[其他]大容量场畸变火花开关

说明书

大容量场畸变火花开关是一种高压电器，是大脉冲功率技术中，使已充好电的电容器组在微秒量级时间内将能量对负载释放的整个装置中的关键部件。

一般电力系统所用的开关是不能满足这种装置要求的。普通高电压设备所用的球间隙，其性能，如开关放电时延及同步性等也不如本开关性能好(可参阅“高电压试验技术”一书中有关章节，系1982年清华大学出版社出版)。

为制造一种大容量的，能在小于100毫微秒的时间内迅速导通且同步性能好，时延分散性为毫微秒量级、结构简单的开关，並根据多个开关並联运行的要求，本实用新型设计了大容量场畸变火花开关。

开关的外部直径₁为200毫米，内腔半径₂为140毫米，内腔体高H₁为122毫米。其纵剖面图见图1。图中〔1〕为瓷套(或玻璃套)，〔2〕为上主电极，〔3〕为触发极，〔4〕为绝缘筒，〔5〕为下主电极，〔6〕为下绝缘盖，〔7〕为橡胶圈，〔8〕为压环，〔9〕为螺母，〔10〕为放气阀，〔11〕〔12〕为橡胶圈，〔13〕为上绝缘盖，〔14〕为进气嘴，〔15〕为压紧螺母。上下两个主电极，中间的触发极和三个绝缘套筒〔4〕、〔6〕、〔13〕是开关的主要部件，並由触发极把上述主要部件连成一个整体装置。主电极是中空的环状结构，端部为半球形並由铜钨合金材料制成，且主电极沿上有孔。触发极采用铜钨合金和不锈钢压配合加铆接而成，在正对主电极处有四个45°的小孔。

触发前，开关中电极间电场均匀分布。触发时，使电场强烈畸变，局部地方产生很高的电场强度，导致开关迅速导通。开关中电极的形状，尺寸，相互位置等关键参数需经过计算並通过实验才能最后确定。一般主电极间的间隙距离H可小于等于10毫米，触发极相对主电极处于0.4H的位置，触发极尖端曲率半径r可为2～3毫米(见图2)。其性能参数可达：

工作电压：18～60KV

峰值电流：180KA

放电时延：小于100ns

放电时延分散性：±10ns

开关工作范围：65％

大容量场畸变火花开关用于高电压大电流脉冲装置上，如等离子体及核聚变研究、激光技术，粒子加速器，海底探矿设备，击波实验等。使用时，将所要连通电路的两根接线分别与开关主电极相连(如图3所示)，需导通时在火花开关触发极上加一定极性和幅值的触发脉冲〔16〕，即可使主电极间迅速导通。