CN1799172A - 火花隙装置、尤其是高压火花隙装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火花隙，包括两个放电电极(2；3)，每个放电电极具有被称作主动部分的细长导电部分(10；5)，主动部分具有连接到连接器(11；7)上的纵向连接端部(15，17；28)。电极的布置方式为当电弧放电时，该电弧在主动部分之间放电，并且因此吸出的电流感应出磁场，该磁场使电弧沿着所述主动部分移动，且优选以限制侵蚀的高速度移动。至少一个放电电极此外具有至少一个被称作被动部分的另一个导电部分(9，16；6)，所述导电部分电连接到连接器和/或主动部分上并且具有设计成在火花隙的常规操作条件下可以防止电弧的所有不当自发放电的形状。

Description

火花隙装置、尤其是高压火花隙装置

技术领域

本发明涉及火花隙，并且该火花隙在允许大量电荷被转移的情形下尤其有利。

背景技术

火花隙是电路闭合开关型装置，包括相距特定距离的两个电极，这两个电极被称为放电电极，它们由电介质(气体、蒸汽、真空等)隔离开，当电极之间的电位差高于阈值时，电弧在两个电极之间放电。在高压火花隙中，该阈值大于几千伏，并且火花隙的工作电压(施加到火花隙上的电极，即其电极之间的电位差)可以多达1兆伏。这种火花隙可以传递的电荷量从几百毫库仑到几百库仑之间，这对应于穿过火花隙的1千安培和1兆安培之间的电流。

这种高压火花隙，在与电流发生器且尤其是在与能够累积上述数量电荷的电容器结合时，尤其用于在高压下连续地向用于材料测试器供电，或者用于被称为负载的任意其它装置。在其中电容器放电并且最初存储在电容器中的电荷经由火花隙传递至负载的每个操作均被称作点火。

在已知的火花隙中，一种更有效的火花隙是由Titan公司出售的气体火花隙并且该火花隙被命名为“RAG-TITAN”。该火花隙包括两个中空的轴对称圆柱形放电电极，每个放电电极均具有大约8厘米的内部半径、大约10厘米的外部半径和大约20厘米的长度。两个圆柱形电极“端到端”地排列，即它们的对称轴向重合，并且它们具有被称作闭合端部的轴端，端部相距大约8毫米的距离并且沿着轴向方向(对称轴线的方向)彼此面对。电弧正是在其面对的环状端面大体上为平面(在横向平面中)的这些轴向闭合端部之间放电。被称作连接端部的电极的相对的轴端均连接到连接器上以将火花隙集成到电路中。特别地，连接器之一可以用于连接电流发生器(电容器)并且另一个连接器可以用于连接负载。

点火是由被称作触发器电极的第三电极触发的，触发器电极在两个放电电极之间启动电弧的放电。在点火期间，从电流发生器传递到它所连接的放电电极的电荷从电极的连接端部部沿着轴向方向向其闭合端部传送，并且由在电极的闭合端部中配设的倾斜槽偏转，从而沿具有切向分量的方向(在横向平面中沿着电极的圆形周边)移动。电荷然后沿轴向方向跨过电极之间的空间，轴向电弧放电，然后在另一个放电电极的闭合端部通过倾斜槽(沿相反的方向倾斜)再次沿切向偏转，从而在随后大约沿轴向朝电极的连接端部部传送。

电荷在放电电极闭合端部中的该切向运动会感应出径向磁场，该磁场会沿着所述闭合端部的环形面成圆形地移动电弧。取决所传送电荷的数量，电弧可以执行几圈(通常两圈)。现已发现，(通常具有两圈的)电弧在第二圈中的速度大于在第一圈中的速度，虽然电流强度较低。

不管该运动如何，在传导的电荷大于140库仑时，电弧会通过侵蚀迅速地导致电极的闭合端部出现相当大的损耗，这就需要闭合端部由特殊的铜钨合金制造。该合金非常昂贵，因此增加了火花隙的成本。而正是以此为代价，“RAG-TITAN”火花隙现在才可以宣称能够达到18000次点火的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种具有类似或超过已知火花隙的性能特性的简单而便宜的火花隙来减少这些缺陷。

特别地，本发明的目的是提供一种高压火花隙，该高压火花隙可以在类似或大于“RAG-TITAN”火花隙的正常工作电压的电压下操作，能够开关类似或大于由“RAG-TITAN”火花隙所开关电流的强度的电流，具有与“RAG-TITAN”火花隙类似或更长的寿命，可以达到可以忽略的不希望的触发/故障率，并且同已知的火花隙(尤其是比“RAG-TITAN”火花隙)相比可以降低生产成本。

本发明的主题是一种火花隙，包括：

-两个刚性的放电电极，固定地安装在彼此相距特定距离处，

-至少两个连接器，每个电极均连接到连接器之一上以将所述电极连接到包括电流发生器的电路中，

并且在火花隙中：

-每个放电电极均具有被称作主动部分的细长的导电部，该导电部具有连接到连接器上的被称作纵向连接端部部的纵向端部和被称作下游端部的相对的纵向端部；

-放电电极的主动部分设计成当电弧放电时：

*该电弧在电极的主动部分之间放电，

*当电弧有意地启动时，该电弧在被称作电弧触发区域的区域中的电极的主动部分之间放电

*在放电电极中引出的电流在所述电极之间感应出磁场，该磁场使电弧沿着所述主动部分移动；以及

一至少一个放电电极，放电电极具有至少一个被称作被动部分的另一个导电部分，该导电部分电连接到连接器和/或主动部分上并且具有设计成在火花隙的常规操作条件下可以防止电弧的不当的自发放电的形状。

应当指出，术语“细长”用来限定依照本发明的放电电极的主动部分，意味着所述主动部分主要沿着被称作准线的直线延伸。换句话说，它具有沿着该准线的被称作长度的尺寸，该尺寸大于其它的尺寸。所述准线可以是直的或弯曲的。此外，在某点处的主动部分的术语“横向方向”表示在此时与主动部分的准线正交的方向(即，与同所述准线相切的方向正交)；并且在某点处的“横向平面”理解为在此时与主动部分的准线正交。同样，主动部分在某点处的剖面图是所述部分在穿过该点的横向平面中的剖面图。

依照本发明，火花隙的每个放电电极因此包括细长的主动部分。通过它们的形状和它们的相对配置，两个电极的主动部分就设计成，当电被引出时，电流就流动并且在它们之间感应出沿着所述部分移动电弧的磁场。主动部分配设有细长的电弧运动表面，该表面有利地不包含槽。

此外，至少一个依照本发明的放电电极还包括至少一个被动部分，被动部分特别提供用来防止火花隙在火花隙的常规操作条件下的自发和不当的闭合，该部分的形状和配置设计成实现该功能。特别地，每个被动部分设计和布置成降低电场在两个放电电极之间的强度。

依照本发明的被动部分的存在允许主动部分的形状选择和调节成增强火花隙的性能。特别地，它允许主动部分的形状选择并调节成降低电弧侵蚀所述部分的风险。该形状尤其选择来(当电弧放电时)沿所述主动部分获得高电流密度，这会感应出较高的磁场，从而使电弧具有较高的运动速度。这是因为电弧的快速运动会降低主动部分磨耗的风险。

应当指出，上文所使用的术语“火花隙的操作条件”是指对于火花隙的适当操作具有影响的一组外部操作参量。这些操作参数可以包括施加到火花隙上的电压和气体(或蒸汽)的压力，该气体在不存在电弧时使电极彼此电隔离。当这些参数所取的值落在火花隙使用的正常预定范围中时，这些状态被称作“常规”状态，火花隙已经针对这些状态进行了特别的设计。特别地，在常规操作条件下，施加到火花隙上的电压必须位于给定的操作范围之内并且特别是低于最大操作值，最大操作值可以是1千伏到1兆伏，这取决于火花隙及其使用。在这些常规的操作条件之外，并且尤其是如果超过最大设计工作电压的电压施加到火花隙上，就不会排除火花隙的击穿，尽管依照本发明存在被动部分。应当指出，如果发生这种击穿，所形成的电弧也将会出现在电极的主动部分之间。

在火花隙的常规操作条件下，两个放电电极(或仅仅它们中的一个)具有一个被动部分。

在整个下文中，对于每个放电电极均参照电极的主动部分的准线和电弧沿着该主动部分的运动方向使用了术语“上游”和“下游”。

有利地并且依照本发明，放电电极中的至少一个的主动部分和被动部分至少在电弧触发区域主动部分下游的一部分长度上分离。该特征使电荷在电流被引出时易于在主动部分中流动。在本发明的第一实施例中，主动部分和被动部分在这部分长度上隔离特定的距离并且仅仅由火花隙中出现的气体分离开。在第二实施例中，固体绝缘元件(例如由塑料制成)在该部分长度上在所述主动部分和被动部分之间延伸。

有利地并且依照本发明，火花隙包括触发装置例如触发电极，它能够启动电弧在电弧触发区域中的放电。

作为变体，可以通过向火花隙应用超过最小自触发电压的电压或是通过改变包含在火花隙中的气体的压力以自触发火花隙，从而触发电弧的人为放电。在该变体中，放电电极的主动部分的形状和配置设计成通过自触发放电的电弧在电弧触发区域中放电。

有利地并且依照本发明，放电电极的至少一个的主动部分具有被称作纵向方向的准线，它至少在电弧触发区域的下游大约为直的。作为变体或是结合，放电电极的至少一个的主动部分具有弯曲的准线。

在本发明的一个优选实施例中，放电电极的主动部分至少在电弧触发区域的下游大体上彼此面对地延伸，可以指出，这可以理解为至少一个电极的主动部分的任意横向平面(在触发区域的下游)与另一个电极的主动部分相切。主动部分所沿的横向方向被称作放电方向，考虑在主动部分之间放电的电弧大体上沿着该方向放置的事实。

有利地并且依照本发明，放电电极的主动部分具有置于火花隙的相同侧上并且优选大体上彼此面对地布置的纵向连接端部部。

有利地并且依照本发明，放电电极的主动部分具有相似的总体形状。特别地，放电电极的主动部分均具有大体上直而细长的形状并且大体上直的准线(纵向方向)。作为变体，它们均具有拥有大体上相同曲率的弯曲的准线。特别地，主动部分可以具有大体上圆形的准线和开口环的形状。

无论它们是直的或是弯曲的，主动部分的准线都优选地大约平行，至少在电弧触发区域下游平行。主动部分因此至少在触发区域的下游彼此面对，并且所述部分之间的空间沿着主动部分整个长度大约为恒定的。沿着这些主动部分移动的电弧因此也具有大约恒定的长度。本发明的该优选实施例并不排除如下的可能，所提供的放电电极的主动部分具有的准线使得在它们之间的一个点或任意点处，形成非零角和/或其间距不恒定的主动部分。特别地，主动部分的间距可以朝着下游端部(沿电弧运动运动方向)增大。

有利地并且依照本发明，每个放电电极的主动部分具有的形状设计成所感应的磁场以足够高的速率移动电弧以防止所述主动部分被局部熔化和/或汽化侵蚀(在电弧冲击点上)。这种速率避免使用昂贵的合金(例如铜钨合金)来生产这些电极。因此，有利地并且依照本发明，放电电极的主动部分--以及被动部分可以由从钢、不锈钢、黄铜、铝、铜、特定的铜基合金等(该清单并非限制性的)中选择的基本导电材料形成。

特别地，每个主动部分均具有一个被称作有效面的表面，该表面具有适当的尺寸，这样所感应的磁场就以足够高的速率移动电弧，从而防止主动部分被局部熔化和/或汽化侵蚀，主动部分的有效面界定(在几何上)为主动部分中面向电弧触发区域下游的另一个电极放置的主动部分的表面部分。

对于至少一个放电电极，主动部分的该有效面可以具有大约恒定的宽度，术语“宽度”表示沿着与横向放电方向正交的横向方向的尺寸。

作为变体或是结合，至少一个放电电极的主动部分具有宽度朝下游端部(沿电弧运动方向，朝主动部分的下游端部)增大的有效面。该特征由于下列原因而非常有利。电流的触发会穿过火花隙引出电流，电流的强度会在达到最大值之间的初始阶段增大，然后再次减小为零(非周期性状态)或是经历衰减振荡(振荡状态)直至最初保存在电容器中的能量完全耗尽。该初始阶段由电流的低强度和电弧的低动能而非常关键。在该初始阶段，电弧沿着电极主动部分的上游部分从它在电弧触发区域中放电的点处移动。为了使电弧高速移动经过该上游部分，因此需要在电极之间具有强大的磁场，尤其是一个能够补偿电弧中低强度电流的磁场。通过对每个电极使用在该上游部分上具有小宽度有效面的主动部分，就可以增大电流在该部分中的密度并且具有面向它的强大的磁场。然而，有效面的宽度可能会在主动部分的下游部分之外更大，移动的电弧沿着它具有高电流强度和/或特定动能。这是因为，在该下游部分中，感应磁场足以以期望的速度移动电弧而不需要通过使用狭窄的主动部分来增大它。

因此可以提供其有效面朝下游端部变宽的主动部分。应当指出，该扩宽可以是沿着主动部分渐进的或者可以在某个特定点处(有效面在主动部分的该长度部分上具有恒定的宽度)突然出现。另外，该扩宽可以将被动部分的存在限于主动部分的上游部分，如果主动部分的有效面设计成在其扩宽的下游部分具有足以避免在该区域中自触发风险的最小曲率半径的话。

作为一个实例，在高压火花隙能够传递强度1千安和1兆安之间的电流并且传送的电荷量在0.1和200库仑之间的情形下，每个放电电极的主动部分的有效面具有优选地在5和200厘米之间的长度和在该长度上小于50厘米的宽度以及至少在该长度的上游部分中小于7厘米的宽度。如果火花隙将传送小于20库仑的电荷量，有效面的宽度有利地小于2厘米，至少在该长度的上游部分上小于2厘米。在所有情形下，所获得的电弧运动速度都允许使用由基本的和便宜的材料例如铜和不锈钢制成的电极。

有利地并且依照本发明，火花隙还具有下列特征中的一项或多项：

-至少一个放电电极在电弧触发区域及其下游端部之间具有拥有圆柱杆形状的主动部分(这种杆具有直的准线)；

-至少一个放电电极在电弧触发区域及其下游端部之间具有拥有圆形横截面的杆(具有直的或弯曲的准线)的形状的主动部分。应当指出，这种主动部分的有效面的宽度对应于杆的直径。所述杆具有大约恒定直径的横截面，如果传送电荷的数量小于20库仑的话，该直径优选地小于2厘米。作为变体，所述杆具有的横截面具有朝下游端部增大(无论是否是渐进的)直径，如果传送的电荷量小于20库仑，所述直径在电弧触发区域中小于2厘米；并且

-至少一个放电电极的主动部分具有电隔离的下游纵向端部。

此外，依照本发明，至少一个放电电极具有被动部分。每个被动部分优选地沿着横向放电方向大体上面向电极的主动部分延伸。有利地并且依照本发明，每个被动部分都沿着电极主动部分的至少一个上游部分延伸；所述被动部分延伸从而从主动部分的纵向边缘伸出并且不穿过位于两个电极的主动部分之间的中间空间。

被动部分必须特别地沿着主动部分的至少一个上游部分延伸，在所述上游部分中选择用来在该区域中感应高磁场的(转向另一个电极的主动部分表面的小宽度和/或小曲率半径的……)所述主动部分的形状因此也会升高电场，该电场可以触发电弧在火花隙的常规操作条件下的不当放电(自触发)。取决于主动部分所选的形状，被动部分也可以沿着主动部分的整个长度延伸。

有利地并且依照本发明，每个被动部分均具有被称作有效面的表面，该表面具有大于阀值半径的最小曲率半径，在该阀值半径之下，在火花隙的常规操作条件下，放电电极之间的电场的强度大于火花隙的最小自触发值(定义为导致电弧自发放电的最小电场强度)。被动部分的有效面定义为被动部分中面向另一个电极放置的表面部分。应当指出，根据该定义，被动部分的有效面可能可选择地在电弧触发区域的上游延伸(不同于上文所定义的主动部分的有效面)。

有利地并且依照本发明，至少一个放电电极的被动部分具有平面的有效面(即具有无穷大的曲率半径)。

在本发明的一个实施例中，至少一个放电电极包括：

-主动部分，执照在电弧触发区域的下游具有被称作主动杆的圆柱形杆，该杆具有圆形的横截面；以及

-被动部分，具有被称作被动管的中空形圆柱形管，其横截面大于主动杆的横截面，所述管具有纵向槽，主动杆位于该纵向槽前面，所述被动管和所述主动杆均设计成杆在管和另一个放电电极之间延伸。主动杆的下游纵向端部有利地由管的下游纵向端部支撑，主动杆的下游纵向端部通过紧固件连接到管的下游纵向端部上，这些装置优选地为电绝缘的。

作为变体或是结合，至少一个放电电极一方面包括主动部分，主动部分至少在电弧触发区域的下游具有圆柱形杆，并且在另一方面，包括形式为平板的被动部分，所述板和所述杆相距特定的距离并且布置成杆在板和另一个放电电极之间平行于所述板并且与之邻近地延伸。

有利地并且依照本发明，火花隙包括壳体，放电电极就置于该壳体内部。所述壳体可以具有至少一个导电壁充当放电电极的被动部分(平板形式)。

作为变体或是结合，至少一个放电电极包括细长的平板，该平板的一个纵向连接端部部连接到连接器上。电极的主动部分由所述板的下游部分和至少一个棒或杆构成，棒或杆具有分别比板小的长度和宽度，所述棒或杆紧固到所述板的上游部分上。电极的被动部分基本上由板的上游部分构成。优选地，杆位于与被动部分相距特定距离处，至少位于电弧触发区域的下游，这样，当电弧被触发并且电流被吸出时，流经电极的电荷就在杆中流动和集中—至少在电弧位于杆和另一个电极之间时—从而感应出高的磁场。

有利地并且依照本发明，火花隙包括多对放电电极，所述放电电极对平行地布置。因此，导电电荷量可以乘以平行操作的电极的对的数目。在本发明的第一实施例中，每一对中的至少一个放电电极连接到对火花隙特有的连接器上。换句话说，火花隙一方面在每对放电电极中包括至少一个连接器，另一方面，在每对电极中包括一个单独的连接器或个连接器。在该情形下，电(感应、电阻、时序等)去耦装置放置在电流发生器和一系列连接器(每对电极一个连接器)之间。在本发明的第二实施例中，其中火花隙仅仅具有两个连接器，它在两个连接器之一和每对电极之一之间包含电(感应、电阻、时序等)去耦装置。对应于此前两个实施例的组合并且其中火花隙包含内部去耦装置并且与外部去耦装置组合使用的第三实施例也是依照本发明的。

本发明还涉及一种火花隙，其特征在于通过上文和下文所提及的任意或一些特征相组合。

附图说明

通过阅读下列说明并参见作为非限制性实例给出的显示本发明的优选实施例的附图，本发明的其它目的、特征和优点将会显而易见，

其中：

-图1是沿依照本发明的第一火花隙的纵向平面的剖面示意图；

-图2是沿依照本发明的第一火花隙的横向平面的剖面示意图；

-图2是沿依照本发明的第一火花隙的横向平面的剖面示意图；

-图3是沿依照本发明的第二火花隙的第一纵向平面的剖面示意图；并且

-图4是沿依照本发明的第二火花隙的与第一纵向平面正交的第二纵向平面AA的剖面示意图。

具体实施方式

图1和图2中显示了依照本发明的第一火花隙，它包括由不锈钢制成的平行六面体壳体1、第一放电电极2、第二放电电极3和电弧触发电极4。

每个放电电极2、3均具有界定了电极纵向方向的直而细长的总体形状。它包括下文将描述的直而细长的主动部分，主动部分的纵向方向(或准线)与电极的纵向方向重合。电极沿着被称为放电方向的横向方向Z彼此面对地放置，这样它们的纵向方向就平行并且界定了共同的纵向方向X。

触发电极4沿着与纵向方向X和放电方向Z正交的横向方向Y在放电电极之间延伸。更精确地，它在放电电极的主动部分(下文将进行描述)之间在所述主动部分的连接端部部附近延伸，并且它界定了电弧触发区域21。

放电电极2一方面具有被动部分，被动部分包括被称作被动管的圆柱形空心管9，空心管9具有大约55毫米的内部半径、大约75毫米的外部半径和几乎在其整个长度上延伸的纵向槽22。所述被动部分具有由电隔离的尾端件16(与壳体1和电极的主动部分这两者隔离)形成的下游纵向端部。被动部分还经由尾端件17并经由使被动管9朝上游端延伸的管部50(具有短的长度)连接到连接器11上，所述尾端件和所述管部形成主动部分(下文将描述)的一部分。连接器11穿过壳体1以将电极2连接到电路上，尤其是连接到一个或多个高压电容器上。连接器11包括其纵向端部钎焊或焊接在尾端件17中的导电杆12和电绝缘材料制成且用于将连接器设置在壳体1中的套筒13。

放电电极2的被动部分具有指向电极3的有效面，该有效面由被动管9的外表面的一部分形成，该部分位于与放电方向正交的“水平的”中平面的“下方”(在图1和图2中)，且穿过管的直径。

放电电极2另一方面具有主动部分，主动部分包括被称为主动杆的圆柱形杆10，杆10具有圆形横截面，具有大约10毫米的几乎恒定的直径和大约与被动管9的长度相当的长度。主动部分具有纵向连接端部部，纵向连接端部部延伸所述主动杆10并且包括尾端件17、管部50以及将杆10紧固到所述管部50上的凸耳15。主动部分还具有由被动部分的下游纵向端部16支撑的下游纵向端部18，下游纵向端部18经由电绝缘材料制成的栓柱14连接到下游纵向端部16上。主动杆10放置成沿着放电方向Z面向被动管9中的槽22，从而从被动部分的有效面23略微凸出(沿着所述放电方向Z)并且位于该有效面和放电电极3之间。

放电电极2的主动部分具有有效面24，有效面24由杆10的外表面的一部分形成，该部分转向电极3(该部分为具有半圆形横截面的圆柱形)并且沿着纵向方向位于触发电极4和杆的下游端18之间。

放电电极3一方面具有被动部分，该被动部分由壳体1的板或壁6形成，被称为被动壁。在一个端部27处，壳体的所述壁6连接到连接器7上，从而允许所述壁接地。连接器7具有穿过壁6的导电杆(用于所述连接器和被动壁6之间的连接)和用于容纳电极3的主动部分的连接端部部(下文将描述)的榫眼。配设有它们各自的连接器11、7的放电电极2和3布置成所述连接器沿着横向放电方向彼此面对。

放电电极3的被动部分具有平面有效面25，有效面25由壳体的壁6的内面(转向电极2)的一部分形成，该部分沿着纵向方向位于电极2的尾端件17和尾端件16之间。

另一方面，放电电极3具有整体主动部分，该主动部分由被称作主动杆的具有圆形横截面的圆柱形杆5构成，杆5具有大约10毫米的几乎恒定的直径。主动部分一方面具有纵向连接端部，纵向连接端部由钎焊或焊接在连接器7的榫眼中的主动杆的纵向端部28形成，另一方面，主动部分具有下游纵向端部，下游纵向端部由主动杆5的相对的纵向端部20形成，纵向端部20由壳体1的壁29支撑，所述端部20通过由电绝缘材料制成的栓柱8紧固到该壁中。电极3的主动部分的下游端部因此就被电隔离。电极3的主动杆5与被动壁6平行放置并且靠近后者。它还平行于电极2的主动杆10放置。

放电电极3的主动部分具有有效面26，有效面26由杆5的外表面的一部分形成，该部分转向电极2(该部分为具有半圆形横截面的圆柱形)并且沿着纵向方向位于触发电极4和电极2的自由端16之间。

为了使火花隙点火，连接器11被连接到一个或多个电容器上，且连接器7和壳体1接地。放电电极2和3因此就处于不同的电势，它们之间的电势差可以多达50千伏。电荷在放电电极的主动部分和被动部分的有效面上分配，并且在两个电极之间形成电场。由于它们的形状和范围，电极的被动部分的有效面23和25就会充当电场降低器，因此降低了火花隙在其常规操作条件下自触发的风险。

接下来，通过将触发电极4升高到一个给定的适当电势，就可以在所述电极的主动杆10和5之间在电弧触发区域21中使电弧放电。触发电极的存在在它升高到该电势时会局部地增大电场并且导致电弧触发区域中的击穿。

电流因此在连接器11和7的导电杆之间被引出。该电流基本在电极的主动部分中流动：电荷在尾端件17、管部50、紧固凸耳15和放电电极2的主动杆10内传播；它们经由主动杆10和5之间放电的电弧而传递到放电电极3上，且该电弧大体上沿着横向放电方向延伸；然后它们在放电电极3的主动杆5中朝连接器7传播。电流在主动杆10和5中流动。

应当指出，触发电极位于两个放电电极的主动部分的连接端部附近，且略微在所述连接端部的下游(并非在对面)。因此，当电流在被引出时，该电流会在每个电极的主动杆中流动，且流动的长度会超过在电流被引出时与沿着纵向方向在主动部分的连接端部和电弧触发区域之间的距离相对应的长度。一旦电流被引出，电流因此就具有沿着纵向方向X即电弧上游的分量。在放电电极2中，电流流向杆10的下游端部18，而它会在放电电极3中沿相反的方向流向杆5的连接端部28。主动杆10、5的每一个中的电流会在杆附近感应出具有基本上为圆形的场线的磁场。在所述杆之间，在电弧的平面内(两个杆位于该平面内并且电弧在该平面内放电并且移动)，所生成的磁场(两个电极感应的场之和)具有大体上与纵向和横向放电方向正交的方向，并且在图1中具有“凹入”的感觉。所生成的感应磁场将电弧沿纵向方向朝主动杆10和5的下游端部18和20沿着形成直的电弧运动表面的所述杆移动。术语“上游”和“下游”是参照该电弧运动方向而界定的。

由于主动杆10和5具有小的直径，所有它们的有效面24和26的宽度较小。在主动杆中沿着这些有效面24和26流动的电流的密度因此非常高，这样感应磁场就较强并且所得到的拉普拉斯力就较高。所获得的电弧的运动速度较高，该速度即使不能防止的话，也会足以减少由于电弧造成的电极的侵蚀所导致的损坏。与已知火花隙的不同，因此不需要使用昂贵的特殊合金来生产电极(例如普通钢之类的原料就是适合的)，也不需要提供一种几何形状来使电弧在同一个点火过程中几次经过同一个点。

图3和图4中显示了依照本发明的第二火花隙，它包括：平行六面体壳体30，壳体30可以导电或者不导电，以钢或任意塑料制成；两个相同的放电电极31和32；以及电弧触发电极42。

每个放电电极31、32以与第一火花隙类似的方式具有直而细长的总体形状，该形状界定了电极的纵向方向。每个电极均包括下文将描述的直而细长的主动部分，主动部分的纵向方向(或准线)与电极的纵向方向重合。电极以对称的方式彼此平行地放置。它们沿着横向放电方向Z彼此面对地放置并且它们的平行的准线界定了共同的纵向方向X。

触发电极42也沿着纵向方向X放置并且在放电电极之间具有自由端，自由端在其附近界定了电弧触发区域41。触发电极42通过由绝缘材料制成的套筒安装在壳体1的壁48上。该套筒既可以将触发电极42紧固到壳体1上，又可以使电极从壳体上隔离并且保护电极中延伸到壳体1外部的部分。

每个放电电极31、32均包括细长的平板33和杆34，它们的各自的纵向方向与电极的纵向方向X重合。杆34经由夹具46和由螺钉或栓构成的装置紧固到平板上，从而面向所述板的上游部分放置。平板具有大约700毫米的长度和大约100毫米的宽度(沿着与纵向方向X和放电方向Z正交的横向方向的尺寸)。杆34具有大约200毫米的长度和大约25毫米的宽度。

每个放电电极31、32的主动部分由杆34和板的下游部分44形成，板的下游部分44位于杆34的下游纵向端部47朝向板的自由端35的的延伸部中。该主动部分具有由杆34的上游纵向端部40形成的纵向连接端部和由板的自由端35形成的下游端部。

应当指出，每个杆34在包含两个杆的平面内(电弧在该平面内放电和移动)略微弯曲，这样两个杆之间的间隔就会变化：它在电弧触发区域41中最小，然后朝着下游端部沿杆34的端部47的方向增大。当放电电极升高到不同的电势时，杆34之间的感应电场因此就在电弧触发区域中最大。因此就易于电弧的触发。

每个电极31、32的被动部分由板33的上游部分45形成，该部分从板33的上游端部36延伸至杆34的下游端部47。所述被动部分经由其上游端部36直接连接到连接器上。

每个电极的主动部分和被动部分的连接端部40和36被连接器37的导电杆38穿入。因此形成的机械连接就是电传导的一它允许电极连接到电路上，特别地，连接器37之一可以连接到一个或多个电容器上，并且另一个连接器可以连接到负载上。连接器的导电杆38由绝缘套筒39围绕以将它设置到壳体30的壁中并且用于将它紧固到所述壁上。

触发电极42在升高到给定电势时，以与第一火花隙类似的方式局部地改变电弧触发区域中的电场并且启动电弧在杆34之间的放电。在杆34中流动的引出的电流沿着纵向方向X朝下游端部——即朝着自由端35——在连接到发电机的电极中流动，并且朝着上游端部——即朝着连接端部40-在连接到负载上的电极中流动。

引出的电流会在电极之间感应出磁场，它在电弧的平面中的方向与纵向方向和放电方向正交。感应的磁场将电弧朝主动部分的自由端35移动。

电容器的放电包括初始周期，在该周期中穿过火花隙的电流的强度会(从零初始值开始)增大。在电弧触发区域附近的每个电极的主动部分有利地由杆34形成，其有效面具有较小的宽度从而聚集电荷以增大电流密度，并且因此在该区域中生成高磁场，尽管在放电开始时具有较低的电流强度。感应的领域足以以能够限制侵蚀的速度移动电弧。有利的是，杆的尺寸设计成在电流电流强度足够高之前，移动电弧仍然在杆之间延伸。

应当指出，对于每个放电电极31、32，由电绝缘材料制成的元件43都放置在电弧触发区域的下游的主动杆34和板的被动上游部分45之间。该元件43可以使引出的电流在杆34中流动至少直到移动的电弧到达杆的下游端部47。由元件43提供的电隔离也可以通过在杆34和被动上游部分45之间留有间隔来获得，即通过移走元件43，包含在壳体1内的气体形成绝缘体。

在电弧已经到达杆34的端部47之后，它会沿着板的下游部分44移动。因为所述板具有比杆34更大的宽度，所以在这些板的有效面上的电流的电流密度低于在杆的有效面上流动的电流密度。因此在该区域中彼此面对的板33之间感应的场就较低，但是仍然足以使电弧高速移动，在该范围内电弧中电流的强度在此后变高(初始阶段已经完成)。

在杆34之间和在板的下游部分44之间获得的电弧运动速度较高，足以将所述杆和下游部分的侵蚀限制到允许用于制造它们的基础材料(例如，任意的钢或铜)的使用或是可以使之传递大量的电荷和/或比通常传递的更高的电流强度的点上。

不用说，本发明能够相对于上文所述和图中所示的实施例而具有多种变化。

特别地并且首先，依照本发明，火花隙可以包括不具有被动部分的放电电极，如果另一个电极的确具有一个这样的部分的话。

此外，依照本发明，火花隙可以包括两个相同的放电电极，放电电极可以类似于图中所示的电极2或是电极3。同样，依照本发明，火花隙可以包括所示的电极2或3，和电极2或3与例如电极31相结合中的一个。

另外，图1和图2中所示的火花隙可以如下使用：将电极之一连接到一个或多个电容器上并且将另一个电极连接到负载上，改变电极3(例如增加围绕连接器7的绝缘套筒)以将所述电极从壳体1隔离开。

此外，触发电弧的装置并不限于所示触发电极。特别地，可以使用穿过(沿着放电方向)一个放电电极的主动部分而与之没有任何接触的针形电极。当它被施加适当的给定电势时，该电极就在其附近生成等离子，等离子传播以使电弧放电。作为变体，火花隙可以不包含触发电极。通过向它施加高于最小自触发电压的电压，或是通过在其放电电极之间临时生成高于所述自触发电压的过压，从而可以将它闭合。作为变体，火花隙的壳体内部的气体的压力可以减小(通过打开相应的控制阀)。

更加普遍地，电极的形状和结构并不限于所显示的结构和形状，特别地，电极的主动部分可能具有弯曲的准线，从而形成例如开放的圆形的圈或环(甚至可能是闭合的)。电极的被动部分可以具有各种形状，只要这些形状适合(尤其通过范围和它们的有效面的配置)防止火花隙的任何不当的自触发。

Claims (28)

1.一种火花隙，包括彼此相距特定距离固定地安装的两个刚性放电电极，和至少两个连接器，每个电极被连接到连接器中的一个上以将所述电极连接到包括电流发生器的电路上，在火花隙中：

-每个放电电极(2；3；31)具有被称作主动部分的细长导电部分(10；5；34，44)，导电部分具有被称作纵向连接端部的纵向端部(15，50，17；28；40)，纵向端部连接到连接器(11；7；37)上，并且具有被称作下游端的相对的纵向端部(18；20；35)；

-放电电极的主动部分设计成当电弧放电时：

*该电弧在电极的主动部分(10；5；34)之间放电，

*当电弧被有意地启动时，该电弧在电极的主动部分(10；5；34)之间的被称作电弧触发区域的区域中放电，并且

*在放电电极中引出的电流在所述电极之间感应出磁场，该磁场使电弧沿着所述主动部分(10；5；34，44)移动；并且

-至少一个放电电极(2；3；31)具有至少一个被称作被动部分的另一个导电部分(9，16；6；45)，所述导电部分电连接到连接器和/或主动部分上并且具有设计成在火花隙的常规操作条件下可以防止电弧的所有不当自发放电的形状。

2.如权利要求1所述的火花隙，其特征在于，每个放电电极具有被动部分。

3.如权利要求1或2所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极的主动部分和被动部分至少在电弧触发区域的主动部分下游的一部分长度上分离。

4.如权利要求1至3之一所述的火花隙，其特征在于，它包括能够在电弧触发区域(21；41)中启动电弧放电的触发装置(4；42)。

5.如权利要求1至4之一所述的火花隙，其特征在于，放电电极的主动部分(10，5)至少在电弧触发区域(21；41)的下游大体上彼此面对地延伸。

6.如权利要求1至5之一所述的火花隙，其特征在于，放电电极的主动部分具有放置在火花隙的相同侧上的纵向连接端部(17，50，15；28；40)。

7.如权利要求1至6之一所述的火花隙，其特征在于，放电电极的主动部分(10，5；34，44)具有大约平行的准线。

8.如权利要求1至7之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极的主动部分(10；5；34，44)具有被称作纵向方向的准线，它至少在电弧触发区域(21；41)的下游大约为直的。

9.如权利要求1至8之一所述的火花隙，其特征在于，放电电极的主动部分(10，5；34，44)具有类似的总体形状。

10.如权利要求1至9之一所述的火花隙，其特征在于，每个放电电极的主动部分均具有一个被称作有效面的表面(24；26)，该表面具有适当的尺寸，这样所感应的磁场就以足够高的速率移动电弧，从而防止主动部分被局部熔化和/或汽化侵蚀，主动部分的所述有效面定义为主动部分中面向电弧触发区域下游的另一个电极放置的表面部分。

11.如权利要求10所述的火花隙，能够传递强度在1千安和1兆安之间的电流并且传送的电荷量在0.1和200库仑之间，其特征在于，每个放电电极的主动部分的有效面(24；26)具有在5和200厘米之间的长度和在该长度上小于50厘米的宽度以及至少在该长度的上游部分中小于7厘米的宽度。

12.如权利要求1至11之一所述的火花隙，其特征在于，放电电极的主动部分(10；5；34，44)由基本的导电材料例如钢、不锈钢、黄铜、铝、铜或铜基合金制成。

13.如权利要求1至12之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极(2；3)至少在电弧触发区域及其下游端部之间具有主动部分(10；5)，且主动部分具有圆柱形杆的形状。

14.如权利要求1至13之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极(2；3)至少在电弧触发区域及其下游端部之间具有主动部分，且主动部分具有圆形横截面的杆(10；5)的形状。

15.如权利要求14所述的火花隙，其特征在于，所述杆具有大约恒定直径的横截面。

16.如权利要求14所述的火花隙，其特征在于，所述杆的横截面具有朝下游端部增大的直径。

17.如权利要求1至16之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极的主动部分具有电隔离的下游端部。

18.如权利要求1至17之一所述的火花隙，其特征在于，每个被动部分(45)沿着放电电极的主动部分的至少一个上游部分(34)延伸，从所述主动部分的纵向边缘伸出并且从而不会穿过位于两个电极的主动部分之间的中间空间。

19.如权利要求1至18之一所述的火花隙，其特征在于，每个被动部分均具有被称作有效面的表面(23；25)，且该表面具有大于阀值半径的最小曲率半径，在该阀值半径之下，在火花隙的常规操作条件下，在放电电极之间的电场的强度大于最小自触发值，被动部分的所述有效面定义为被动部分中面向另一个电极放置的表面部分。

20.如权利要求1至19之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极(3)的被动部分具有平面的有效面(25)。

21.如权利要求1至20之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极(2)包括主动部分，主动部分至少在电弧触发区域的下游具有被称作主动杆的具有圆形横截面的圆柱形的杆(10)的形状，以及具有比主动杆的横截面大的横截面的中空圆柱形管(9)形状的被动部分，所述管具有纵向槽(22)，主动杆(10)位于纵向槽前部，主动杆的下游纵向端部(18)由管的下游纵向端部(16)支撑。

22.如权利要求1至21之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极(3)包括主动部分(5)，该主动部分至少在电弧触发区域的下游具有圆柱形的杆，和平板形式的被动部分(6)，所述板和所述杆相距特定的距离并且布置成杆在板和另一个电极之间平行于所述板并且在其附近延伸。

23.如权利要求1至22之一所述的火花隙，其特征在于，它包括壳体(1；30)，放电电极放置在该壳体内部。

24.如权利要求23所述的火花隙，其特征在于，壳体具有至少一个充当放电电极(3)的被动部分的导电壁(6)。

25.如权利要求1至24之一所述的火花隙，其特征在于，至少一个放电电极(31，32)包括细长的扁平板(33)并且电极的主动部分由所述板的下游部分(44)和至少一个杆(34)构成，所述杆具有分别比所述板的长度和宽度小的长度和宽度，所述杆紧固到所述板的上游部分(45)上，电极的被动部分由板的上游部分(45)构成。

26.如权利要求1至25之一所述的火花隙，其特征在于，它包括多对平行布置的放电电极。

27.如权利要求26所述的火花隙，其特征在于，它包括位于其连接器之一和每对电极之一之间的电去耦装置。

28.如权利要求26和27中任一项所述的火花隙，其特征在于，每一对放电电极中的至少一个连接到对火花隙特有的连接器上。

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