[发明专利]一种真空间隙微能量智能老炼装置

说明书

本发明公开了一种真空间隙微能量智能老炼装置，包括高压电源模块、电压调理模块、能量控制模块、老炼进度评估模块和中央控制模块。高压电源模块经电压调理模块输出至并联连接的真空间隙和老炼能量控制模块；电压调理模块实现高压电源和真空间隙的能量隔离，真空间隙击穿后的老炼能量仅由老炼能量控制模块提供，同时在真空间隙两端实现连续的电压脉冲；老炼进度评估模块采集击穿信息，将其传输至中央控制模块；中央控制模块根据击穿信息，评估老炼进程，将控制参数输出至高压电源模块和能量控制模块，智能调节老炼电压和老炼能量。该装置可实现能量从mJ量级到J量级的精确控制，并可根据老炼进程智能调节老炼电压和老炼能量，实现较高的老炼效率和较好的老炼效果。

技术领域

本发明涉及真空间隙老炼技术领域，具体涉及一种可以在真空间隙的老炼过程中实现mJ～J级可调老炼能量，并实时监测老炼状况，依据多参量综合调整老炼电压和老炼能量的真空间隙微能量智能老炼装置。

背景技术

提高真空间隙的绝缘性能，是诸多领域的迫切需求，如粒子加速器、行波管、中子源、真空开关等，而老炼是目前提高真空间隙绝缘性能最普遍的措施。

老炼一般指通过电弧烧蚀等方式去除电极表面绝缘缺陷，进而提高间隙绝缘能力的过程。电极表面在微观尺度下不可避免的存在起伏。当电极间承受高压时，较尖锐的微凸起会产生较高的局部电场，易引起击穿。一般用场致增强系数β描述局部电场增强程度。Okubo等(H.Okubo,T.Yasuoka,et al.“Electrode conditioning mechanism based onpre-breakdown current under non-uniform electric field in vacuum,”in 200823rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation inVacuum,Sep.2008.)研究发现老炼主要是通过电弧烧蚀局部微凸起，将其钝化或移除，降低击穿场致增强系数β从而实现击穿电压的提升。然而电弧烧蚀对触头表面形貌的改变具有较大随机性，这与电弧能量有较大关系。较大的电弧能量在移除原有缺陷的同时也可能产生新的缺陷，例如Kondo等(F.Kondo,H.Kojima,et al.“Suppression of ConditioningEffect in Vacuum by Micro-protrusions from Anode,”in 2019 5th InternationalConference on Electric Power Equipment-Switching Technology(ICEPE-ST),Oct.2019,pp.467–471.)发现较大的电弧能量烧蚀可能会导致微粒从阳极飞出附着在阴极上形成较大微凸起，对老炼效果起限制作用。Kojima等(H.Kojima,T.Takahashi,et al.“Dependence of spark conditioning on breakdown charge and electrode materialunder a non-uniform electric field in vacuum,”IEEE Transactions onDielectrics and Electrical Insulation,vol.23,no.5,pp.3224–3230,Oct.2016.)采用加装限流电阻的方式研究了老炼放电量对老炼饱和击穿电场强度的影响，发现在多种情况下存在放电量越小，饱和击穿电场强度越高，但是老炼达到饱和所需次数越多的情况。也就是说，老炼能量越低，老炼效果越好，但是老炼效率越低。文献中还提到，真空间隙一般需要上千次老炼才能达到较为理想的效果，因此老炼效率也是设计老炼装置时需要重点考虑的因素。