间；

柱形绝缘体固定连接在下电极法兰盘的底部；

触发引出极设置在柱形绝缘体内，且与触发极电气连接；

触发基座包括金属圈、凹槽、触发输出极以及绝缘外壳；

绝缘外壳顶部的中心位置设置有一柱形开孔；

金属圈固定在绝缘外壳的柱形开孔上，且其半径大于柱形开孔；

凹槽设置在绝缘外壳的柱形开孔中，且与柱形绝缘体配合；

触发输出极设置在凹槽底部的中心位置，且在凹槽的底部表面凸起一定高度，凸起的部分抵持触发引出极。

2.根据权利要求1所述的脉冲真空开关，其特征在于，上主电极是由铜铬合金材料制成，且为圆柱体，其边缘符合罗果夫斯基轮廓线要求。

3.根据权利要求1所述的脉冲真空开关，其特征在于，外瓷套由陶瓷材料烧制而成，其外壁烧结成波浪小伞群形，用于增加上电极法兰盘和下电极法兰盘之间的绝缘距离。

4.根据权利要求1所述的脉冲真空开关，其特征在于，下主电极是由铜铬合金材料制成，且为圆柱体，其边缘符合罗果夫斯基轮廓线要求。

5.根据权利要求1所述的脉冲真空开关，其特征在于，上主电极与下主电极之间间隙的大小为1毫米至100毫米。

6.根据权利要求1所述的脉冲真空开关，其特征在于，触发基座整体上是由绝缘外壳构成的腔体，其内部装设真空开关主体所需要的触发电路。

7.根据权利要求6所述的脉冲真空开关，其特征在于，触发基座还包括功能面板，其设置于绝缘外壳的侧面，且包括触发电路的供电接口、控制光纤接口、指示灯。

8.根据权利要求1所述的脉冲真空开关，其特征在于，凹槽是由绝缘材料加工而成。

Images