[发明专利]兆伏低抖动多级电晕开关

说明书

一种兆伏低抖动多级电晕开关，包括刀形电极1、平板电极2、第一绝缘子3、螺杆4、第二绝缘子5。该电晕开关含多级电晕间隙；电晕间隙采用“刀—板”电极结构；各电晕间隙的电极距离可调；电晕开关充六氟化硫气体。开关工作时，某一级电晕间隙优先击穿，随后剩余的电晕间隙在过电压下发生击穿。由于各级电晕间隙结构相同，各级电晕间隙的击穿电压相同。这种相同电晕间隙级联的结构，保证了击穿电压抖动较低，降低了电场增强系数，提高了电晕间隙的击穿电压，保证过压击穿的电晕间隙有足够高的欠压比，从而获得较快的输出脉冲前沿。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种兆伏低抖动多级电晕开关。

背景技术

电晕开关是一种低抖动重频气体开关。电晕开关利用电晕稳定原理，实现高频率、低抖动工作，被广泛应用于脉冲功率领域。场增强系数是电场最大值与平均值之比。根据场增强系数的大小，场增强系数为1的电场为均匀场；场增强系数介于1和4之间的电场为稍不均匀场；场增强系数大于4的电场为极不均匀场。电晕放电是极不均匀场中一种自持放电形式。在重频工作条件下，电晕放电可有效抑制开关的预击穿，降低开关的击穿电压抖动。常见的电晕开关采用“针-板”电极结构，以形成极不均匀场，为电晕放电提供条件。然而，当场增强系数过高时，电晕开关的击穿电压会严重削减。一方面，电晕开关受到高场增强系数的制约，另一方面，单级电晕开关的电极间距有限。电晕开关的击穿电压受限于百、十千伏水平，难以应用于兆伏水平的脉冲功率装置。目前，尚缺乏一种电晕开关，在保证击穿电压抖动低、工作频率高、输出特性良好的基础上，将击穿电压提高到兆伏水平。

参照图1，2011年IEEE脉冲功率会议文集736至740页题为“Experimental studiesof a self-synchronising，multi pin-plane，corona stabilization closing switch”的文章公布了一种单级“多针-板”结构的电晕开关。该开关由第一平板电极6、第二平板电极7、针电极8、绝缘子9组成。第一平板电极6、第二平板电极7、多个针电极8的材料均为铜。绝缘子9的材料为有机玻璃。针电极8位于第一平板电极6的一侧，沿圆周方向均匀分布，与第二平板电极6正对，形成“多针-板”结构。针电极8的针尖处倒角。该电晕开关的场增强系数远远高于4。依据实验，当开关间隙取2.8mm，气压为0.7bar时，该开关的击穿电压仅为24kV。常用的电晕开关因采用单级“针-板”结构，其击穿电压受限于百、十千伏水平，难以应用于兆伏水平的脉冲功率装置。

发明内容

为了克服常用的电晕开关击穿电压受限于百、十千伏的不足，本发明提供了一种兆伏低抖动多级电晕开关。

本发明的技术解决方案是提供一种兆伏低抖动多级电晕开关，包括开关腔体、设置在开关腔体内的开关组件、充满开关腔体的绝缘气体，其特殊之处在于：

上述开关组件包括一个平板电极2、至少两个刀形电极1、设置在平板电极和刀形电极之间以及相邻刀形电极1之间的多个第二绝缘子5、用于将平板电极、刀形电极、第二绝缘子同轴固连在一起的绝缘螺杆4；

上述第二绝缘子的厚度均相同；

上述刀形电极1包括：结构与平板电极相同的平板11、设置在平板11其中一个侧面的环状刀刃12；

上述平板电极位于开关组件的一侧，所有刀形电极的环状刀刃均朝向平板电极。

本发明的开关还包括设置在平板电极2与螺杆之间以及刀形电极1与螺杆之间的第一绝缘子3；上述第一绝缘子与平板电极的厚度相同，其外径与第二绝缘子5的外径相同。

为了可以自由调节电极间隙距离，上述第一绝缘子3与平板电极2以及刀形电极之间胶结方式连接；上述第一绝缘子与螺杆之间螺纹方式连接；第二绝缘子5和螺杆4螺纹连接。

为了确保击穿电压抖动较低，上述环状刀刃的刀尖倒圆。

上述刀尖倒圆的半径为1mm。