[实用新型]一种低触发阈值的多间隙气体开关

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多间隙气体开关。

背景技术

开关是脉冲功率装置的核心器件之一，其性能直接影响装置的输出特性，气体开关具有工作电压高、传导电流大、触发响应快、触发抖动低、造价低等优点，在脉冲功率技术领域和高压电工技术领域有广泛应用。

目前气体开关一般采用电脉冲触发，要求触发脉冲具有较高的电压幅值。以FLTD(Fast Linear Transformer Driver)用的±100kV多间隙气体开关为例(姜晓峰，孙凤举，梁天学等.一种多间隙气体开关击穿特性的实验研究[J].高电压技术,2009(01):103-107)，该气体开关由2个高压电极及5个环形电极组成，形成6个间距相同的气体间隙，最中间的环形电极为触发电极。在触发前，高压电极的电势分别为+100kV和-100kV，触发电极的电势为0，每个间隙承受电压约为33kV。当触发电极上施加触发脉冲时，与触发脉冲极性相反的3个间隙同时承受过电压击穿，剩余3个间隙在放电紫外光的环境下过电压击穿，开关导通。为保证开关触发抖动小于5ns，一般要求触发脉冲幅值大于140kV。

由于气体开关对触发脉冲幅值要求较高，导致触发系统复杂庞大，触发电缆可靠性难以保证。目前触发系统一般多级升压、逐级触发的技术路线，所需的触发脉冲幅值决定了触发系统升压级数。以FLTD用±100kV气体开关多路同步触发系统为例(陈林，王勐等.中物院快脉冲直线型变压器驱动源技术研究进展[J].高电压技术,2015(06):1798-1806),为保证触发系统输出脉冲在匹配负载上电压幅值大于100kV(施加在触发电极上电压200kV)，触发系统由同步机、点火机、触发Marx及可拓展触发单元四级升压结构构成。触发系统体积庞大复杂，难以保证其可靠性及稳定性，已成为FLTD装置发展的主要制约因素。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于电阻电容网络的低触发阈值的多间隙气体开关，解决了现有气体开关对触发脉冲幅值的要求较高的技术问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：

低触发阈值的多间隙气体开关，包括多间隙气体开关本体，有别于现有技术的是：多间隙气体开关本体的每个间隙均并联有外接电阻和外接电容，所有外接电容中至少有一个电容与其他电容的值不同。

基于以上方案，本实用新型还进一步作了如下优化：

所有外接电阻的阻值相同。

各外接电阻R取值根据开关工作电压U、最大允许泄漏电流I_m及间隙数目n确定，

各外接电容取值根据开关间隙分布电容容值确定，所有外接电容容值至少比开关间隙分布电容容值高一个量级。

所述多间隙气体开关本体主要由高压电极、中间电极、触发电极和绝缘外壳组成，其中，高压电极与中间电极沿轴向分布形成多个串联气体间隙，在绝缘外壳的侧面分别对应于每个中间电极的位置处开孔、放置有电极引出针，电极引出针一端与对应中间电极接触，电极引出针另一端位于绝缘外壳外，用于连接所述外接电阻和外接电容、同时也用于触发脉冲的引入。

所述外接电阻为玻璃釉电阻。

所述外接电容为陶瓷电容。

本实用新型的有益效果：

本实用新型在开关各间隙引入电容电阻网络，即并联外接电阻和电容，能够降低多间隙开关触发阈值，使开关在较低幅值触发脉冲作用下能够低抖动可靠导通，有利于简化FLTD触发系统、改善气体开关触发性能，促进FLTD脉冲功率源的应用。

通过在气体开关各间隙并联容值不同的电容，使得开关在触发过程中电压较集中分配于并联电容最小的间隙，导致该间隙更容易击穿，可有效降低开关触发阈值。

通过在气体开关各间隙并联相同阻值电阻，使得开关在直流耐压过程中各间隙电压分配更加均匀，可有效降低开关自放电概率。

附图说明

图1是本实用新型气体开关的纵剖面结构图。

图2是本实用新型包含外接电阻电容网络的低触发阈值气体开关外形示意图。

图3是本实用新型气体开关电路参数模型及触发过程中各间隙电压分配仿真结果。

图中，1.上高压电极，2.下高压电极，3.中间电极，4.触发电极，5.电极引出针，6.气嘴，7.绝缘外壳，8.电极支撑，9.电极绝缘插片，10外接电容，11外接电阻。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型进一步说明。