[发明专利]一种高压四断口激光触发真空开关

说明书

技术领域

本发明属于高压大容量功率开关技术领域，涉及一种高压四断口激光触发真空开关。

背景技术

近年来我国国防、科研、电力系统保护等多个关键技术领域对脉冲功率技术的应用与研究需求不断增长，研发一种大功率、高重频、工作性能优异的脉冲功率开关器件势在必行。目前针对脉冲功率系统中闭合开关的研究主要可分为气体触发开关和真空触发开关两个方向，按其触发方式区分又有电脉冲触发和激光触发两种类型。电脉冲触发开关主要依赖其触发极与主电极间的高能脉冲放电来产生初始等离子体导通主间隙，具有结构简单、通流量大的优点；但维持其良好工作性能所需的触发能量过高，且电弧对其触发极及触发极涂覆材料存在严重的烧蚀作用，影响电脉冲触发开关的应用范围和使用寿命。激光触发开关采用激光脉冲作为触发源，具有触发系统电气隔离、重复触发控制简单的特点。激光触发气体开关受其绝缘气体电气特性的影响，重频开断能力相对较差；此外，为获得良好的工作性能，激光触发气体开关需维持较高的工作欠压比及一定充气压力，限制了其应用范围。

激光触发真空开关是一种综合了电脉冲触发真空开关和激光触发气体开关技术优点的一种新型脉冲功率闭合开关器件，其以高能量密度的激光脉冲轰击靶电极中触发靶材，产生大量初始等离子体使真空间隙能快速导通；利用真空短间隙良好的绝缘性能和极为优异灭弧能力获得更佳的重频开断特性。相较于激光触发气体开关，激光触发真空开关具有导通延时短、触发精度高、工作电压范围宽、触发可靠性高、重频开断特性优良、工作寿命长、抗干扰能力强等优点，在诸多应用领域都展现出了极大的发展潜力。但受限于真空间隙耐压水平与其间隙距离间存在非线性增长关系，提升单断口激光触发真空开关的电压等级较为困难。国内外现有的激光触发真空开关产品的电压等级相对较低且性能有限，难以满足高压系统对大容量激光触发真空开关的工作性能需求。

基于高压多断口真空开关技术的研究基础，若将多个激光触发真空间隙串联，组成一种新型多断口激光触发真空开关以提升其应用电压等级；设置串联真空间隙的布置方式使间隙间获得更为均匀的电压分布关系，满足多断口激光触发真空开关的同步导通需求；改变真空间隙内靶电极的数量和位置，使间隙内能产生更多初始等离子体以提升开关的同步导通性能；设计开关的同步触发系统，控制激光器同时产生多路能量相等的平行激光，实现多个激光触发真空间隙的同步触发，以此获得性能更优、容量更大的激光触发真空开关产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高压四断口激光触发真空开关，通过设置四个串联的激光触发真空间隙的布置方式来优化间隙间电压分布关系，满足多断口激光触发真空开关的同步导通需求；改变真空间隙内靶电极数量使间隙内能产生更多初始等离子体，提升激光触发真空开关的同步导通性能；设计同步触发系统，使激光器同时发出多路能量相等的平行激光，实现高压四断口激光触发真空开关快速、同步导通。

本发明的技术方案：

一种高压四断口激光触发真空开关，包括同步触发系统、四个串联的平板电极结构的激光触发真空间隙、高压接线端子、接线端子、低压接线端子、支撑绝缘子、空心绝缘支柱、双层架台和底座；

所述的四个激光触发真空间隙分别位于架台的上、下两层上，四个激光触发真空间隙经三个接线端子首尾相连，形成一个等腰梯形，各激光触发真空间隙分别位于等腰梯形的顶点处，同一侧两个激光触发真空间隙的连线与地面的夹角为45°，此布置方式可使串联真空间隙间的电压均匀分布，避免不同欠压比下各激光触发真空间隙的导通延时及触发精度差异对高压四断口激光触发真空开关的同步导通性能的影响，同时可在一定程度上提升开关的应用电压等级；高压四断口激光触发真空开关经高压接线端子、低压接线端子与外部系统连接；各激光触发真空间隙通过支撑绝缘子和/或绝缘支柱被分别竖直固定在双层架台上，保证开关的机械稳定性及外绝缘需求，底座设置于双层架台下方，用于支撑整个高压四断口激光触发真空开关；

所述的平板型激光触发真空间隙包括绝缘外壳、上端盖法兰、下端盖法兰、阳极导电杆、阴极导电杆、隔挡盖、高透光学玻璃、密封可阀、屏蔽罩、阳极触头、阴极触头、通光孔、触发靶材和靶电极；

所述的绝缘外壳为带伞群的圆柱状腔体，其上下两端分别由上端盖法兰、下端盖法兰密封；阳极导电杆为空心圆柱，通过上端盖法兰实现密封；阴极导电杆与下端盖法兰密封连接；阳极导电杆顶部接有隔档盖，隔档盖内嵌有高透光学玻璃和密封可阀，高透光学玻璃经密封可阀密封连接在阳极导电杆的顶部，在保证触发间隙内真空度的同时提供激光通道；