[发明专利]含电晕间隙的多级气体开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级气体开关，特别是涉及一种含电晕间隙的多级气体开关。

背景技术

脉冲功率技术领域，开关技术具有特殊重要的地位。它决定了脉冲功率装置的输出特性，甚至是脉冲功率系统成败的关键。气体开关是一种通过等离子体流的产生、消散实现通、断的开关。因其工作电压高、通流能力强、重频稳定性较好、工作寿命较高等特点，在脉冲功率领域得到了广泛应用。目前，高电压、高重频是气体开关的重要发展方向。然而，在对脉冲功率装置的体积、重量有特殊要求的场合下，气体开关的结构、重量也受到了制约。

参照图1。文献“Rimfire:A Six Megavolt Laser-Triggered Gas Filled Switch for PBFA II 1987年第五届IEEE脉冲功率会议文集第262至265页”公开了一种含激光触发间隙的多级开关。含激光触发间隙的多级开关包含首端均压盘1、末端均压盘3、第一电极4、第一绝缘子5、第二电极6、第二绝缘子7、第三电极8和绝缘支撑9。所述的第一电极4是开孔球电极，所述的第二电极6是球电极，所述的第三电极8为盘形电极。第一电极4与第二电极6由第一绝缘子5作支撑，组成激光触发间隙；每两个第三电极8由第二绝缘子7作支撑，组成过压击穿间隙。第一电极4中心开孔，可引入激光。当激光到达触发间隙时，触发间隙优先击穿，过压间隙随后击穿。激光触发间隙的电极间距为45mm。后面级联15级电极间距为9mm过压击穿间隙。采用KrF激光器以及激光导引光路作为触发系统。该KrF激光器可发射半高宽为22ns、单次脉冲能量为30mJ的激光。在4.48atm的六氟化硫环境中，这种含激光触发间隙的多级开关击穿电压可达5MV。击穿时间的标准差为1ns。虽然含激光触发间隙的多级开关可实现高电压、低抖动运行，但是需要外加触发系统，致使开关系统结构复杂、体积庞大。

发明内容

为了克服现有多级气体开关需要外加触发系统，致使开关系统结构复杂的不足，本发明提供一种含电晕间隙的多级气体开关。该多级气体开关由电晕间隙和过压击穿间隙两部分组成。开关内充六氟化硫气体。当开关两端电压达到预定水平时，电晕间隙优先击穿，过压击穿间隙随后击穿。电晕间隙具有良好的工作稳定性，可以稳定地触发多级开关，使多级开关低抖动运行。因此，含电晕间隙的多级开关，可以在不加外触发系统的条件下稳定运行，大大简化了开关系统，并减小了开关系统体积。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含电晕间隙的多级气体开关，其特点是包括首端均压盘1、拉杆2、末端均压盘3、第一电极4、第一绝缘子5、第二电极6、第二绝缘子7和第三电极8。所述的第一电极4是环形刀刃形，刀尖做倒圆处理。所述的第二电极6是平板电极，所述的第三电极8为盘形电极，所述的第一绝缘子5边缘刻槽。第一电极4与第二电极6相对放置，两者由第一绝缘子5支撑，组成电晕间隙；每两个第三电极8相对放置，由第二绝缘子7支撑，组成过压击穿间隙。首端均压盘1和末端均压盘3两者之间形成均匀电场，避免了外界电场对内部的干扰。首端均压盘1和末端均压盘3上沿圆周方向开孔，用以插入拉杆2。拉杆2两端有螺纹，螺纹露在均压盘外侧。装配时在拉杆2两端安装螺母，并通过调整螺母松紧度改变首端均压盘1、末端均压盘3间距，进而将所有电极和绝缘子压实、固定。

所述的首端均压盘1、末端均压盘3、第一电极4、第二电极6和第三电极8的材料采用304不锈钢。

所述的拉杆2材料采用尼龙1010。

所述的第一绝缘子5和第二绝缘子7的材料采用MC尼龙或聚酰亚胺任意一种。

本发明的有益效果是：含电晕间隙的多级气体开关由电晕间隙和过压击穿间隙组成。开关级数可调。第一电极采用环形刀刃形状。刀尖处的电场较高。盘形电极的边缘为椭球形。椭球形边缘可形成准均匀场。在开关充电过程中，由于第一电极的尖端电场较高，在等离子体放电通道未形成前刀尖处可形成局部自持放电，即电晕层。电晕层弱化了刀尖附近的电场，抑制了有效种子电子的产生，进而抑制了预击穿的发生。随着充电电压的升高，电晕层周围的场强逐渐提高，并逐步向第二电极方向发展。当且仅当电压到达指定水平时，有效种子电子可以产生，进而形成等离子体放电通道，使开关发生击穿。在等离子体消散过程中，等离子通道的热量可通过热交换的方式，传导至盘形电极。这大大提高了气体的绝缘恢复速度，从而提高了开关的工作频率。在无外加触发系统和吹气系统条件下，含电晕间隙的多级气体开关的击穿电压可以达到兆伏量级，工作频率可以达到百赫兹。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。