一种沿面击穿型两对棒极结构触发真空开关制造技术

本发明专利技术公开了一种沿面击穿型两对棒极结构触发真空开关；触发真空开关采用三段式结构，包括上段波纹状陶瓷外壳，下段波纹状陶瓷外壳，中段金属屏蔽罩，设置在金属屏蔽罩内的上电极和下电极，触发电极，上电极金属连杆，上电极法兰盘，下电极金属连杆以及下电极法兰盘；上电极法兰盘与上段波纹状陶瓷外壳连接，下电极法兰盘与下段波纹状陶瓷外壳连接，再与金属屏蔽罩共同构成密闭壳体；通过上段波纹状陶瓷外壳连接上电极法兰盘，以及通过下段波纹状陶瓷外壳连接下电极法兰盘能有效提高上电极法兰盘与下电极法兰盘之间的爬电距离。本发明专利技术工作电压高，燃弧面积大，导通过程的转移库仑量高，大电流下工作寿命长，电极烧蚀程度均匀，熄弧后工频耐压水平高。

【技术实现步骤摘要】
一种沿面击穿型两对棒极结构触发真空开关
本专利技术属于高电压电工电器
，更具体地，涉及一种沿面触发型两对棒极结构触发真空开关。
技术介绍
触发真空开关是利用真空作为阴阳极间的主间隙绝缘介质和灭弧介质，并采用特殊设计的触发电极控制开关闭合。随着脉冲功率技术的发展，要求与其配套的大功率开关能在高电压、大电流下工作，且能在触发能量较小的情况下稳定、多次触发。设备传统的触发真空开关采用的主电极结构多为平板电极或者多棒电极结构，触发极结构主要有两种：沿面触发型和场击穿型。目前传统的触发真空开关存在下列问题：(1)开关工作电压多为10kV中低压领域；(2)在通过大电流时，大电流的电弧可以等效成多根通有同向电流的导体，而通有同向电流的导体之间会相吸引，导致整个弧柱收缩，而弧柱的收缩会使电极的烧蚀加剧；(3)在大电流下工作多次后，电弧产生金属等离子体会沉积在触发沿面上导致开关寿命降低。例如电工技术学报第24卷第11期的《多棒极型触发真空开关触发特性》的图1所示的TVS电极结构，为了便于触发极沿面击穿产生的带电粒子飞向上电极，在上下电极之间产生电弧，瓷环顶面(即触发沿面)直接水平向上，正对上电极设置。但是，正由于其处于下电极中央的凹陷区域内，并且触发沿面水平向上暴露在电弧空间中，电弧产生金属等离子体极易沉积在触发沿面上，轻则降低触发沿面的触发能力，重则导致触发极与辅助阴极短路造成电极开关损坏。为了解决上述问题，专利CN201310172666.0提供了一种技术方案，如该专利的附图1所示，使用与金属触发极5导通的钼环4覆盖在陶瓷管3的上表面，仅将陶瓷管3的侧面暴露在电弧空间中。根据其[0033]段的记载，侧面涂覆的半导体涂覆层6的轴线方向与间隙电场方向平行，能最大限度降低间隙导通后金属液滴喷溅冷凝上去的概率，从而提高真空开关的寿命。但是，正由于半导体涂覆层6的轴线方向与间隙电场方向平行，导致其沿面法线方向与间隙电场方向垂直，亦即，带电粒子沿面飞出的方向与间隙电场方向垂直，极易被凹槽7的侧缘阻挡，造成无法飞出凹槽7，降低触发电弧的能力。只有飞出下电极凹槽7的带电粒子，才能如其[0012]段声称的沿着与沿面轴向平行的方向运动。因此，现有技术难以兼顾电弧导通率与使用寿命。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种沿面触发型两对棒极结构触发真空开关，旨在兼顾电弧导通率的同时解决现有技术中的开关工作电压低，在大电流下工作多次后，电弧产生金属等离子体会沉积在触发沿面上导致开关寿命降低的问题。本专利技术提供了一种沿面击穿型两对棒极结构的触发真空开关，触发真空开关采用三段式结构，包括上段波纹状陶瓷外壳，下段波纹状陶瓷外壳，中段金属屏蔽罩，设置在所述金属屏蔽罩内的上电极和下电极，布置在下电极平台中央的触发电极，上电极金属连杆，上电极法兰盘，下电极金属连杆以及下电极法兰盘；所述上电极通过所述上电极金属连杆与所述上电极法兰盘连接；所述下电极通过所述下电极金属连杆与所述下电极法兰盘连接；所述上电极法兰盘与所述上段波纹状陶瓷外壳连接，所述下电极法兰盘与所述下段波纹状陶瓷外壳连接，再与所述金属屏蔽罩共同构成密闭壳体；通过上段波纹状陶瓷外壳连接所述上电极法兰盘，以及通过下段波纹状陶瓷外壳连接所述下电极法兰盘能有效提高所述上电极法兰盘与所述下电极法兰盘之间的爬电距离。更进一步地，所述上电极包括上电极圆盘和两根棒状电极；所述上电极圆盘通过所述上电极连杆与所述上电极法兰盘连接，两根棒状电极从电极圆盘表面垂直伸出，分布在圆盘电极外沿，彼此互成180度圆心角；棒状电极的截面为近似梯形，边缘处有倒角。更进一步地，所述上电极的两根棒极与所述下电极的两根棒极交错排列，互成90度圆心角，相邻棒极之间的间隙与棒极顶端到相对电极圆盘之间的间隙距离相等。更进一步地，所述间隙距离为25mm。更进一步地，两根棒状电极的材料为铜铬合金。更进一步地，所述密闭壳体内的气压为10-3Pa～10-5Pa。更进一步地，所述上电极法兰盘和所述下电极法兰盘的材料为无氧铜。更进一步地，所述下电极包括下电极圆盘和两根棒状电极；下电极圆盘中央布置有触发电极，所述触发电极包括金属触发极、辅助阴极和陶瓷沿面；所述辅助阴极为圆环状，所述辅助阴极与所述下电极圆盘连接在一起且保持等电位；所述金属触发极通过触发极导杆延伸至下电极法兰盘以外，且与所述下电极法兰盘保持绝缘；通过所述金属触发极与所述辅助阴极之间的电位差，使涂釉的陶瓷沿面发生沿面闪络，从而产生大量初始等离子体。更进一步地，参与沿面闪络的陶瓷沿面长度为0.5mm～0.6mm。更进一步地，金属触发极和所述辅助阴极的材料为金属钼。本专利技术具有以下技术效果：(1)加大了主电极之间绝缘距离，达到了25mm，提高了开关耐压水平，使开关可以工作于35kV电压等级。(2)开关主电极采用两对棒状电极设计结构，能有效增加开关导通时的电弧通道数量及燃弧面积，从而避免了电弧集聚造成的电极烧蚀问题。(3)电弧通道数量及燃弧面积的增加，使得开关在导通过程的转移库仑量高，且每根棒状电极烧蚀程度均匀。(4)采用两对棒状电极设计结构使电弧通道分布在棒状电极之间，避免了开关导通过程中金属蒸汽在触发极上的沉积，提高了开关的工作寿命。(5)棒形电极的边缘采用倒角处理，使棒极间电场更加均匀，从而在触发真空开关熄弧后，棒极间的工频耐压水平较高，不会发生自击穿。(6)开关采用三段式设计结构，大大减小了陶瓷绝缘外壳的长度和直径，增强了外壳的机械强度并降低了外壳的制作加工难度。(7)由倾斜的陶瓷沿面直接连接金属触发极的顶面和辅助阴极的顶面，瓷环顶部不再具备平面构造，省去了瓷环顶部的钼环不仅能够降低复杂程度、节约成本，同时仍然能够达到避免带电粒子在瓷环顶部堆积的效果；(8)陶瓷沿面为斜面，则其法线方向为斜向上，即带电粒子飞出陶瓷沿面的方向为斜向上，更容易在间隙电场作用下飞至上电极，提高电弧导通率；(9)由于陶瓷沿面为斜面，带电粒子落下后，自然容易落在陶瓷沿面上，但是，正由于陶瓷沿面为斜面，带电粒子会直接沿着斜面下滑滚落至底部，而不会直接在陶瓷沿面上堆积，从而在兼顾电弧导通率的同时，延长使用寿命。附图说明图1是本专利技术触发真空开关的一种具体实施方案的结构示意图。图2为本专利技术实施的剖面图。在所有的附图中，相同的附图标记来表示相同的原件或结构，其中：1-1为上电极法兰盘；1-2为下电极法兰盘；2-1为上段波纹状陶瓷外壳；2-2为下段波纹状陶瓷外壳；3为金属屏蔽罩；4-1为上电极连杆；4-2为下电极连杆；5-1为上电极圆盘；5-2为下电极圆盘；6为上电极(阳极)；7为下电极(阴极)；8为触发电极；9为辅助阴极；10为陶瓷沿面；11为触发极连杆。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的目的是为了提高开关工作电压，将开关运用于35kV电压等级。所设计触发真空开关工作电压高，燃弧面积大，导通过程的转移库仑量高，大电流下工作寿命长，电极烧蚀程度均匀，熄弧后工频耐压水平高。本专利技术提供了一种沿面触发型两对棒极结构的触发真空开关，其结构为：上下两段波纹状绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沿面击穿型两对棒极结构的触发真空开关，其特征在于，所述触发真空开关采用三段式结构，包括上段波纹状陶瓷外壳(2‑1)，下段波纹状陶瓷外壳(2‑2)，中段金属屏蔽罩(3)，设置在所述金属屏蔽罩(3)内的上电极(6)和下电极(7)，布置在下电极(7)平台中央的触发电极，上电极金属连杆(4‑1)，上电极法兰盘(1‑1)，下电极金属连杆(4‑2)以及下电极法兰盘(1‑2)；所述上电极(6)通过所述上电极金属连杆(4‑1)与所述上电极法兰盘(1‑1)连接；所述下电极(7)通过所述下电极金属连杆(4‑2)与所述下电极法兰盘(1‑2)连接；所述上电极法兰盘(1‑1)与所述上段波纹状陶瓷外壳(2‑1)连接，所述下电极法兰盘(1‑2)与所述下段波纹状陶瓷外壳(2‑2)连接，再与所述金属屏蔽罩(3)共同构成密闭壳体；通过上段波纹状陶瓷外壳(2‑1)连接所述上电极法兰盘(1‑1)，以及通过下段波纹状陶瓷外壳(2‑2)连接所述下电极法兰盘(1‑2)能有效提高所述上电极法兰盘(1‑1)与所述下电极法兰盘(1‑2)之间的爬电距离。

【技术特征摘要】
1.一种沿面击穿型两对棒极结构的触发真空开关，其特征在于，所述触发真空开关采用三段式结构，包括：上段波纹状陶瓷外壳(2-1)、下段波纹状陶瓷外壳(2-2)、中段金属屏蔽罩(3)，设置在所述中段金属屏蔽罩(3)内的上电极(6)和下电极(7)，布置在所述下电极(7)的平台中央的触发电极、上电极金属连杆(4-1)、上电极法兰盘(1-1)、下电极金属连杆(4-2)以及下电极法兰盘(1-2)；所述上电极(6)通过所述上电极金属连杆(4-1)与所述上电极法兰盘(1-1)连接；所述下电极(7)通过所述下电极金属连杆(4-2)与所述下电极法兰盘(1-2)连接；所述上电极法兰盘(1-1)与所述上段波纹状陶瓷外壳(2-1)连接，所述下电极法兰盘(1-2)与所述下段波纹状陶瓷外壳(2-2)连接，再与所述中段金属屏蔽罩(3)共同构成密闭壳体；通过所述上段波纹状陶瓷外壳(2-1)连接所述上电极法兰盘(1-1)，以及通过所述下段波纹状陶瓷外壳(2-2)连接所述下电极法兰盘(1-2)能有效提高所述上电极法兰盘(1-1)与所述下电极法兰盘(1-2)之间的爬电距离；其中，所述触发电极包括金属触发极(8)、辅助阴极(9)和陶瓷沿面(10)；所述陶瓷沿面(10)位于所述辅助阴极(9)与所述金属触发极(8)之间，所述金属触发极(8)通过所述陶瓷沿面(10)与所述辅助阴极(9)保持绝缘；所述金属触发极(8)的顶面高于所述辅助阴极(9)的顶面，且两顶面之间的所述陶瓷沿面(10)为斜面。2.如权利要求1所述的触发真空开关，其特征在于，所述上电极(6)包括上电极圆盘(5-1)和两根棒状电极(6A、6B)；所述上电极圆盘(5-1)通过所述上电极连杆(4-1)与所述上电极法兰盘(1-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴玲，林福昌，张弛，毛新果，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42