CN103326246B - 一种三电极多通道气体火花开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三电极多通道气体火花开关，上壳体（5）和下壳体（6）扣合形成壳体；2个主电极连接杆（2）分别通过在上壳体（5）和下壳体（6）上设置的通孔，并且2个主电极连接杆（2）的一端设置在壳体内部，与主电极（1）连接，另一端通过与主电极固定螺母配合，固定在壳体；触发电极（4）设置在壳体内部，触发电极（4）为圆环形结构，并且触发电极（4）的轴截面为两个类似梯形的组合，并对触发电极（4）的过渡表面进行圆形倒角处理。本发明的三电极多通道气体火花开关，体积小呈现圆柱结构，主电极和触发电极的截面都呈现为梯形结构，放电时开关自身的电感很小，主电极表面为圆环结构，更容易形成多通道放电，从而进一步减少火花电感并延长电极寿命。
Description
技术领域
本发明涉及气体火花开关技术领域，尤其涉及一种三电极多通道气体火花开关。
背景技术
气体火花开关是脉冲功率装置中的核心设备。气体火花开关不仅能传输大功率，而且具有低电感和低的损耗，其导通是当外加电压超过某一临界电压时，气体中发生了强烈的电离，电流剧增，同时气体中的电离过程己可只靠电场的作用自行维持，而不再继续需要外电离因素了。如果电场较均匀，则间隙将被击穿，此后根据气压、外回路阻抗等条件形成辉光放电、火花放电或电弧放电。常采用干燥洁净的空气、氮气、六氟化硫等作为绝缘气体。
目前市面上的气体火花开关主要有两种结构：一种是体积较小的气体火花开关，这种开关放电基本上只能形成单通道，所以电极烧蚀比较严重，寿命较短。另一种是体积较大的多间隙多通道气体火花开关。现有的多通道气体火花开关基本上都采用了多间隙结构，体积较大，所以自身电感也较大，而且结构复杂造价相对较高，而小体积的三电极气体开关很少能够形成多通道放电。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种三电极多通道气体火花开关，触发电极为圆环形结构，并且轴截面为两个类似梯形的组合。
一种三电极多通道气体火花开关，包括：上壳体、下壳体、2个主电极，2个主电极连接杆、2个主电极固定螺母、触发电极和触发电极连接杆；所述上壳体和所述下壳体扣合形成壳体；所述2个主电极设置在所述壳体的内部；所述2个主电极连接杆分别通过在所述上壳体和所述下壳体上设置的通孔，并且，所述2个主电极连接杆的一端分别与所述2个主电极固定连接，所述2个主电极连接杆的另一端设置在所述壳体的外部，分别与设置在所述壳体外部的2个主电极固定螺母螺纹连接；所述触发电极设置在所述壳体内部，并位于所述2个主电极之间，将所述壳体内部空间分为2个火花隙；所述触发电极设有所述触发电极连接杆，所述触发电极连接杆的一端通过在所述上壳体或所述下壳体上设置的通孔，设置在所述壳体的外部；所述触发电极为具有中心通孔的圆盘形结构，并且，所述触发电极的轴截面为两个类似梯形的组合。
根据本发明的一个实施例，进一步的，对所述触发电极的过渡表面进行圆形倒角处理；设置在所述壳体外部的所述触发电极连接杆的一端与球形螺帽螺纹连接。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述2个主电极的轴截面都为梯形；所述2个主电极都设置于所述壳体的中轴。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在所述2个主电极连接杆上都设置密封槽，在所述密封槽中都设置O型圈，并通过所述O型圈分别与在所述上壳体和所述下壳体上设置的通孔适配密封连接。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在所述上壳体或所述下壳体上设置管锥螺纹气孔。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述上壳体和所述下壳体通过尼龙螺栓连接。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述2个主电极和所述触发电极的表面粗糙度都为0.1－0.8μm，主间隙电场不均匀系数为1.2－1.3。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述壳体为直径与高度之比为1.2:1的圆柱体。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述壳体内部的工作气体介质包括：空气、N2和SF6-N2混合气体，气压为0.1MPa-0.5MPa。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述2个主电极和所述触发电极的材质包括：不锈钢、铜和铜钨合金；所述上壳体和下壳体的材质包括：有机玻璃和尼龙。
本发明的三电极多通道气体火花开关，体积小呈现圆柱结构，主电极和触发电极的截面都呈现为梯形结构，放电时开关自身的电感很小，主电极表面为圆环结构，更容易形成多通道放电，从而进一步减少火花电感并延长电极寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A和1B为根据本发明的三电极多通道气体火花开关的一个实施例的示意图；其中，图1A为开关的剖面图，图1B为图1A旋转22.5度的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1A和1B为根据本发明的三电极多通道气体火花开关的一个实施例的示意图。如图所示：三电极多通道气体火花开关包括：上壳体5、下壳体6、2个主电极1，2个主电极连接杆2、2个主电极固定螺母3、触发电极4和触发电极连接杆11。
上壳体5和下壳体6扣合形成壳体。2个主电极1设置壳体内部，并且分别与上壳体5和下壳体6固定连接，可以为螺纹连接或卡扣连接等等。
2个主电极1都设有主电极连接杆2。2个主电极连接杆2分别通过在上壳体5和下壳体6上设置的通孔，并且2个主电极连接杆2的一端设置在壳体内部，与2个主电极1螺纹连接，也可以是卡扣连接等，另一端设置在壳体的外部，与主电极固定螺母配合，将2个主电极连接杆2装配在壳体上。
触发电极4设置在壳体内部，将壳体内部空间分为2个火花隙。
触发电极4设有触发电极连接杆11，触发电极连接杆11的一端通过在上壳体5或下壳体6上设置的通孔，设置在壳体的外部。
触发电极4为圆环形结构，并且触发电极4的轴截面为两个类似梯形的组合，其中，对触发电极4的过渡表面进行圆形倒角处理。
根据本发明的一个实施例，设置在壳体外部的触发电极连接杆11的一端与球形螺帽10螺纹连接。2个主电极1的轴截面都为梯形。2个主电极1都经螺纹与主电极连接杆配合，并固定在中轴线。2个主电极连接杆2分别穿过开关壳体的中心通孔，并分别与主电极固定螺母螺纹连接。
根据本发明的一个实施例，在2个主电极连接杆2上都设置密封槽，在密封槽中都设置O型圈8，并通过O型圈8分别与在上壳体5和下壳体6上设置的通孔适配密封连接。在上壳体5或下壳体6上设置管锥螺纹气孔9。
本发明的三电极多通道气体火花开关为一种低电感三电极场畸变多通道气体火花开关，开关体积小，外部浸在变压器油中增加沿面距离，内部通过波纹结构和高压气体增加内部的沿面耐压。
开关直径与高度之比设计为1.2:1，能够紧凑的与单、双端两种电容结构紧凑连接。在触发过电压作用下，主电极1圆环尖端会形成较高的场畸变系数，容易形成多通道放电，进一步降低放电产生的火花电感。
触发电极4为圆盘形结构，截面近似两个梯形的组合，中间有一个通孔，让两边的空气可以相互流通，电极表面过渡处经过圆形倒角处理，尽量减少边缘效应，梯形截面能够使导通电流的电感效应减少至最小，触发电极的侧面配有一个螺孔，用于固定触发电极连接杆，其末端用球形螺帽10紧固连接线，并防止电晕现象。
主电极1截面也类似于梯形，边缘设计为椭圆曲线，同样减少边缘效应。主电极1表面为圆环形结构，曲率半径经过设计，使得触发隙电场为稍不均匀场。为了提高开关自击穿电压的稳定性，主电极1和触发电极4表面的粗糙度都在0.1－0.8μm，电场不均匀系数在1.2～1.3范围。主电极与连接杆用螺纹连接，连接杆与上、下壳体通过颈向O型圈密封。
开关的壳体采用有机玻璃或尼龙材料制备，分为上壳体5和下壳体6上下两部分，经8根尼龙螺栓7紧固，通过两个O型圈8紧压触发电极外边缘实现开关内部气体的密封，壳体上配有管锥螺纹用于固定气嘴，此外壳体上还有一个通孔，便于触发电极杆穿过。
开关的外绝缘适用于变压器油环境，在空气中也能耐受较高的电压。开关腔体的内表面经过仔细的设计，包括多种圆弧配合形成的波纹结构，增加从主电极到触发电极的沿面距离，从而能够保证沿面闪络电压高于放电间隙的击穿电压。
主电极1与主电极连接杆2装配，然后经主电极螺母3固定在开关壳体。触发电极4靠开关上下两部分壳体相互挤压而固定，将内部的火花隙一分为二。
触发电极4的侧面有1个螺孔，用于固定触发电极连接杆11。中心通孔允许两边气体顺畅的流动。触发电极11末端用球头螺母10紧固连接，并消除电晕现象。
本发明中，所有的电极及其连接件可采用不锈钢、铜或者铜钨合金等。壳体采用有机玻璃，其内、外表面均需抛光处理，便于观察内部放电情况。
本发明设计的低电感三电极场畸变多通道气体火花开关，相对于传统中的多通道气体火花开关的优势在于:体积小呈现圆柱结构，主电极和触发电极的截面都呈现为梯形结构，所以放电时开关自身的电感很小.
相对于小型气体火花开关，本发明中多通道气体火花开关的主电极表面为圆环结构，更容易形成多通道放电，从而进一步减少火花电感并延长电极寿命。
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (9)
1.一种三电极多通道气体火花开关，其特征在于，包括：
上壳体(5)、下壳体(6)、2个主电极(1)、2个主电极连接杆(2)、2个主电极固定螺母(3)、触发电极(4)和触发电极连接杆(11)；
所述上壳体(5)和所述下壳体(6)扣合形成壳体；所述2个主电极(1)设置在所述壳体的内部；所述2个主电极连接杆(2)分别通过在所述上壳体(5)和所述下壳体(6)上设置的通孔，并且，所述2个主电极连接杆(2)的一端分别与所述2个主电极(1)固定连接，所述2个主电极连接杆(2)的另一端设置在所述壳体的外部，分别与设置在所述壳体外部的2个主电极固定螺母(3)螺纹连接；
所述触发电极(4)设置在所述壳体内部，并位于所述2个主电极(1)之间，将所述壳体内部空间分为2个火花隙；所述触发电极(4)设有所述触发电极连接杆(11)，所述触发电极连接杆(11)的一端通过在所述上壳体(5)或所述下壳体(6)上设置的通孔，设置在所述壳体的外部；
所述触发电极(4)为具有中心通孔的圆盘形结构，并且，所述触发电极(4)的轴截面为两个类似梯形的组合；所述2个主电极(1)的轴截面都为梯形；设置在所述壳体外部的所述触发电极连接杆(11)的一端与球形螺帽(10)螺纹连接。
2.如权利要求1所述的开关，其特征在于：
对所述触发电极(4)的过渡表面进行圆形倒角处理。
3.如权利要求2所述的开关，其特征在于：
所述2个主电极(1)都设置于所述壳体的中轴。
4.如权利要求3所述的开关，其特征在于：
在所述2个主电极连接杆(2)上都设置密封槽，在所述密封槽中都设置O型圈(8)，并通过所述O型圈(8)分别与在所述上壳体(5)和所述下壳体(6)上设置的通孔适配密封连接。
5.如权利要求4所述的开关，其特征在于：
在所述上壳体(5)或所述下壳体(6)上设置管锥螺纹气孔(9)。
6.如权利要求5所述的开关，其特征在于：
所述上壳体(5)和所述下壳体(6)通过尼龙螺栓(7)连接。
7.如权利要求6所述的开关，其特征在于：
所述2个主电极(1)和所述触发电极(4)的表面粗糙度都为0.1－0.8μm，主间隙电场不均匀系数为1.2－1.3。
8.如权利要求1至7任意一项所述的开关，其特征在于：
所述壳体为直径与高度之比为1.2:1的圆柱体。
9.如权利要求1至7任意一项所述的开关，其特征在于：
所述壳体内部的工作气体气压为0.1MPa-0.5MPa。
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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 |