CN103682987A - 一种基于激光触发的空气间隙 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于激光触发的空气间隙，包括高压侧法兰、高压电极、有机玻璃筒、低压侧法兰、低压电极和连接件；所述高压侧法兰和低压侧法兰固定在所述有机玻璃筒的两端，所述高压电极和低压电极均通过连接件固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。本发明提供的基于激光触发的空气间隙，有利于比较激光在不同方向射入后的触发空气间隙放电的效果，高压电极和低压电极之间距离可调节，可以根据不同的需求调节间隙距离；利用本发明提供的空气间隙，除了可开展激光触发空气电离产生等离子体促使空气间隙放电试验外，还可以开展激光触发金属电极表面发射等离子体促使空气间隙放电试验。

Description

一种基于激光触发的空气间隙

技术领域

本发明涉及一种空气间隙，具体讲涉及一种基于激光触发的空气间隙。

背景技术

激光触发气体间隙放电主要应用于脉冲功率技术领率，用于降低开关抖动、减小触发时延等。在电力系统中，放电间隙应用较为广泛，其中一个重要的应用即交流输电线路串联补偿装置中的火花间隙。控制触发型火花间隙在串补工程中已经得到广泛应用，并已应用到特高压串补工程中。申请号为201210080656.X的发明专利公开了一种火花间隙，该火花间隙包括自放电型主间隙G和间隙触发系统，自放电型主间隙G包括间隙外壳、闪络间隙G1、G2和续流间隙GX，闪络间隙G1、G2串联后与续流间隙GX并联；该火花间隙两端分别与高压端和低压端连接，间隙触发系统与连接在低压端的闪络间隙G1并联。

火花间隙是国内外串补装置中的主要保护设备，为串补电容器组和限压器提供主保护，虽然不同公司提供的火花间隙工作原理有所不同，但是基本上都属于控制触发型火花间隙。把激光触发气体间隙放电应用到串补火花间隙中，可以更好的控制间隙放电，并大幅提高串补间隙的工作可靠性。

发明内容

为了进一步提升间隙的可靠性，本发明提供一种基于激光触发的空气间隙，有利于比较激光在不同方向射入后的触发空气间隙放电的效果，高压电极和低压电极之间距离可调节，可以根据不同的需求调节间隙距离；利用本发明提供的空气间隙，除了可开展激光触发空气电离产生等离子体促使空气间隙放电试验外，还可以开展激光触发金属电极表面发射等离子体促使空气间隙放电试验。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于激光触发的空气间隙，所述空气间隙包括高压侧法兰、高压电极、有机玻璃筒、低压侧法兰、低压电极和连接件；所述高压侧法兰和低压侧法兰固定在所述有机玻璃筒的两端，所述高压电极和低压电极均通过连接件固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

所述有机玻璃筒外侧设有绝缘杆，所述绝缘杆两端分别固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

所述有机玻璃筒上均匀设有四个孔洞，所述孔洞包括两个圆孔洞和两个椭圆孔洞；所述圆孔洞用于通过激光，所述椭圆孔洞用于观察高压电极的放电。

所述连接件包括第一连接件和第二连接件，所述高压电极和低压电极分别通过第一连接件和第二连接件固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

所述第二连接件采用不同长度的连接件，使得高压电极和低压电极之间的距离可调。

所述第一连接件和第二连接件分别通过螺栓固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

所述高压侧法兰接高电压，所述低压侧法兰接地。

所述低压侧法兰、第二连接件和低压电极中均预留激光光路。

所述高压侧法兰、低压侧法兰、第一连接件和第二连接件均采用金属材料制成，所述高压电极和低压电极采用铜质材料制成。

所述金属材料为铝质材料、铜质材料或合金材料制成；所述合金材料为碳钢或不锈钢；

所述碳钢采用碳含量为0.12～0.20%、硅含量为≤0.30%、锰含量为0.30～0.70%、硫含量为≤0.045%、磷含量为≤0.045%、其余为铁的合金制备，所述的百分数为重量百分数；

所述不锈钢采用碳含量为0.075%、硅含量为0.94%、锰含量为0.97%、磷含量为0.035%、硫含量为0.025%、铬含量为14.0%、余量为铁的合金制备，所述的百分数为重量百分数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.该空气间隙用于可靠触发间隙放电，并可以在同一套装置上进行多项试验；

2.有利于比较激光在不同方向射入后的触发空气间隙放电的效果；

3.高压电极和低压电极之间距离可调节，可以根据不同的需求调节间隙距离；

4.利用该间隙，除了可开展激光触发空气电离产生等离子体促使空气间隙放电试验外，还可以开展激光触发金属电极表面发射等离子体促使空气间隙放电试验；

5.为激光触发间隙的研究以及工程应用奠定了基础。

附图说明

图1是基于激光触发的空气间隙的结构图；

图2是基于激光触发的空气间隙的三维图；

其中，1-高压侧法兰，2-绝缘杆，3-第一连接件，4-有机玻璃筒，5-低压侧法兰，6-第二连接件，7-低压电极，8-高压电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2，本发明提供一种基于激光触发的空气间隙，所述空气间隙包括高压侧法兰1、高压电极8、有机玻璃筒4、低压侧法兰5、低压电极7和连接件；所述高压侧法兰1和低压侧法兰5固定在所述有机玻璃筒4的两端，空气间隙中高压电极和低压电极之间的电场属于稍不均匀场，所述高压电极8和低压电极7均通过连接件固定在所述高压侧法兰1和低压侧法兰5上。

所述有机玻璃筒4外侧设有绝缘杆2和所述绝缘杆2两端分别固定在所述高压侧法兰1和低压侧法兰5上。

为了保证不同方向的激光光路畅通以及便于对激光触发空气间隙放电过程的测试，所述有机玻璃筒4上均匀设有四个孔洞，所述孔洞包括两个圆孔洞和两个椭圆孔洞；所述圆孔洞用于通过激光，所述椭圆孔洞用于观察高压电极8的放电。有机玻璃筒保证间隙电极中心的一致性，确保间隙电极之间的电场与理论设计的电场保持一致。

在有机玻璃筒的长度一定的条件下，通过调整电极与法兰之间的连接件的尺寸，可以调整间隙的距离，从而开展不同间隙距离下的激光触发空气间隙放电试验。间隙高压侧电极与高压侧法兰组成间隙的高压端，高电压施加在该端。间隙低压侧电极通过连接件与低压侧固定法兰组成间隙的低压端，该端接地。

所述连接件包括第一连接件3和第二连接件6，所述高压电极8和低压电极7分别通过第一连接件3和第二连接件6固定在所述高压侧法兰1和低压侧法兰5上。

所述第二连接件6采用不同长度的连接件，使得高压电极8和低压电极7之间的距离可调。

所述第一连接件3和第二连接件6分别通过螺栓固定在所述高压侧法兰1和低压侧法兰5上。

所述高压侧法兰1接高电压，所述低压侧法兰5接地。

所述低压侧法兰5、第二连接件6和低压电极7中均预留激光光路。

本放电间隙可以进行多种基于激光触发的空气放电试验：

1）激光从侧面进入沿两电极径向触发

在进行试验前，沿电极径向调整激光聚焦点并确认聚焦点在间隙两电极中心连线的某处。调整好激光聚焦点位置后，在间隙电极上施加规定的高电压，触发激光对其聚焦点处的空气电离产生等离子体，该等离子体畸化两电极之间的电场，从而导致间隙放电。

2）激光从低压端电极中心孔进入沿两电极轴向触发；

在进行试验前，调整激光从低压端电极的中心孔进入两电极之间并在某处聚焦。调整好激光聚焦点位置后，在间隙电极上施加规定的高电压，触发激光对其聚焦点处的空气电离产生等离子体，该等离子体畸化两电极之间的电场，从而导致间隙放电。

3）激光沿低压端电极中心孔直接聚焦到高压端电极表面触发。

在进行试验前，调整激光从低压端电极的中心孔进入两电极之间并在高压端电极表面聚焦。调整好激光聚焦点位置后，在间隙电极上施加规定的高电压，触发激光对其聚焦点处的金属电离产生等离子体，该等离子体畸化两电极之间的电场，从而导致间隙放电。

4）改变空气的状态进行激光触发间隙放电试验。

改变空气的状态如空气湿度、温度等，研究激光触发空气间隙的放电情况。

所述高压侧法兰1、低压侧法兰5、第一连接件3和第二连接件6均采用金属材料制成，所述高压电极8和低压电极7采用铜质材料制成。

所述金属材料为铝质材料、铜质材料或合金材料制成；所述合金材料为碳钢或不锈钢；

所述碳钢采用碳含量为0.12～0.20%、硅含量为≤0.30%、锰含量为0.30～0.70%、硫含量为≤0.045%、磷含量为≤0.045%、其余为铁的合金制备，所述的百分数为重量百分数；

所述不锈钢采用碳含量为0.075%、硅含量为0.94%、锰含量为0.97%、磷含量为0.035%、硫含量为0.025%、铬含量为14.0%、余量为铁的合金制备，所述的百分数为重量百分数。

本发明提供的空气间隙中，激光可从径向进入电极之间的间隙使空气电离产生等离子体从而触发空气间隙放电；激光可从低压电极中心孔沿电极轴向进入电极之间的间隙使空气电离产生等离子体从而触发空气间隙放电；激光可从低压电极中心孔进入聚焦到高压电极表面产生等离子体触发空气间隙放电；采用激光触发后，该空气间隙的可靠触发电压低于50%的间隙自放电电压。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述空气间隙包括高压侧法兰、高压电极、有机玻璃筒、低压侧法兰、低压电极和连接件；所述高压侧法兰和低压侧法兰固定在所述有机玻璃筒的两端，所述高压电极和低压电极均通过连接件固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

2.根据权利要求1所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述有机玻璃筒外侧设有绝缘杆，所述绝缘杆两端分别固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

3.根据权利要求2所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述有机玻璃筒上均匀设有四个孔洞，所述孔洞包括两个圆孔洞和两个椭圆孔洞；所述圆孔洞用于通过激光，所述椭圆孔洞用于观察高压电极的放电。

4.根据权利要求1所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述连接件包括第一连接件和第二连接件，所述高压电极和低压电极分别通过第一连接件和第二连接件固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

5.根据权利要求4所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述第二连接件采用不同长度的连接件，使得高压电极和低压电极之间的距离可调。

6.根据权利要求4所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述第一连接件和第二连接件分别通过螺栓固定在所述高压侧法兰和低压侧法兰上。

7.根据权利要求1所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述高压侧法兰接高电压，所述低压侧法兰接地。

8.根据权利要求4所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述低压侧法兰、第二连接件和低压电极中均预留激光光路。

9.根据权利要求4所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述高压侧法兰、低压侧法兰、第一连接件和第二连接件均采用金属材料制成，所述高压电极和低压电极采用铜质材料制成。

10.根据权利要求9所述的基于激光触发的空气间隙，其特征在于：所述金属材料为铝质材料、铜质材料或合金材料制成；所述合金材料为碳钢或不锈钢；

所述碳钢采用碳含量为0.12～0.20%、硅含量为≤0.30%、锰含量为0.30～0.70%、硫含量为≤0.045%、磷含量为≤0.045%、其余为铁的合金制备，所述的百分数为重量百分数；

所述不锈钢采用碳含量为0.075%、硅含量为0.94%、锰含量为0.97%、磷含量为0.035%、硫含量为0.025%、铬含量为14.0%、余量为铁的合金制备，所述的百分数为重量百分数。

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