[实用新型]一种激光触发快速闭合高压真空开关

说明书

本实用新型公开了一种激光触发快速闭合高压真空开关，属于高压大容量脉冲功率闭合开关技术领域。本实用新型通过激光触发系统产生脉冲激光，脉冲激光在开关组件中与触发材料作用产生等离子体，导通带通光孔静电极和下电极之间的间隙，随后机构联动组件驱动下电极运动，使带通光孔静电极和下电极闭合。本实用新型利用激光触发的方式确保真空间隙快速、高精度导通，在电流导通后快速闭合间隙，减少大电流对电极和触发材料的烧蚀，大幅提升真空开关的通流容量和使用寿命，同时满足脉冲功率系统重复动作需求；优化设计触发光路，进一步提升激光触发快速闭合真空开关的通流容量、使用寿命和重频特性。采用模块化设计提升开关运行可靠性和安装便捷性。

技术领域

本实用新型属于高压大容量脉冲功率闭合开关技术领域，尤其涉及一种激光触发快速闭合高压真空开关。

背景技术

近年来脉冲功率技术在国防、科研、工业应用等多个重要领域取得广泛应用。随着脉冲功率装置容量的不断增长及对波形质量相关参数要求的不断提高，对脉系统中多种核心器件的性能均提出了更高更全面的要求。脉冲功率闭合开关作为系统末端器件，决定着系统容量、波形质量、运行稳定性等关键技术指标。研发综合性能更优、容量更大的脉冲功率闭合开关对未来我国脉冲功率系统的发展起到至关重要的作用。根据开关运行特点不同，可将目前常见的脉冲功率闭合开关分为气体开关、真空开关、电力电子开关几种。其中气体开关具有耐压高、导通时延短等优点，但受绝缘气体自身特性影响，气体开关通流能力及使用寿命相对有限；电力电子开关具有通流量大、触发时延短、精度高等优势，但其较高的通态损耗和生产成本限制其应用范围；真空开关以真空为绝缘介质，具有载流量大、重频特性好、体积小、免维护等优势。根据触发方式不同，脉冲功率闭合开关可分为多种类型。激光触发真空开关(laser triggered vacuum switch,LTVS)综合了激光触发气体开关与电脉冲触发真空开关的技术优点，利用高能脉冲激光与开关内触发材料相互作用产生初始等离子体快速闭合真空间隙，具有时延短、精度高、工作电压范围宽、使用寿命长等优点。此前研究表明，LTVS工作电压低至几十伏，载流量可达数百库伦，触发精度低于2ns，在电磁发射系统、直流系统保护等多种高耐压、宽电压范围下关合大电流领域均展现出绝佳的应用前景。

脉冲功率装置不断提升的系统参数要求其闭合开关具有更高的触发精度、更宽的电压范围、更强的通流能力、更优的重频特性和更长的使用寿命，部分大型脉冲功率系统单次释放的电流量可达数千库伦，且对开关动作精度和重复频率有一定要求。综上所述，受限于开关结构或工作原理等原因，现有的脉冲功率闭合开关通常难以较好满足这些技术指标。

真空断路器属于常闭型开关器件，主要负责在电力系统发生故障时能有效切断故障电流，其性能可靠对保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。目前在中低压输配电领域真空断路器占据了绝对领先地位。现有真空断路器多采用弹簧或永磁操动机构完成分闸动作，分闸速度相对较慢(一般为1m/s左右)。随着电力系统的不断发展，为满足部分应用场合的快速开断需求，有学者设计研制了快速操动机构，可大幅提升真空断路器的分闸速度。

针对大容量脉冲功率系统的需求，若能结合激光触发真空开关与真空断路器的技术特点设计一种新型激光触发快速闭合真空开关，接到系统闭合指令时利用激光触发的方式实现真空间隙快速高精度导通；同时控制快速操动机构与激光触发系统配合，在适当时刻驱动电极运动，使电流导通后两电极能快速接触并可靠闭合，完成真空间隙合闸动作，利用电极接触后极低的接触电阻实现系统后续大电流的可靠快速泄放。电流泄放完毕后控制操动机构驱动电极分闸，恢复真空间隙初始的绝缘状态，以满足脉冲功率系统的重复动作需求。通过优化开关内触发材料的材料种类、结构和数量实现其短时延、高精度快速导通，同时有效提升开关使用寿命。触发光路可采用空间光路或光纤光路可靠触发间隙导通，提升触发系统的可靠性和便捷性。利用特殊设计的触发控制系统实现激光触发系统与快速操动机构行程的协同配合，确保快速有效的闭合真空间隙。在此基础上获得高精度、大容量、高重频、长寿命的新型脉冲功率闭合开关。

实用新型内容