含電暈間隙的多級氣體開關制造技術

本發明專利技術公開了一種含電暈間隙的多級氣體開關，用于解決現有多級氣體開關需要外加觸發系統，致使開關系統結構復雜的技術問題。技術方案是由電暈間隙和過壓擊穿間隙兩部分組成。開關內充六氟化硫氣體。當開關兩端電壓達到預定水平時，電暈間隙優先擊穿，過壓擊穿間隙隨后擊穿。電暈間隙具有良好的工作穩定性，可以穩定地觸發多級開關，使多級開關低抖動運行。因此，含電暈間隙的多級開關，可以在不加外觸發系統的條件下穩定運行，大大簡化了開關系統，并減小了開關系統體積。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種多級氣體開關，特別是涉及一種含電暈間隙的多級氣體開關。
技術介紹
脈沖功率
，開關技術具有特殊重要的地位。它決定了脈沖功率裝置的輸出特性，甚至是脈沖功率系統成敗的關鍵。氣體開關是一種通過等離子體流的產生、消散實現通、斷的開關。因其工作電壓高、通流能力強、重頻穩定性較好、工作壽命較高等特點，在脈沖功率領域得到了廣泛應用。目前，高電壓、高重頻是氣體開關的重要發展方向。然而，在對脈沖功率裝置的體積、重量有特殊要求的場合下，氣體開關的結構、重量也受到了制約。參照圖1。文獻“Rimfire:A Six Megavolt Laser-Triggered Gas Filled Switch for PBFA II 1987年第五屆IEEE脈沖功率會議文集第262至265頁”公開了一種含激光觸發間隙的多級開關。含激光觸發間隙的多級開關包含首端均壓盤1、末端均壓盤3、第一電極4、第一絕緣子5、第二電極6、第二絕緣子7、第三電極8和絕緣支撐9。所述的第一電極4是開孔球電極，所述的第二電極6是球電極，所述的第三電極8為盤形電極。第一電極4與第二電極6由第一絕緣子5作支撐，組成激光觸發間隙；每兩個第三電極8由第二絕緣子7作支撐，組成過壓擊穿間隙。第一電極4中心開孔，可引入激光。當激光到達觸發間隙時，觸發間隙優先擊穿，過壓間隙隨后擊穿。激光觸發間隙的電極間距為45mm。后面級聯15級電極間距為9mm過壓擊穿間隙。采用KrF激光器以及激光導引光路作為觸發系統。該KrF激光器可發射半高寬為22ns、單次脈沖能量為30mJ的激光。在4.48atm的六氟化硫環境中，這種含激光觸發間隙的多級開關擊穿電壓可達5MV。擊穿時間的標準差為1ns。雖然含激光觸發間隙的多級開關可實現高電壓、低抖動運行，但是需要外加觸發系統，致使開關系統結構復雜、體積龐大。
技術實現思路
為了克服現有多級氣體開關需要外加觸發系統，致使開關系統結構復雜的不足，本專利技術提供一種含電暈間隙的多級氣體開關。該多級氣體開關由電暈間隙和過壓擊穿間隙兩部分組成。開關內充六氟化硫氣體。當開關兩端電壓達到預定水平時，電暈間隙優先擊穿，過壓擊穿間隙隨后擊穿。電暈間隙具有良好的工作穩定性，可以穩定地觸發多級開關，使多級開關低抖動運行。因此，含電暈間隙的多級開關，可以在不加外觸發系統的條件下穩定運行，大大簡化了開關系統，并減小了開關系統體積。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種含電暈間隙的多級氣體開關，其特點是包括首端均壓盤1、拉桿2、末端均壓盤3、第一電極4、第一絕緣子5、第二電極6、第二絕緣子7和第三電極8。所述的第一電極4是環形刀刃形，刀尖做倒圓處理。所述的第二電極6是平板電極，所述的第三電極8為盤形電極，所述的第一絕緣子5邊緣刻槽。第一電極4與第二電極6相對放置，兩者由第一絕緣子5支撐，組成電暈間隙；每兩個第三電極8相對放置，由第二絕緣子7支撐，組成過壓擊穿間隙。首端均壓盤1和末端均壓盤3兩者之間形成均勻電場，避免了外界電場對內部的干擾。首端均壓盤1和末端均壓盤3上沿圓周方向開孔，用以插入拉桿2。拉桿2兩端有螺紋，螺紋露在均壓盤外側。裝配時在拉桿2兩端安裝螺母，并通過調整螺母松緊度改變首端均壓盤1、末端均壓盤3間距，進而將所有電極和絕緣子壓實、固定。所述的首端均壓盤1、末端均壓盤3、第一電極4、第二電極6和第三電極8的材料采用304不銹鋼。所述的拉桿2材料采用尼龍1010。所述的第一絕緣子5和第二絕緣子7的材料采用MC尼龍或聚酰亞胺任意一種。本專利技術的有益效果是：含電暈間隙的多級氣體開關由電暈間隙和過壓擊穿間隙組成。開關級數可調。第一電極采用環形刀刃形狀。刀尖處的電場較高。盤形電極的邊緣為橢球形。橢球形邊緣可形成準均勻場。在開關充電過程中，由于第一電極的尖端電場較高，在等離子體放電通道未形成前刀尖處可形成局部自持放電，即電暈層。電暈層弱化了刀尖附近的電場，抑制了有效種子電子的產生，進而抑制了預擊穿的發生。隨著充電電壓的升高，電暈層周圍的場強逐漸提高，并逐步向第二電極方向發展。當且僅當電壓到達指定水平時，有效種子電子可以產生，進而形成等離子體放電通道，使開關發生擊穿。在等離子體消散過程中，等離子通道的熱量可通過熱交換的方式，傳導至盤形電極。這大大提高了氣體的絕緣恢復速度，從而提高了開關的工作頻率。在無外加觸發系統和吹氣系統條件下，含電暈間隙的多級氣體開關的擊穿電壓可以達到兆伏量級，工作頻率可以達到百赫茲。下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作詳細說明。附圖說明圖1是
技術介紹
含激光觸發間隙的多級氣體開關的結構示意圖。圖2是本專利技術含電暈間隙的多級氣體開關的結構示意圖。圖3是本專利技術實施例含電暈間隙的多級氣體開關對應的梳狀電壓波形圖。圖中，1-首端均壓盤，2-拉桿，3-末端均壓盤，4-第一電極，5-第一絕緣子，6-第二電極，7-第二絕緣子，8-第三電極，9-絕緣支撐。具體實施方式以下實施例參照圖2-3。本專利技術含電暈間隙的多級氣體開關包括首端均壓盤1、拉桿2、末端均壓盤3、第一電極4、第一絕緣子5、第二電極6、第二絕緣子7和第三電極8。所述的第一電極4是環形刀刃形，所述的第二電極6是平板電極，所述的第三電極8為盤形電極。第一電極4與第二電極6相對放置，兩者由第一絕緣子5支撐，組成電暈間隙；每兩個第三電極8相對放置，由第二絕緣子7支撐，組成過壓擊穿間隙。首端均壓盤1和末端均壓盤3兩者之間可形成均勻電場，避免了外界電場對內部的干擾。首端均壓盤1和末端均壓盤3上沿圓周方向開孔，用以插入拉桿2。拉桿2兩端有螺紋，螺紋露在均壓盤外側。裝配時在拉桿2兩端安裝螺母，并通過調整螺母松緊度，改變首端均壓盤1、末端均壓盤3間距，進而將所有電極和絕緣子壓實、固定。所述的首端均壓盤1、末端均壓盤3、第一電極4、第二電極6、第三電極8的材料采用304不銹鋼。拉桿2的材料采用尼龍1010。第一絕緣子5、第二絕緣子7的材料采用MC尼龍、聚酰亞胺中任意一種。所述的電暈間隙：取1級電暈間隙，位于開關首端，靠近陰極。其中，第一電極4的直徑為100mm，其刀刃厚度取1mm，刀尖做倒圓處理。第一絕緣子5厚度為18mm。第一絕緣子5邊緣刻槽，以提高爬電距離。刀尖到第二電極6的距離為15mm。所述的過壓擊穿間隙：取6級過壓擊穿間隙。第三電極8共5件，直徑均為120mm。第二絕緣子7的厚度為11mm。兩個正對的第三電極8邊緣的最近距離為5mm。首端均壓盤1和末端均壓盤3的直徑均為232mm。沿直徑180mm圓周方向均勻開8個拉桿孔。拉桿2長115mm，兩端攻M10螺紋。擊穿電壓抖動定義為擊穿電壓的標準差與平均值之比。在絕對壓力為5atm的六氟化硫氣體環境下，該開關能夠穩定工作在百赫茲頻率下，擊穿電壓達1.1兆伏，擊穿電壓抖動＜2％。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含電暈間隙的多級氣體開關，其特征在于：包括首端均壓盤(1)、拉桿(2)、末端均壓盤(3)、第一電極(4)、第一絕緣子(5)、第二電極(6)、第二絕緣子(7)和第三電極(8)；所述的第一電極(4)是環形刀刃形，刀尖做倒圓處理；所述的第二電極(6)是平板電極，所述的第三電極(8)為盤形電極，所述的第一絕緣子(5)邊緣刻槽；第一電極(4)與第二電極(6)相對放置，兩者由第一絕緣子(5)支撐，組成電暈間隙；每兩個第三電極(8)相對放置，由第二絕緣子(7)支撐，組成過壓擊穿間隙；首端均壓盤(1)和末端均壓盤(3)兩者之間形成均勻電場，避免了外界電場對內部的干擾；首端均壓盤(1)和末端均壓盤(3)上沿圓周方向開孔，用以插入拉桿(2)；拉桿(2)兩端有螺紋，螺紋露在均壓盤外側；裝配時在拉桿(2)兩端安裝螺母，并通過調整螺母松緊度改變首端均壓盤(1)、末端均壓盤(3)間距，進而將所有電極和絕緣子壓實、固定。

【技術特征摘要】
1.一種含電暈間隙的多級氣體開關，其特征在于：包括首端均壓盤(1)、拉桿(2)、末端均壓盤(3)、第一電極(4)、第一絕緣子(5)、第二電極(6)、第二絕緣子(7)和第三電極(8)；所述的第一電極(4)是環形刀刃形，刀尖做倒圓處理；所述的第二電極(6)是平板電極，所述的第三電極(8)為盤形電極，所述的第一絕緣子(5)邊緣刻槽；第一電極(4)與第二電極(6)相對放置，兩者由第一絕緣子(5)支撐，組成電暈間隙；每兩個第三電極(8)相對放置，由第二絕緣子(7)支撐，組成過壓擊穿間隙；首端均壓盤(1)和末端均壓盤(3)兩者之間形成均勻電場，避免了外界電場對內部的干擾；首端均壓盤(1)和末端均壓盤(3)上沿圓周方向...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇建倉，高鵬程，曾搏，李銳，程杰，邱旭東，吳曉龍，喻斌雄，
申請(專利權)人：西北核技術研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61