[发明专利]一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法

说明书

本发明公开了一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法，采用绝缘环保气体(如C₄F₇N、C₅F₁0O)和缓冲气体的混合气体作为初级脉冲源的初级绝缘气体。选择合适的混合气体比例，气体压力可选为常压，这将大幅降低对FLTD腔体机械强度要求，从而降低成本并提高运行维护效率，并具有很好的环境效益。经过实验，C₄F₇N‑空气混合气体在～20℃，绝对气压～1bar时具有高于100kV/cm的绝缘强度，可满足初级脉冲源的初级绝缘要求。本发明采用常压的绝缘环保气体和缓冲气体的混合气体替代目前初级脉冲源的一般采用变压器油或高压SF₆气体作为绝缘介质，降低了初级脉冲源的金属腔体耐高气压的要求，取得良好的环境效应。

【技术领域】

本发明属于高电压与绝缘技术领域，涉及一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法。

【背景技术】

高功率脉冲放电等离子体主要是指电流幅值MA以上，脉冲宽度为百纳秒的电脉冲通过金属丝阵、环形气体射流、金属箔制成的环形套筒等放电，使其电离形成柱对称等离子体构形，它们在轴向电流产生的电磁力作用下发生自箍缩(pinch)向轴线内聚运动，最终在对称轴附近滞止，形成高温高密等离子体，辐射高能X射线。MA级及以上的脉冲大电流源的建设将极大地促进国际上研究高温高密辐射等离子体。

脉冲大电流源一般由充电电源、初级脉冲源、脉冲传输线和负载组成，目前世界上电流幅值最大的脉冲源是美国圣地亚实验室2006年升级的ZR装置，ZR装置是基于Marx发生器为初级脉冲源，通过逐级脉冲压缩获得20MA的负载电流。本世纪初，俄罗斯科学院大电流研究所提出了快直线型变压器驱动源(Fast Linear Transformer Driver,简称FLTD)的概念，不需要像传统的Marx发生器逐级压缩产生快脉冲，FLTD的初级脉冲源是单级FLTD模块，可以直接产生百纳秒级快脉冲，装置运行效率和能量传输效率得到大幅提高，被公认为下一代数十MA电流、数MV电压、百TW级快Z箍缩驱动源最有前景的技术路线。

目前初级脉冲源，包括Marx发生器、单级FLTD模块，其外绝缘一般采用变压器油作为绝缘介质，这种绝缘方式成本高、运行维护便利性差、效率低。因此人们提出了气体绝缘的方法，当初级脉冲源工作电压较低(～50kV)时一般采用高压空气绝缘，当工作电压提高后，采用SF₆-空气混合气体绝缘，腔体内部绝对气压为2bar，绝缘强度要求100kV/cm。目前，SF₆由于强温室效应已经被禁止生产销售了，亟需发展新的气体绝缘方案。特别是当初级脉冲源尺寸增加后，对腔体的密封和抗压性能提出了更高的要求。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种初级脉冲源，包括Marx发生器以及单级FLTD模块，多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源；所述初级脉冲源包括金属腔体以及内部的电路元器件，所述金属腔体内填充有绝缘环保气体和缓冲气体的混合气体，所述绝缘环保气体和缓冲气体用于为电路元器件提供绝缘环境。

上述初级脉冲源的进一步改进在于：

所述金属腔体内的绝缘环保气体为C₄F₇N或C₅F₁₀O，缓冲气体为空气、氮气、二氧化碳或甲烷。

所述多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源，所述FLTD源中串联的单级FLTD模块共用一个金属腔体。

所述金属腔体为长方体或圆柱体。

一种常压气体外绝缘方法，包括以下步骤：