CN1035401A - 感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置 - Google Patents

感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置 Download PDF

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Abstract

感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置,采用一个感应式高压多回路同步触发开关代替已有技术中各个回路中都有的主开关,本发明感应开关是在充气的金属壳体中,装有一根或者并列数根金属的触发棒,触发棒上套装绝缘层和多组环形电极,输入电极、输出电极组成各自独立的主间隙,每个主间隙导通一个高压放电回路,并联的触发棒引入一个触发脉冲,各个主间隙间感应出高压信号,同步导通多个主回路。本发明装置简单、体积小,造价低。

Description

本发明提出的感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置,属于高压电气装置。用一套本装置可以代替几个至百余个各自独立的高压脉冲放电回路,特别适用于代替几十个中等或低等能量的独立放电回路。
为了实现各自独立的高压脉冲放电回路的同步放电,国内外历来采用的方式是,每个回路都有一个主间隙(或称主开关,以下同),由一套复杂的同步触发系统分别触发各个主间隙,实现多回路的同步触发导通。例如,电缆贮能二倍压、四倍压等多路触发器,就属于这样的系统。日本电气试验所于60年代用这种方法实现25路独立回路的同步放电。我国核工业部的五八五所于70年代也研制成这种多路触发器系统。这种系统中除有触发脉冲发生器外,还有贮能电缆、触发开关、锐化开关等。它们将单一的触发脉冲升压、整形、转化成多个触发脉冲。由于每个脉冲只能触发一个主间隙,有多少个主间隙,就需要相应数量的触发脉冲。由此组成的多回路同步放电系统,还必须配有一整套复杂的控制系统。
本发明的目的是用一个感应式高压多回路同步触发开关(以下简称感应开关),取代现有技术中各回路中独自的主间隙,直接利用触发脉冲发生器发出的一个脉冲,实现多回路(从数个到百余个回路)的同步导通放电,省去触发脉冲的倍压、整形、转化及相应的控制系统,使装置简化、体积缩小、造价降低。
本发明感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置是这样构成的,由直流高压充电电源对多个并联的放电回路供电,多个并联的放电回路分别接入同一个感应开关的各组输入电极和输出电极。感应开关的结构是这样的:在封闭的金属外壳包围的空间内,有一根或者并列数根被称作触发棒的金属管或金属棒,它们彼此并且与壳体绝缘。一根或者平行的数根触发棒,只有一个引出端,用同轴电缆引出与高压脉冲发生器相联,高压脉冲发生器可以是高压闸流管电路式的或其它形式的。每根触发棒外有绝缘层,绝缘层外再套装多个环形电极,相邻两环形电极之间用绝隙环绝缘,对应于每个环形电极有输入电极和输出电极共同组成一个独立的主间隙,每个主间隙用于导通一个高压放电回路。所有如此构成的多个主间隙并联联结,组成一个多回路同步触发开关系统。各个回路相互之间用高压硅堆作为电隔离,环形电极与输入电极和输出电极之间的间隙可以调节,充放电回路中各元器件之间都用同轴电缆联结。
根据使用的回路放电能量的大小及电压的高低不同,感应开关体积的大小及相邻环形电极之间的距离有所不同。本发明按照每个回路脉冲放电能量的大小,划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型,相应的感应开关也划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种型式。Ⅰ型适用于每个回路30焦耳以下能量;Ⅱ型适用于30焦耳~100焦耳能量;Ⅲ型适用于100焦耳以上能量。
下面以用Ⅰ型感应开关构成的多回路同步触发脉冲放电装置为例,结合附图详细说明本发明的内容。
图1是采用Ⅰ型感应开关组成的感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置的电原理图。用高压电缆从充电电源〔1〕引出电流并联连结到多个隔离硅堆〔2〕,每个硅堆连结着一个储能电容器〔3〕。储能电容器的高压端又与感应开关的高压输入电极〔4〕相连,感应开关的输出电极〔8〕连结到负载〔7〕的一端,负载〔7〕的另一端与电容器〔3〕的接地端连结,组成一个放电回路。其运行原理是:直流充电电源〔1〕输出负高压给储能电容器〔3〕充电,当充到所需电压时,由触发脉冲发生器〔10〕输出一个正脉冲给感应开关〔11〕中的触发棒〔5〕,触发棒〔5〕与环形电极〔6〕绝缘。于是在环形电极〔6〕上产生一个高压感应信号,这个感应信号在环形电极〔6〕与输入电极〔4〕和输出电极〔8〕组成的间隙之间产生火花放电,从而导通高压放电回路,储能电容器〔3〕对负载〔7〕放电。隔离硅堆(或隔离电阻)〔2〕用于保证各个回路分别稳定导通。各元器件间用同轴电缆连结。
感应开关自成一体,图2是它的一种结构型式。在用金属制作的两端封闭的壳体〔9〕中,装有一根或平行的数根金属管或金属棒,称作触发棒〔5〕,触发棒与壳体端部绝缘。壳体〔9〕的左端面装有同轴电缆接头〔12〕,它与触发棒相接。触发棒〔5〕外表面套装一根有机玻璃绝缘管〔16〕,绝缘管〔16〕的两端套装有用以固定位置并与壳体〔9〕绝缘的带裙边绝缘套〔13〕。多个环形电极〔6〕套装在绝缘管〔16〕的外表面。环形电极〔6〕由绝缘环〔15〕相互绝缘并分隔成所需的距离。在壳体〔9〕的两侧与各个环形电极相对应的位置安装两排同轴电缆接头〔14〕,其中一排电缆接头安装高压输入电极〔4〕,另一排同轴电缆接头安装高压输出电极〔8〕。一个环形电极、一个输入电极和一个输出电极组成一个主间隙,位于同一垂直于金属触发棒轴线的平面上。主间隙的间隙距离可以调节。在隔离环〔17〕的端部安装连结环〔18〕,它使套装在触发棒上的一串环形电极位置固定,并且与壳体绝缘连结,使感应开关形成一个整体。壳体〔9〕内充氮气,气压可调。壳体〔9〕的两端面上装有进气阀〔21〕、排气阀〔20〕及气压表〔19〕,它们分别用于对壳体内的充气、排气、调节压力及指示壳体内的气压。
图3是Ⅱ型和Ⅲ型感应开关的结构示意图。它们和Ⅰ型感应开关的差异在于,相邻两个环形电极〔6〕之间,除了在绝缘管〔16〕上装有环形绝缘环〔15〕之外,还加装了隔离板〔24〕,用以隔离相邻的输入电极〔4〕、输出电极〔8〕和环形电极〔6〕,以保持感应开关运行的稳定性。隔离板〔24〕由陶瓷材料制成。
用于同步导通数十至百余个高压脉冲放电回路的感应开关的结构是这样的,图4是这种感应开关垂直于触发棒方向的横剖面图。在图的对称线上并列平行布置多根套装有环形电极〔6〕的触发棒〔5〕,再对应于每个环形电极〔6〕布置输入电极〔4〕和输出电极〔8〕。图中输入电极〔4〕和输出电极〔8〕分别装在环形电极〔6〕的右侧和左侧。开关壳体〔9〕用钢板制成。图中其它编号零件的含义和其它图是一致的,此处不再解释。
本发明装置主要用于多个电容器并联充电后的并联独立放电的场合。它具有三个特点:第一:各个环形电极上出现的感应信号的时间差极其微小,各个主主间隙的同步放电性能好。在负载为水间隙情况下,50个主间隙的导通分散度可以小于1微秒。开关的导通频率可达每秒4次,适于长时间运行。因此本装置具有高精度长时间连结运行的特性。
第二:用一个感应开关取代各自独立的多个主间隙,开关内的间隙在相同状态下同步运行,改善了各个回线的放电特性。而且结构简单紧凑,使用方便,降低了装置的成本。
第三:触发脉冲无需经过转化、整形、升压等过程,无需相应的复杂控制系统,完全省去了一套复杂的多回路同步触发装置。
图1.Ⅰ型感应式高压多回路同步触发脉冲放电装置电原理图。
图2.Ⅰ型感应开关结构示意图。
图3.Ⅱ型、Ⅲ型感应开关部分结构示意图。
图4.实施例二的60路感应开关横剖面结构示意图。
本发明的二个具体实施例如下:例一:参看图1和图2,一个具有20个同步触发脉冲放电回路的实用装置。隔离硅堆〔2〕采用2CL35/0.02型,充电电容器〔3〕采用C804-0.01型30千伏电容。感应开关壳体〔9〕由钢板焊成,开关内只装配一根触发棒〔5〕。触发棒外绝缘套装20个环形电极〔6〕,并于环形电极的左、右侧相应地装配有20个输入电极〔4〕和20个输出电极〔8〕,组成一个能导通20个脉冲放电回路的感应开关。其运行电压为15~20千伏,开关内充纯氮气,气压为1~3公斤/厘米2,可调。
例二:另一种实施例是具有60个同步触发脉冲放电回路的实用装置,参看图1和图4。采用2CL-3.5/0.02型隔离硅堆,C804-0.01型30千伏电容器;开关壳体〔9〕用钢板制成。此例开关采用三根触发棒并列,由一个同轴电缆接头〔12〕引入一个触发脉冲同时传给三根触发棒。每根触发棒外套装20个环形电极,整个感应开关组成60个主间隙,同步导通60个回路。
以上两侧装置输出的脉冲放电电流波形,其上升时间均小于1微秒,60路同步放电的分散性不大于1微秒。每个回路导通的能量,每个脉冲放电可达30焦耳。
如果用已有技术的高压开关,组成具有上述两实施例功能的多回路触发系统,其造价大大高于本发明装置。如美国光电公司出产的GB-87型小开关,每只售价人民币约3000元,国产真空高压开关,每只售价约1000元,在上述两实施例中,分别需要20个和60个开关。经比较,在本发明装置中,仅仅感应开关这一项,就可以节省投资80-90%,如果加上本发明装置无需多路同步触发系统及相应的控制系统而节省的费用,其经济效益就更可观了。

Claims (5)

1.一种包括直流充电电源[1]、充电电容器[3]、负载[7]、触发脉冲发生器[10]的高压多回路同步触发脉冲放电装置,其特征是:(1)用感应式高压多回路同步触发开关[11]使多回路同步触发脉冲放电装置同步导通,该开关是用单一的触发脉冲启动的、由多个输入电极[4]、输出电极[8]及环形电极[6]组成的多个相互独立的主间隙的一个整体。(2)采用高压硅堆[2]、作为各个回路相互之间的电隔离,接在充电电源[1]和各回路充电电容器[3]之间。(3)充放电回路中各元器件之间都用同轴电缆联结。
2.如权利要求1所述的高压多回路同步触发脉冲放电装置,其特征是感应式高压多回路同步触发开关〔11〕是在封闭的金属壳体〔9〕中,有一根或者并列数根引入触发脉冲的金属的触发棒〔5〕,触发棒彼此绝缘,且与壳体两端连接并且绝缘,壳体中每根触发棒外有绝缘层〔16〕,绝缘层外再套装多个环形电极〔6〕,相邻两环形电极之间用绝缘环〔15〕绝缘并且分隔成所需的距离,在垂直于环形电极轴线的平面上,对应于每个环形电极有输入电极〔4〕和输出电极〔8〕,环形电极与输入电极和输出电极之间有一定距离的间隙。
3.如权利要求2所述的高压多回路同步触发脉冲放电装置,其特征是感应式高压多回路同步触发开关的相邻两环形电极〔6〕之间,除了绝缘环〔15〕之外,还有隔离板〔24〕。
4.如权利要求2和3所述的高压多回路同步触发脉冲放电装置,其特征是感应式高压多回路同步触发开关壳体上有压力表〔19〕和阀门〔20〕、〔21〕,壳体内充气,气体的压力可调。
5.如权利要求2和3所述的高压多回路同步触发脉冲放电装置,其特征是感应式高压多回路同步触发开关的输入电极〔4〕和输出电极〔8〕用同轴电缆接头〔14〕固定在开关壳体〔9〕上。
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