CN110933830B - 一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置，包括：地电极、丝爆腔、金属丝、触发电极、绝缘保护件和固定装置。本公开通过金属丝电爆炸能够获取高密度和高电导率的等离子体，能够更好的解决气体开关因距离较大难触发的问题。
Description
技术领域
本公开属于高电压电工电器和脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置。
背景技术
在高电压电工电器和脉冲功率技术领域中，气体开关是最常见的开关类型之一，具有极其广泛的应用。在气体开关工作系数很低的情况下，通过电场畸变触发、紫外预电离触发等常规触发方式难以保证开关可靠触发，等离子体喷射触发是通过在间隙中注入等离子体实现间隙贯穿，可满足气体开关在极低工作系数下的触发导通要求，是极具潜力的触发方式之一。
等离子体喷射触发的关键在于等离子体喷射装置产生的等离子体的高度和电导率。较高的等离子体高度和电导率可以增加触发的可靠性，而常规的微腔火花放电喷射、毛细管放电喷射等方式所产生的等离子体均为气体电离等离子体，其电导率相对较低，且高速喷出的等离子体易受氛围气体的阻力而减速，导致其电导率和喷射高度有限，限制了其触发导通气体开关的能力。
发明内容
针对上述不足，本公开的目的在于提供一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置，通过在狭小的微腔中进行金属丝电爆炸，电爆炸能够产生较高高度和电导率的等离子体从微腔顶部小孔喷出，注入气体间隙，实现气体间隙导通。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置，包括：地电极、丝爆腔和触发电极；其中，
所述丝爆腔位于所述地电极和所述触发电极之间；
所述地电极的表面圆心处设有圆柱凹槽，所述丝爆腔通过该圆柱凹槽与所述地电极固定；
所述丝爆腔内形成圆柱形微腔，所述微腔与设置于圆柱凹槽中心位置的通孔相通；
所述微腔内设有金属丝，所述金属丝的两端分别与所述地电极和所述触发电极连接；
所述触发电极与接地的地电极构成电位差，用于提供能量使所述金属丝发生电爆炸产生等高密度离子体，所述高密度等离子体从所述圆柱凹槽中心位置的通孔喷出。
优选的，所述触发电极外接有正极性脉冲电压。
优选的，所述金属丝的直径为200-500um。
优选的，所述金属丝包括如下任一：铜、铝、银、箔。
优选的，所述丝爆腔由高分子材料制备。
优选的，所述装置还包括绝缘保护件，所述绝缘保护件位于所述地电极与所述触发电极之间并包裹于所述丝爆腔外侧。
优选的，所述装置还包括固定装置，所述固定装置包括绝缘螺母和绝缘拉杆，所述地电极和所述触发电极通过所述螺母分别固定在所述拉杆的两侧。
优选的，所述绝缘螺母和所述绝缘拉杆的制备材料为聚四氟乙烯。
本公开还提供一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射方法，包括如下步骤：
S1：将触发电极外接正极性脉冲电压，将地电极与地电位连接；
S2：金属丝受热液化气化，放电产生高密度等离子体；
S3：所产生的高密度等离子体通过地电极与丝爆腔之间的通孔喷射到装置外部。
优选的，所述金属丝包括如下任一：铜、铝、银、箔。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、使用金属丝电爆炸结构形式代替原火花放电形式，提高等离子体喷射密度，有利于获取更高的喷射等离子体高度和电导率，大幅提高喷射等离子体的触发能力，提高喷射装置稳定性；
2、使用金属丝电爆炸方式可有效降低触发电压，降低装置的烧损程度，延长使用寿命；
3、适用于保护装置，当线路出现故障时，可保证线路可靠且迅速泄流，可靠性高。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供的一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置的结构示意图；
图中标记说明如下：
1-地电极；2-丝爆腔；3-绝缘保护件；4-金属丝；5-触发电极；6-绝缘螺母；7-绝缘拉杆；
图2(a)至图2(b)是本公开另一个实施例提供的地电极与触发电极的结构示意图；
图3是本公开另一个实施例提供的一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射方法流程图。
具体实施方式
下面通过附图1至图3和实施例对本公开的技术方案进行详细说明。
一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置，包括：地电极1、丝爆腔2和触发电极5；其中，所述丝爆腔2位于所述地电极1和所述触发电极5之间；所述地电极1的表面圆心处设有圆柱凹槽，所述丝爆腔2通过该圆柱凹槽与所述地电极1固定，所述丝爆腔2内形成圆柱形微腔，所述微腔与设置于圆柱凹槽中心位置的通孔相通；所述微腔内设有金属丝4，所述金属丝4的两端分别与所述地电极1和所述触发电极5连接，所述触发电极5与接地的地电极1构成电位差，用于提供能量使所述金属丝4发生电爆炸产生高密度等离子体，所述高密度等离子体从所述圆柱凹槽中心位置的通孔喷出。
本实施例中，触发电极5向金属丝4提供强电流，电流通过金属丝4电阻的加热作用会使相当大的能量在金属丝4内迅速积聚，使金属丝4发生相变，继而发生爆炸和闪光，金属丝4电爆炸后在周围介质内产生高密度的等离子体，与现有的使用火花放电不同的是：金属丝4电爆炸可以实现更高的喷射等离子体高度和电导率，从而大幅提高喷射等离子体的触发能力，实现低工作系数下气体间隙触发可靠性的大幅提升。
另一个实施例中，所述触发电极5外接有正极性脉冲电压。
本实施例中，正极性脉冲电压设置为2-4KV，与地电极1构成电位差为金属丝供电，使得金属丝发生电爆炸并产生高浓度和高电导率的等离子体。
另一个实施例中，所述金属丝的直径为200-500um。
另一个实施例中，所述金属丝4包括如下任一：铜、铝、银、箔。
本实施例中，铜、铝、银、箔等金属具有良好的导电性，当通入强电流时，容易产生电爆炸，但是考虑到经济实用性，本实施例优选铝作为进行电爆炸实验的原材料。
另一个实施例中，所述丝爆腔2由高分子材料制备。
本实施例中，丝爆腔2要求具有高度的电绝缘性和耐腐蚀性，一般可选取特种工程塑料(例如聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮)、橡胶(例如聚丁二烯、聚异戊二烯)和纤维制品(例如聚酯纤维、聚酰胺纤维)等，本实施例优选聚酰亚胺作为丝爆腔2的制备材料。
另一个实施例中，所述装置还包括绝缘保护件3，所述绝缘保护件3位于所述地电极1与所述触发电极5之间并包裹于所述丝爆腔2外侧。
本实施例中，所述绝缘保护件3由绝缘材料制成，优选为尼龙，通过减轻金属丝2电爆炸对丝爆腔2产生的冲击影响，形成对丝爆腔2的有效保护。
另一个实施例中，所述装置还包括固定装置，所述固定装置包括绝缘螺母6和绝缘拉杆7，所述地电极1和所述触发电极5通过所述螺母6分别固定在所述拉杆7的两侧。
本实施例中，如图2(a)至图2(b)所示，在地电极1和触发电极6的两侧分别设置有通孔，绝缘拉杆通过通孔与地电极1和触发电极6连接，并利用绝缘螺母进行固定。
另一个实施例中，所述绝缘螺母6和所述绝缘拉杆7的制备材料为聚四氟乙烯。
另一个实施例中，如图3所示，本公开还提供一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射方法，包括如下步骤：
S1：将触发电极外接正极性脉冲电压，将地电极与地电位连接；
S2：金属丝受热液化气化，放电产生高密度等离子体；
S3：所产生的高密度等离子体通过地电极与丝爆腔之间的通孔喷射到装置外部。
与传统的等离子体喷射装置相比，本公开所提出的基于金属丝电爆炸的等离子体喷射装置能更好的解决气体开关因距离较大难触发的问题，能够延缓电极的烧蚀程度，对开关装置有良好的保护效果。
以上实施例只是用于帮助理解本公开的核心思想，不能作为对本公开保护范围的限制；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上所作的任何改变，均视为不脱离本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于微腔金属丝电爆炸的等离子体喷射装置，包括：地电极、丝爆腔和触发电极；其中，
所述丝爆腔位于所述地电极和所述触发电极之间；
所述地电极的表面圆心处设有圆柱凹槽，所述丝爆腔通过该圆柱凹槽与所述地电极固定；
所述丝爆腔内形成圆柱形微腔，所述微腔与设置于圆柱凹槽中心位置的通孔相通；
所述微腔内设有金属丝，所述金属丝的两端分别与所述地电极和所述触发电极连接；
所述触发电极与接地的地电极构成电位差，用于提供能量使所述金属丝发生电爆炸产生高密度等离子体，所述高密度等离子体从所述圆柱凹槽中心位置的通孔喷出。
2.根据权利要求1所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述触发电极外接有正极性脉冲电压。
3.根据权利要求1所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述金属丝的直径为200-500um。
4.根据权利要求1所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述金属丝包括如下任一：铜、铝、银、箔。
5.根据权利要求1所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述丝爆腔由高分子材料制备。
6.根据权利要求1所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述等离子体喷射装置还包括绝缘保护件，所述绝缘保护件位于所述地电极与所述触发电极之间并包裹于所述丝爆腔外侧。
7.根据权利要求1所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述等离子体喷射装置还包括固定装置，所述固定装置包括绝缘螺母和绝缘拉杆，所述地电极和所述触发电极通过所述螺母分别固定在所述拉杆的两侧。
8.根据权利要求7所述的等离子体喷射装置，其特征在于，所述绝缘螺母和所述绝缘拉杆的制备材料为聚四氟乙烯。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述等离子体喷射装置进行等离子体喷射的方法，包括如下步骤：
S1：将触发电极外接正极性脉冲电压，将地电极与地电位连接；
S2：金属丝受热液化气化，放电产生高密度等离子体；
S3：所产生的高密度等离子体通过地电极与丝爆腔之间的通孔喷射到装置外部。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属丝包括如下任一：铜、铝、银、箔。
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