CN108847323B - 一种用于均压的高压固体电阻及多间隙串联气体开关电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于均压的高压固体电阻及多间隙串联气体开关电极，其中的高压固体电阻包括绝缘筒、均压电阻线、上端面电极、下端面电极及多个连接端子；绝缘筒的内壁沿轴向均匀设置有多个通孔，多个通孔呈螺旋排布，多个连接端子一一对应设置在多个通孔处，连接端子的一端位于绝缘筒内，连接端子的另一端位于绝缘筒外。本发明的多间隙串联气体开关电极，将高压固体电阻与多间隙气体开关支撑结构一体化设计，以绝缘筒做为中间电极的支撑件，绝缘筒内可布放中间电极，绝缘筒外覆均压电阻线，通过绝缘筒上的开孔实现中间电极与均压电阻线的电气连接。本发明解决了现有多间隙串联气体开关在开关间隙均压时，使用多个分立元件所存在的诸多问题。

Description

一种用于均压的高压固体电阻及多间隙串联气体开关电极

技术领域

本发明涉及一种用于均压的高压固体电阻及多间隙串联气体开关电极。

背景技术

气体火花开关是脉冲功率装置的核心器件，其性能直接决定装置的输出特性。作为新型脉冲功率源，快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)广泛采用一种直流多间隙串联气体开关。多个气体间隙串联有利于实现在较低的电场不均匀系数和较小的开关尺寸下获得较高的工作电压，为了降低开关自击穿放电概率，提高开关的稳定性，设计中应使多间隙开关在直流充电耐压过程中各间隙电压均匀分配。

较为常用的均压措施主要有电晕放电均压和电阻均压两种。

俄罗斯强流电子学所Kim等人提出了一种利用电晕放电实现间隙均压的技术。国内西北核技术研究所、中国工程物理研究院等单位也开展了该技术的研究。电晕均压的原理是在开关间隙之间并联针状放电间隙，开关在直流充电过程中，针状间隙通过电晕放电形成稳定的电晕电流，使电压在各个间隙之间均匀分布，从而起到提高开关自击穿性能的作用。电晕均压技术结构简单，均压效果良好。但电晕均压开关间隙放电的非线性伏安特性、电晕放电产生的紫外照射和自由带电粒子以及电晕针的形状等对开关击穿特性均有较大的影响，要实现稳定的电晕放电难度较大。在实际应用中电晕针烧蚀、多个电晕间隙结构不一致等因素限制了该开关的大量长期运用。

电阻均压的方法工作原理简单，在各间隙并联电阻，只要各电阻阻值一致，就可实现稳定的均压效果。西北核技术研究所孙铁平等人的研究结果表明，电阻均压效果比电晕放电均压效果稍好。但是目前均压电阻为多个分立元件连接在多间隙串联气体开关的外部，需要增加多个引出端子和密封环节，使开关加工、装配过程更加复杂，故障率增加；而且引出端子裸露在外，容易与其他导体发生击穿，对开关在FLTD系统中的安装造成不利影响。

发明内容

为了解决上述现有多间隙串联气体开关在采用电阻均压时，均压电阻为多个分立元件连接在多间隙串联气体开关的外部所存在的诸多问题，本发明提供一种用于均压的高压固体电阻及多间隙串联气体开关电极。

本发明的技术解决方案如下：

本发明一种用于均压的高压固体电阻，其特殊之处在于：

包括绝缘筒1、均压电阻线2、上端面电极3、下端面电极4及多个连接端子5；

绝缘筒1沿轴向均匀设置有多个通孔，多个通孔呈螺旋排布，多个连接端子5一一对应设置在多个通孔处，连接端子5的一端位于绝缘筒1内，连接端子5的另一端位于绝缘筒1外；

上端面电极3与下端面电极4分别位于绝缘筒1的上下两端；

所述均压电阻线2螺旋设置在绝缘筒1的外侧，均压电阻线2的上端与上端面电极3电连接，均压电阻线2的下端与下端面电极4电连接，所述均压电阻线2的中间部位与多个连接端子5位于绝缘筒1外的一端电连接，形成多个阻值相等的电阻线段。

进一步地，为避免各段电阻值的差别，所述均压电阻线2是通过电阻浆料涂覆或者印刷于绝缘筒1外，高温烧结而成的。

进一步地，所述绝缘筒1上下两个端面镀金属层作为上端面电极3和下端面电极4。

进一步地，所述通孔的中心线指向绝缘筒1的中轴线，所述连接端子5是由通孔内壁镀金属层所形成的，该金属层延伸至绝缘筒1的内外壁。

进一步地，所述电阻线段呈波浪形状，波浪中间大、两端小。

本发明所提供的一种多间隙串联气体开关电极，包括上高压电极6、下高压电极7及多个中间电极8；其特殊之处在于：

还包括高压固体电阻，所述高压固体电阻包括绝缘筒1、均压电阻线2、上端面电极3、下端面电极4及多个连接端子5；

绝缘筒1沿轴向均匀设置有多个通孔，多个通孔呈螺旋排布且与多个中间电极8一一对应，多个连接端子5一一对应设置在多个通孔处，每个连接端子5的一端位于绝缘筒1内，每个连接端子5的另一端位于绝缘筒1外；

上端面电极3和下端面电极4分别位于绝缘筒1的上下两端；

均压电阻线2螺旋环绕在绝缘筒1的外侧，均压电阻线2的下端与下端面电极4连接，均压电阻线2的上端与上端面电极3连接，均压电阻线2的中部与多个连接端子5位于绝缘筒1外的一端连接，上端面电极3、下端面电极4及多个连接端子5将均压电阻线2分成多个阻值相等的电阻线段；

多个中间电极8沿轴向均匀设置在绝缘筒1内，且一一对应与多个连接端子5位于绝缘筒1内的一端电连接；

上高压电极6设置在上端面电极3的上方且与上端面电极3电连接，下高压电极7设置在下端面电极4的下方且与下端面电极4电连接，上高压电极6、下高压电极7及多个中间电极8之间形成多个等间距电极间隙。

进一步地，所述均压电阻线2是通过电阻浆料涂覆或者印刷于绝缘筒1外，高温烧结而成的；

同时，为便于与高压电极连接，所述绝缘筒1上下两个端面镀金属层作为上端面电极3和下端面电极4。

进一步地，为了提高开关电极的紧凑型及可靠性，所述通孔的中心线指向绝缘筒1的中轴线，所述连接端子5是由通孔内壁镀金属层所形成的，该金属层延伸至绝缘筒1的内外壁。

进一步地，所述中间电极8为环形电极或柱状电极。

进一步地，为了对中间电极进行定位，并实现与均压电阻线2的连接，所述绝缘筒1的内壁沿轴向均匀设置有多个V型环形槽，多个通孔对应开设在多个V型环形槽处；

每个中间电极8的侧壁设置有波珠螺丝9，多个中间电极8依靠各自的波珠螺丝9对应安装于多个V型环形槽处，并通过一个波珠螺丝9对应与连接端子5位于绝缘筒1内的一端电连接。

本发明与现有技术相比，优点是：

本发明的高压固体电阻，可方便与开关电极配合，并位于开关内与开关形成一个整体，解决了多个分立电阻位于开关外所造成的诸多问题，且耐压高、体积小、结构紧凑、电极安装方式简单，能有效提高多间隙气体开关的稳定性，对推动多间隙串联气体火花开关的大规模应用、提高直线变压器驱动源可靠性具有重要价值，具体体现在：

1、高压固体电阻与电极支撑结构一体化设计，该高压固体电阻置于开关腔体内部，随着气体压力的增加，电阻的沿面放电特性随之增加，体积小，绝缘余量高。

2、均压电阻线与放电间隙由绝缘筒隔离，避免了放电产生的紫外光等对电阻的直接照射和电极烧蚀对电阻的溅射污染，利于电阻寿命的增加。

3、结构紧凑，电极安装方式简单。

附图说明

图1是本发明实施例用于六间隙气体开关的高压固体电阻示意图。

图2是本发明实施例一段电阻的平面展开示意图。

图3是本发明实施例多间隙串联气体开关电极的安装结构图。

其中附图标记为：1-绝缘筒，2-均压电阻线，3-上端面电极，4-下端面电极，5-连接端子，6-上高压电极，7-下高压电极，8-中间电极，9-波珠螺丝。

具体实施方式

以下对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的高压固体电阻主要包含绝缘筒1、均压电阻线2、上端面电极3、下端面电极4和连接端子5等。绝缘筒1采用氧化铝陶瓷材料。绝缘筒1外壁覆有均压电阻线2。均压电阻线2是通过由贵金属银、钯、钌、铑等金属氧化物和玻璃釉黏合剂组成的电阻浆料涂覆或者印刷于陶瓷绝缘筒1外表面，并高温烧结而成的。

绝缘筒1上下两个端面镀银电极作为均压电阻线2的上端面电极3和下端面电极4。每个通孔均镀有一层银电极，银电极延伸至绝缘筒1的内外壁，作为均压电阻线2的连接端子5。每个开关电极的支撑柱顶在对应的连接端子5上，实现电极与电阻的电气连接。

均压电阻线2的两端分别与绝缘筒1的上端面电极3和下端面电极4相连接。均压电阻线2在绝缘筒1的外表面呈螺旋环绕的形状，并经过各个连接端子5。由此将均压电阻线2均匀分成若干段电阻。

图2为其中一段电阻的平面展开图，电阻为两头小中间大的波浪形状，可增加电阻的沿面距离，增大电阻的耐压能力。

本发明高压固体电阻，均压电阻线为一次烧结成型，每段电阻烧结条件相同，能避免各段电阻值的差别。

如图3所示，本发明的多间隙串联气体开关电极，将高压固体电阻与多间隙气体开关支撑结构一体化设计，以绝缘筒1做为中间电极8的支撑件，绝缘筒1内可布放中间电极8，绝缘筒1外覆均压电阻线2，通过绝缘筒1上的开孔实现中间电极8与均压电阻线2的电气连接。

绝缘筒1内壁沿轴线方向刻有“V”型环形槽，环形槽沿绝缘筒1中轴线等距离均匀分布，开槽数量与中间电极8数量一致。中间电极8为环形，电极侧壁均匀开有三个孔。将波珠螺丝9嵌入电极小孔后，顶在绝缘筒1的环形凹槽内。其中一个螺钉顶在电阻连接端子5的银电极上，作为电极导线。由于环形槽的层与层之间通孔错开180度，各个中间电极8顶在绝缘筒1的接头错开60度，提高了沿面绝缘强度。上高压电极6、下高压电极7分别压接在绝缘筒1的上端面电极3和下端面电极4上以保证电接触。当高压加在两个高压电极时，各个电极上的电压受到绝缘筒1外的均压电阻线2的作用均匀分配。

下面以一种用于六个间隙的气体开关的高压固体电阻及开关电极为例，对本发明做进一步说明。

由于开关包含六个间隙，高压固体电阻的绝缘筒1内壁的环形槽为5个，且为了保证各个间隙距离相等，环形槽沿绝缘筒1中轴线等距分布。绝缘筒1开有5个通孔，通孔内部镀有银电极分别作为电阻的连接端子5。绝缘筒1上下两个端面镀银电极作为均压电阻线2的上端面电极3和下端面电极4。均压电阻线2在绝缘筒1的外表面呈螺旋分布，并经过5个连接端子5，将均压电阻线2均匀分成6段电阻，各段电阻阻值相同。

一个能够耐受200kV的六间隙串联气体开关电极，绝缘筒1的外径为70mm，内径60mm，高度132mm。环形槽与环形槽之间相距21mm。通孔直径4mm。层与层之间通孔错开180度。均压电阻线2总阻值为6G欧姆，两个连接端子5之间电阻为1G欧姆。中间电极8直径为50mm，高18mm。每一层中间电极8均有金属螺钉顶在连接端子5上以实现电极与电阻的电连接。均压电阻线2两端分别压接上高压电极6和下高压电极7，由此各个电极形成6个3mm的间隙。将安装好的开关电极置于密封腔体内，当气压达到0.4MPa以上时，上高压电极6施加100kV电压，下高压电极7施加-100kV电压，则各个间隙所耐受的电压均为33.3kV，无自放电发生。

本实施例已经对发明内容给出了充分的说明，普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。实施例所给出的六间隙串联气体开关电极只是高压固体电阻在气体开关中的应用一种典型方式，该电阻的应用包含但不限于六间隙直流气体开关，还可以用于其他包含多个间隙的气体开关以及高压脉冲气体开关等场合。

Claims (10)

1.一种用于均压的高压固体电阻，其特征在于：

包括绝缘筒(1)、均压电阻线(2)、上端面电极(3)、下端面电极(4)及多个连接端子(5)；

绝缘筒(1)沿轴向均匀设置有多个通孔，多个通孔呈螺旋排布，多个连接端子(5)一一对应设置在多个通孔处，连接端子(5)的一端位于绝缘筒(1)内，连接端子(5)的另一端位于绝缘筒(1)外；

上端面电极(3)与下端面电极(4)分别位于绝缘筒(1)的上下两端；

所述均压电阻线(2)螺旋设置在绝缘筒(1)的外侧，均压电阻线(2)的上端与上端面电极(3)电连接，均压电阻线(2)的下端与下端面电极(4)电连接，所述均压电阻线(2)的中间部位与多个连接端子(5)位于绝缘筒(1)外的一端电连接，形成多个阻值相等的电阻线段。

2.根据权利要求1所述的用于均压的高压固体电阻，其特征在于：

所述均压电阻线(2)是通过电阻浆料涂覆或者印刷于绝缘筒(1)外，高温烧结而成的。

3.根据权利要求2所述的用于均压的高压固体电阻，其特征在于：

所述绝缘筒(1)上下两个端面镀金属层作为上端面电极(3)和下端面电极(4)。

4.根据权利要求3所述的用于均压的高压固体电阻，其特征在于：

所述通孔的中心线指向绝缘筒(1)的中轴线，所述连接端子(5)是由通孔内壁镀金属层所形成的，该金属层延伸至绝缘筒(1)的内外壁。

5.根据权利要求1至4任一所述的用于均压的高压固体电阻，其特征在于：

所述电阻线段呈波浪形状。

6.一种多间隙串联气体开关电极，包括上高压电极(6)、下高压电极(7)及多个中间电极(8)；其特征在于：

还包括高压固体电阻，所述高压固体电阻包括绝缘筒(1)、均压电阻线(2)、上端面电极(3)、下端面电极(4)及多个连接端子(5)；

绝缘筒(1)沿轴向均匀设置有多个通孔，多个通孔呈螺旋排布且与多个中间电极(8)一一对应，多个连接端子(5)一一对应设置在多个通孔处，每个连接端子(5)的一端位于绝缘筒(1)内，每个连接端子(5)的另一端位于绝缘筒(1)外；

上端面电极(3)和下端面电极(4)分别位于绝缘筒(1)的上下两端；

均压电阻线(2)螺旋环绕在绝缘筒(1)的外侧，均压电阻线(2)的下端与下端面电极(4)连接，均压电阻线(2)的上端与上端面电极(3)连接，均压电阻线(2)的中部与多个连接端子(5)位于绝缘筒(1)外的一端连接，上端面电极(3)、下端面电极(4)及多个连接端子(5)将均压电阻线(2)分成多个阻值相等的电阻线段；

多个中间电极(8)沿轴向均匀设置在绝缘筒(1)内，且一一对应与多个连接端子(5)位于绝缘筒(1)内的一端电连接；

上高压电极(6)设置在上端面电极(3)的上方且与上端面电极(3)电连接，下高压电极(7)设置在下端面电极(4)的下方且与下端面电极(4)电连接，上高压电极(6)、下高压电极(7)及多个中间电极(8)之间形成多个等间距电极间隙。

7.根据权利要求6所述的多间隙串联气体开关电极，其特征在于：

所述均压电阻线(2)是通过电阻浆料涂覆或者印刷于绝缘筒(1)外，高温烧结而成的；

所述绝缘筒(1)上下两个端面镀金属层作为上端面电极(3)和下端面电极(4)。

8.根据权利要求7所述的多间隙串联气体开关电极，其特征在于：

所述中间电极(8)为环形电极或柱状电极。

9.根据权利要求6-8任一所述的多间隙串联气体开关电极，其特征在于：

所述通孔的中心线指向绝缘筒(1)的中轴线，所述连接端子(5)是由通孔内壁镀金属层所形成的，该金属层延伸至绝缘筒(1)的内外壁。

10.根据权利要求9所述的多间隙串联气体开关电极，其特征在于：

所述绝缘筒(1)的内壁沿轴向均匀设置有多个V型环形槽，多个通孔对应开设在多个V型环形槽处；

每个中间电极(8)的侧壁设置有波珠螺丝(9)，多个中间电极(8)依靠各自的波珠螺丝(9)对应安装于多个V型环形槽处，并通过一个波珠螺丝(9)对应与连接端子(5)位于绝缘筒(1)内的一端电连接。