[发明专利]等离子体合成射流触发技术的多通道气体火花开关

说明书

技术领域

本发明涉及高电压气体火花开关制造领域，特别地，涉及一种等离子体合成射流触发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高电压、大电流方向发展，多子块串、并联结构是未来脉冲功率系统的一个主要方向，因此，要求气体火花开关具有较低的自放电概率、较低的抖动以及尽可能长的使用寿命等特性。

目前，气体开关的触发方式主要有三种，一种是在触发电极施加快前沿的电压脉冲，使得在触发子间隙产生较高的过压倍数。这种方式的缺点是工作范围有限，提高工作电压能够保证较低的抖动，但是却极大的增加了自放电概率。一种是采用紫外光照射，能够产生初始电子，缩短统计时延，减小抖动，但是对于降低自放电概率和扩展开关工作系数方面作用微弱。另外一种是采用激光照射，能够使开关工作在较低的工作电压下，但是触发装置结构复杂，造价及维护成本较高，不适合大规模应用。

因此，如何能够解决现有气体火花开关的较低的自放电概率与低抖动的矛盾、放电通道单一、电极烧蚀严重等现象成为亟需解决的问题。

发明内容

针对现有的气体火花开关追求较低的自放电概率与低抖动的矛盾、放电通道单一、电极烧蚀严重等问题，本发明提供一种等离子体合成射流触发技术的多通道气体火花开关。该气体火花开关在触发工作状态下，可稳定的形成多条放电通道，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，本发明采用以下技术方案予以实现。

等离子体合成射流触发技术的多通道气体火花开关。其特征在于，采用三电极开关构型，火花间隙被触发电极分为相等的两部分，触发子间隙在触发电压和工作电压的综合作用下形成多点局部电场增强而形成多通道放电，过压子间隙中可形成多条等离子体射流诱发多通道放电，从而实现整个间隙的多通道放电。

具体而言：

一种等离子体合成射流触发技术的多通道气体火花开关，包括开关外壳在所述开关外壳内部的触发电极、针电极和两个主电极，

其中，所述两个主电极分别位于所述开关外壳内部的上侧和下侧，所述触发电极位于所述开关外壳的内，并位于两个主电极之间，以将整个火花间隙分成相等的两部分，所述针电极位于所述触发电极内，并与所述触发电极相绝缘，在所述触发电极的一侧表面上具有孔径较小的喷射孔，以用于等离子体喷射，所述针电极与所述喷射孔空间连通，并位于所述喷射孔的底部。

特别的，所述触发电极包括上电极板，下电极板和绝缘环，所述上电极板和所述下电极板上下配合以包容所述绝缘环，所述绝缘环内部均布1个以上的圆台或圆柱体的空腔，与上电极板配合形成密闭的激励腔，所述喷射孔位于所述上电极板上并与所述激励腔连通，所述针电极固定在所述激励腔底部的中心螺孔处。

特别的，在所述下电极板的表面具有截面为半圆形或者椭圆形的圆环结构。

特别的，所述主电极呈圆板形结构，边缘经倒角处理以减弱边缘效应。

特别的，所述主电极利用主电极连接杆和以及固定所述主电极连接杆的螺母固定在开关外壳，所述主电极利用颈向的O型圈，对开关进行密封。

特别的，所述的针电极通过位于所述绝缘环中的陶瓷管，和位于所述陶瓷管后的尼龙套筒与所述触发电极绝缘。

特别的，所述针电极的尾部具有球头螺母电极以用于固定连线并防止电晕，所述触发电极外侧具有固定在所述下电极板的触发电极连接杆，所述球头螺母电极和所述触发电极连接杆分别用来对所述针电极和所述触发电极进行电连接。

特别的，所述开关外壳的内表面具有多种圆弧配合形成的波纹结构。

特别的，所述开关内部的工作气体介质为纯净的空气、N₂和SF₆-N₂的混合气体，气压范围在0.1MPa-0.6MPa，开关两个主电极之间的距离可在1～16mm之间任意调节。

特别的，所述火花开关具有两种触发方式，第一种为将触发电压加至触发电极，所有的针电极通过电阻接地；第二种方法为将触发电压同时加至每个针电极，触发电极通过电阻接地。

本发明的优点是：

1、触发电极的结构设计，当触发脉冲到达触发电极时，在触发子间隙形成较高的场畸变系数，同时在过压子间隙形成多通道等离子体喷射；不但有效降低过压子间隙的气体绝缘强度，而且缩短了击穿延时，并在两个子间隙中产生多通道放电，扩宽了开关的工作电压，降低自放电概率和抖动，减小电极烧蚀。