兆伏低抖动多级电晕开关制造技术

一种兆伏低抖动多级电晕开关，包括刀形电极1、平板电极2、第一绝缘子3、螺杆4、第二绝缘子5。该电晕开关含多级电晕间隙；电晕间隙采用“刀—板”电极结构；各电晕间隙的电极距离可调；电晕开关充六氟化硫气体。开关工作时，某一级电晕间隙优先击穿，随后剩余的电晕间隙在过电压下发生击穿。由于各级电晕间隙结构相同，各级电晕间隙的击穿电压相同。这种相同电晕间隙级联的结构，保证了击穿电压抖动较低，降低了电场增强系数，提高了电晕间隙的击穿电压，保证过压击穿的电晕间隙有足够高的欠压比，从而获得较快的输出脉冲前沿。

MV low jitter multistage corona switch

A low jitter multistage switch ZOF corona, including knife electrode 1, flat electrodes 2, 3, 4, the first insulator insulator 5 screw second. The corona switch comprises a multistage corona gap; the corona gap adopts a knife plate electrode structure; the electrode distance of each corona gap is adjustable; the corona switch is charged with six sulfur hexafluoride gas. When a switch is operated, a corona gap is preferentially punctured, and then the remaining corona gap breaks down at an overvoltage. As the corona gap structure is the same at all levels, the breakdown voltage of corona gap at all levels is the same. The structure of this same corona cascade to ensure the gap, breakdown voltage, low jitter, reduces the electric field enhancement factor, improve the breakdown voltage of the corona corona gap gap, ensure enough breakdown voltage ratio is high, so as to get faster output pulse front.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于脉冲功率
，涉及一种兆伏低抖动多级电晕开关。
技术介绍
电晕开关是一种低抖动重频气体开关。电晕开关利用电晕稳定原理，实现高频率、低抖动工作，被广泛应用于脉冲功率领域。场增强系数是电场最大值与平均值之比。根据场增强系数的大小，场增强系数为1的电场为均匀场；场增强系数介于1和4之间的电场为稍不均匀场；场增强系数大于4的电场为极不均匀场。电晕放电是极不均匀场中一种自持放电形式。在重频工作条件下，电晕放电可有效抑制开关的预击穿，降低开关的击穿电压抖动。常见的电晕开关采用“针-板”电极结构，以形成极不均匀场，为电晕放电提供条件。然而，当场增强系数过高时，电晕开关的击穿电压会严重削减。一方面，电晕开关受到高场增强系数的制约，另一方面，单级电晕开关的电极间距有限。电晕开关的击穿电压受限于百、十千伏水平，难以应用于兆伏水平的脉冲功率装置。目前，尚缺乏一种电晕开关，在保证击穿电压抖动低、工作频率高、输出特性良好的基础上，将击穿电压提高到兆伏水平。参照图1，2011年IEEE脉冲功率会议文集736至740页题为“Experimentalstudiesofaself-synchronising，multipin-plane，coronastabilizationclosingswitch”的文章公布了一种单级“多针-板”结构的电晕开关。该开关由第一平板电极6、第二平板电极7、针电极8、绝缘子9组成。第一平板电极6、第二平板电极7、多个针电极8的材料均为铜。绝缘子9的材料为有机玻璃。针电极8位于第一平板电极6的一侧，沿圆周方向均匀分布，与第二平板电极6正对，形成“多针-板”结构。针电极8的针尖处倒角。该电晕开关的场增强系数远远高于4。依据实验，当开关间隙取2.8mm，气压为0.7bar时，该开关的击穿电压仅为24kV。常用的电晕开关因采用单级“针-板”结构，其击穿电压受限于百、十千伏水平，难以应用于兆伏水平的脉冲功率装置。
技术实现思路
为了克服常用的电晕开关击穿电压受限于百、十千伏的不足，本专利技术提供了一种兆伏低抖动多级电晕开关。本专利技术的技术解决方案是提供一种兆伏低抖动多级电晕开关，包括开关腔体、设置在开关腔体内的开关组件、充满开关腔体的绝缘气体，其特殊之处在于：上述开关组件包括一个平板电极2、至少两个刀形电极1、设置在平板电极和刀形电极之间以及相邻刀形电极1之间的多个第二绝缘子5、用于将平板电极、刀形电极、第二绝缘子同轴固连在一起的绝缘螺杆4；上述第二绝缘子的厚度均相同；上述刀形电极1包括：结构与平板电极相同的平板11、设置在平板11其中一个侧面的环状刀刃12；上述平板电极位于开关组件的一侧，所有刀形电极的环状刀刃均朝向平板电极。本专利技术的开关还包括设置在平板电极2与螺杆之间以及刀形电极1与螺杆之间的第一绝缘子3；上述第一绝缘子与平板电极的厚度相同，其外径与第二绝缘子5的外径相同。为了可以自由调节电极间隙距离，上述第一绝缘子3与平板电极2以及刀形电极之间胶结方式连接；上述第一绝缘子与螺杆之间螺纹方式连接；第二绝缘子5和螺杆4螺纹连接。为了确保击穿电压抖动较低，上述环状刀刃的刀尖倒圆。上述刀尖倒圆的半径为1mm。为了避免滑闪，上述第二绝缘子5的圆周侧面设置有凹槽。上述刀形电极1、平板电极2的材料采用304不锈钢；所述螺杆4、第一绝缘子3、第二绝缘子5的材料采用MC尼龙或聚酰亚胺。上述绝缘气体为六氟化硫气体。本专利技术的有益效果是：1、电极刀刃的尖端倒圆，圆的半径为1mm。经实验验证，该形状的电极可保证击穿电压抖动较低。开关级数和间距可调。2、各级结构相同，包括电极形状和电极距离。第一绝缘子3与刀形电极1粘接，中间开内螺纹，与螺杆4通过螺纹连接。通过螺纹结构可以自由调节电极间隙距离。第二绝缘子5通过螺纹与螺杆4连接，限定电极相对位置。各级的第二绝缘子5尺寸相同，使各级的电极间隙相同，即击穿电压相同，保证过压间隙的电晕间隙具备较高的欠压比，从而稳定过压击穿。在第一级电晕间隙击穿后、剩余间隙稳定过压击穿的情况下，输出脉冲前沿较快。3、多级“刀-板”结构的击穿电压相对较高。刀形电极1一侧为环状刀刃，另一侧为平面。在两个相邻的刀形电极1之间，相对的环状刀刃与平面构成了“刀-板”间隙。平板电极2位于多级电晕开关的末端。采用螺杆4将多个刀形电极1串联，使多个电晕间隙串联，其击穿电压是单级电晕间隙的数倍；将整体击穿电压提高至兆伏水平。4、电晕间隙采用“刀-板”电极结构，各电晕间隙的电极距离可调。“刀-板”结构可以产生稳定的电晕放电效果。同时，刀电极的耐烧蚀能力较强。通过调节电极距离，可以改变开关的击穿电压。5、该开关的电晕间隙采用“刀-板”结构，降低了电场增强系数，提高了电晕间隙的击穿电压。6、开关充六氟化硫气体。六氟化硫是一种电负性气体，有利于产生稳定的电晕放电。附图说明图1是现有单级“多针-板”电晕开关结构示意图。图中，6-第一平板电极；7-第二平板电极；8-针电极；9-绝缘子。图2是本专利技术兆伏低抖动多级电晕开关结构剖视图。图中，1-刀形电极；11-平板；12-环状刀刃；2-平板电极；3-第一绝缘子；4-螺杆；5-第二绝缘子。图3是本专利技术兆伏低抖动多级电晕开关结构三维图。图中，1-刀形电极；11-平板；12-环状刀刃；2-平板电极；3-第一绝缘子；4-螺杆；5-第二绝缘子。具体实施方式一种兆伏低抖动多级电晕开关，由刀形电极1、平板电极2、第一绝缘子3、螺杆4、第二绝缘子5组成。刀形电极1和平板电极2中间开通孔，用以嵌入第一绝缘子3。在刀形电极1、平板电极2与第一绝缘子3结合面涂抹F46胶。将第一绝缘子3压入刀形电极1、平板电极2上的通孔，再将其放入高温环境下，使F46胶层受热固化，保证刀形电极1、平板电极2与第一绝缘子3粘接牢靠。第一绝缘子3刻内螺纹，螺杆4相应刻外螺纹，两者通过螺纹旋接。第二绝缘子5和螺杆4螺纹连接，第二绝缘子5位于电极之间，可限定电极间的距离。为了避免滑闪，第二绝缘子5表面刻凹槽，增加爬电距离。刀形电极1、平板电极2的材料采用304不锈钢。螺杆4、第一绝缘子3、第二绝缘子5的材料采用MC尼龙、聚酰亚胺中任意一种。图2和图3所示为6级电晕间隙。其中，刀形电极1的直径为90mm，其刀尖倒圆，半径为1mm。刀形电极1中央开直径40mm通孔，内嵌第一绝缘子3。两者相接面通过F46胶粘接。第一绝缘子3和第二绝缘子5刻M20内螺纹，与螺杆4通过螺纹连接。螺杆4上相继串接6个刀形电极4与1个平板电极2，构成6级电晕间隙，每级间隙距离为1.5cm。根据仿真结果，单级电晕间隙的场增强系数为3.31，根据六氟化硫击穿电压计算公式：Vsingle＝1.321(pd)0.915f-0.85取气压p为4atm，间隙距离d为1.5cm，场增强系数f为3.3，则单级击穿电压Vsingle为166.7kV。则6级电晕间隙的总击穿电压为1MV。由于各级的结构相同，则过压击穿的电晕间隙欠压比为1。根据过压倍数定义，计算得出过压倍数与击穿顺序的关系，如下表所示：表过压倍数与击穿顺序的关系从表中可见，过电压最低为间隙击穿电压的1.2倍，且越靠后击穿的间隙过压倍数越高，最高为6倍。这种情况下，在某一级电晕间隙击穿后，剩余的电晕间隙可以稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兆伏低抖动多级电晕开关，包括开关腔体、设置在开关腔体内的开关组件、充满开关腔体的绝缘气体，其特征在于：所述开关组件包括一个平板电极(2)、至少两个刀形电极(1)、设置在平板电极和刀形电极之间以及相邻刀形电极(1)之间的多个第二绝缘子(5)、用于将平板电极、刀形电极、第二绝缘子同轴固连在一起的绝缘螺杆(4)；所述第二绝缘子的厚度均相同；所述刀形电极(1)包括：结构与平板电极相同的平板(11)、设置在平板(11)其中一个侧面的环状刀刃(12)；所述平板位于开关组件的一侧，所有刀形电极的环状刀刃均朝向平板电极。

【技术特征摘要】
1.一种兆伏低抖动多级电晕开关，包括开关腔体、设置在开关腔体内的开关组件、充满开关腔体的绝缘气体，其特征在于：所述开关组件包括一个平板电极(2)、至少两个刀形电极(1)、设置在平板电极和刀形电极之间以及相邻刀形电极(1)之间的多个第二绝缘子(5)、用于将平板电极、刀形电极、第二绝缘子同轴固连在一起的绝缘螺杆(4)；所述第二绝缘子的厚度均相同；所述刀形电极(1)包括：结构与平板电极相同的平板(11)、设置在平板(11)其中一个侧面的环状刀刃(12)；所述平板位于开关组件的一侧，所有刀形电极的环状刀刃均朝向平板电极。2.根据权利要求1所述兆伏低抖动多级电晕开关，其特征在于：还包括设置在平板电极(2)与螺杆之间以及刀形电极(1)与螺杆之间的第一绝缘子(3)；所述第一绝缘子与平板电极的厚度相同，其外径与第二绝缘子(5)的外径相同。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏程，曾搏，程杰，李锐，苏建仓，邱旭东，喻斌雄，张瑜，徐秀栋，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61