CN202856146U - 一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关 - Google Patents

Abstract

一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关，本实用新型包括对应设置的圆形法兰盘形状的主电极Ⅰ（1）及其电极头（12）、主电极Ⅱ（2）和对应的电极头（13）以及通过固定螺栓（9）连接的圆形筒体开关外壳（3）。本实用新型的优点是：1、触发电极的结构设计，可在触发条件下产生UV电离，使其在主间隙中分布较为丰富的初始电子，缩短火花间隙的击穿延时，诱发圆环电极产生多通道并联放电达到了降低开关电感，减小电极烧蚀，延长开关寿命的作用；2、开关整体呈现紧凑的同轴结构，且主电极间距极小，增加开关内部的气压，有效地降低了间隙的击穿延时，同时减少火花电感，这将简化触发脉冲发生器的结构。

Description

一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关

技术领域

本实用新型涉及高电压气体火花开关制造领域，特别涉及一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关。

背景技术

气体火花开关是脉冲功率装置的核心部件。其性能直接影响到脉冲功率源的输出特性。随着脉冲功率装置向更高功率、高重复频率方向发展，要求气体火花开关具有承受电压高、电感和抖动低、寿命长等特性。当气体开关间隙形成多个并联的放电通道时，不仅显著降低了每个放电通道的电流密度，减小了开关电弧对电极的烧蚀，延长了开关寿命，而且降低了开关电感和导通电阻。所以，多通道气体火花开关开始大量使用在脉冲功率装置中。

目前，多通道气体开关的结构主要两种，一种是在绝缘盘或金属盘嵌入多个金属球，在小球的表面产生多通道。另外一种是单纯采用环形电极，在相邻电极之间会产生多通道放电。但是这两种开关结构形成的多通道放电，数目不稳定且分布比较紧密，很难达到预期效果，放电通道的轴向不连续会产生额外的位移电感。

实用新型内容

针对现有的多通道气体火花开关在承受高电压、大电流时放电通道单一，电极烧蚀严重及开关电感大等问题，本实用新型提供一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关。该气体火花开关在触发工作条件下，针电极与相邻的主电极放电产生了丰富的等离子体，有助于在主间隙中形成多通道放电，从而减小电极烧蚀，延长开关寿命，并且减小了开关电感。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关，本实用新型包括对应设置的圆形法兰盘形状的主电极Ⅰ及其电极头、主电极Ⅱ和对应的电极头以及通过固定螺栓连接的圆形筒体开关外壳；在主电极Ⅰ上设置有主电极连接杆；主电极Ⅱ设置有中通孔，在中通孔内套有尼龙套筒，在尼龙套筒内固定有陶瓷套管，在陶瓷套管内设置有针电极；针电极的下端通过螺纹固定在触发电极连接杆上。

本实用新型针电极采用纯钨制成，其尖端是夹角为90o的圆锥体；针电极的低端段为螺纹结构，于触发电极连接杆配合，在针电极外侧有陶瓷管包裹，并固定在尼龙套筒的中心。

本实用新型开关外壳采用有机玻璃制成，其内、外表面设有深度为8~15mm的波纹结构为了增加沿面距离，两端各采用固定螺栓固定，并在主电极Ⅰ、主电极Ⅱ与开关外壳之间设有O型密封圈和密封胶进行密封。

正常工作时，主电极两端可施加不同的直流电压，针电极均可接入触发脉冲电压，极性与相邻的主电极Ⅱ极性相反；当触发脉冲到来时，针电极与主电极Ⅱ放电产生的等离子体，所以在主间隙中具有丰富的初始电子，有助于多通道放电的形成，并且缩短了整个间隙的击穿延时，达到峰化的作用。

所述的开关内部的工作气体介质为纯净的空气、N₂和SF₆-N₂混合气体，气压范围在0.5MPa-1MPa，主电极间距在6mm。

所述开关的外绝缘适用于变压器油环境，在空气中也能耐受较高的电压。开关腔体的内表面经过仔细的设计，包括多种圆弧配合形成的波纹结构，增加从主电极到触发电极的沿面距离，从而能够保证沿面闪络电压高于放电间隙的击穿电压。

本实用新型的优点是：

1、触发电极的结构设计，可在触发条件下产生UV电离，使其在主间隙中分布较为丰富的初始电子，缩短火花间隙的击穿延时，诱发圆环电极产生多通道并联放电达到了降低开关电感，减小电极烧蚀，延长开关寿命的作用； 

2、开关整体呈现紧凑的同轴结构，且主电极间距极小，增加开关内部的气压，有效地降低了间隙的击穿延时，同时减少火花电感，这将简化触发脉冲发生器的结构。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关的整体装配图。

图1中：1.主电极Ⅰ底盘，2. 主电极Ⅱ底盘，3.开关的外壳（有机玻璃），4.针电极，5.陶瓷套管极，6.尼龙套筒，7.触发电极连接杆，8.球头螺母， 9. 固定螺栓（内六角），10.开关外壳密封槽，11.主电极连接杆，12.主电极Ⅰ的电极头，13.主电极Ⅱ的电极头，14.中通孔。

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本实用新型基于紫外预电离技术的多通道气体开关的实现。

如图1所示，一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关，本实用新型包括对应设置的圆形法兰盘形状的主电极Ⅰ1及其电极头12、主电极Ⅱ2和对应的电极头13以及通过固定螺栓9连接的圆形筒体开关外壳3；在主电极Ⅰ1上设置有主电极连接杆11；主电极Ⅱ2设置有中通孔14，在中通孔14内套有尼龙套筒6，在尼龙套筒6内固定有陶瓷套管5，在陶瓷套管5内设置有针电极4；针电极4的下端通过螺纹固定在触发电极连接杆7上。

本实用新型针电极4采用纯钨制成，其尖端是夹角为90o的圆锥体；针电极4的低端段为螺纹结构，于触发电极连接杆7配合，在针电极4外侧有陶瓷管包裹，并固定在尼龙套筒的中心。

本实用新型开关外壳3采用有机玻璃制成，其内、外表面设有深度为8~15mm的波纹结构为了增加沿面距离，两端各采用6个固定螺栓9固定，并在主电极Ⅰ1、主电极Ⅱ2与开关外壳3之间设有O型密封圈10和密封胶进行密封。

该同轴型多通道气体火花开关，包括有机玻璃外壳3，两个主电极Ⅰ, Ⅱ，以及装配在主电极Ⅱ内部的针电极4。

其中：主电极Ⅰ的电极头呈圆柱形结构，边缘处经导圆角处理，通过螺纹与主电极Ⅰ的底盘连接，便于电极的更换，底盘的边缘具有6个通孔，通过内六角螺栓9固定在开关外壳，两端底盘的各有一个螺孔，用以装配主电极的连接杆11，为了避免连接杆尖端的电晕放电，以及对引线进行屏蔽，采用球头螺母8与主电极连接杆配合。

所述的主电极Ⅱ电极头是截面为圆形或椭圆形的圆环结构，边缘处同样经过导圆角处理，通过螺纹与底盘配合，电极的中心具有一个中通孔14用于装配针电极，在底盘的中心有一个中通孔14，用以固定针电极，并通过尼龙套筒引出电极接头，底盘的边缘同样具有6个通孔固定主电极Ⅱ。

所述的针电极是尖端为90o的圆锥体，其外部由陶瓷套管5包裹，针电极的另一端通过螺纹固定在触发电极连接杆7，尼龙套筒6的中心插入陶瓷套管，并通过螺纹和O型圈进行固定和密封，使针电极与主电极底盘2相绝缘。

所述的开关外壳呈圆柱形结构，在圆柱形外筒的内、外壁均刻有较深的波纹，用来扩大开关的沿面距离，外壳两端的环面上有6个螺孔以固定两端的主电极，在外壳的中间有一个1/8的管锥螺纹，装配气嘴。 

本实用新型中，主电极、连接杆和固定螺母选用不锈钢金属材料，针电极选用金属钨材料。

本实用新型的开关内部的工作气体介质选用纯净的空气、N₂和SF₆-N₂混合气体，气压范围在5atm-10atm。

本实用新型给出的上述实施例仅用于说明本实用新型，但并不用于限制本实用新型的实施范围，凡是本实用新型技术方案所限定的内容均属于本实用新型的保护范围。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关，其特征在于，包括对应设置的圆形法兰盘形状的主电极Ⅰ（1）及其电极头（12）、主电极Ⅱ（2）和对应的电极头（13）以及通过固定螺栓（9）连接的圆形筒体开关外壳（3）；在主电极Ⅰ（1）上设置有主电极连接杆（11）；主电极Ⅱ（2）设置有中通孔（14），在中通孔（14）内套有尼龙套筒（6），在尼龙套筒（6）内固定有陶瓷套管（5），在陶瓷套管（5）内设置有针电极（4）；针电极（4）的下端通过螺纹固定在触发电极连接杆（7）上。

2.根据权利要求1所述的一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关，其特征在于：针电极（4）采用纯钨制成，其尖端是夹角为90o的圆锥体；针电极（4）的低端段为螺纹结构，于触发电极连接杆（7）配合，在针电极（4）外侧有陶瓷管包裹，并固定在尼龙套筒的中心。

3.根据权利要求1所述的一种基于紫外预电离技术的多通道气体火花开关，其特征在于：开关外壳（3）采用有机玻璃制成，其内、外表面设有深度为8~15mm的波纹结构为了增加沿面距离，两端各采用6个固定螺栓（9）固定，并在主电极Ⅰ（1）、主电极Ⅱ（2）与开关外壳（3）之间设有O型密封圈（10）和密封胶进行密封。

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