一種雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，包括密閉殼體；密閉殼體由絕緣外殼及設(shè)置在絕緣外殼兩端的陰極法蘭和陽極法蘭構(gòu)成；密閉殼體的兩端分別設(shè)有陰極和陽極，陰極和陽極結(jié)構(gòu)相同，均包括電極底柱、電極平臺(tái)和設(shè)置于電極平臺(tái)上的多個(gè)棒狀電極，陰極的棒狀電極與陽極的棒狀電極相向延伸且相互交錯(cuò)排列，相鄰棒狀電極的間隙寬度相等，且該間隙寬度與棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙寬度相等；陰極和陽極中分別設(shè)有陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)和陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)。該開關(guān)可以保證無論主間隙的電壓為何種極性，都能夠穩(wěn)定觸發(fā)，能滿足電力系統(tǒng)工頻電壓下的應(yīng)用要求，通流能力更高，壽命更長(zhǎng)，且不易發(fā)生自擊穿。
【專利說明】一種雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]真空觸發(fā)開關(guān)是利用真空作為主間隙絕緣與滅弧介質(zhì)，通過外在的觸發(fā)電路提供觸發(fā)信號(hào)來控制導(dǎo)通的一種閉合開關(guān)。真空開關(guān)的觸發(fā)方式往往是單極性觸發(fā)，即觸發(fā)極與陰極安裝在一起，這是因?yàn)檎婵沼|發(fā)開關(guān)主要應(yīng)用于脈沖功率系統(tǒng)，開關(guān)主電極上所加電壓一般為單極性的，而電力系統(tǒng)工頻電壓存在正負(fù)兩個(gè)半波，所以真空觸發(fā)開關(guān)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較少。
[0003]目前，將傳統(tǒng)的單極性真空觸發(fā)開關(guān)(默認(rèn)觸發(fā)極位于陰極中心)用于電力系統(tǒng)，主要存在以下問題:(1)當(dāng)開關(guān)主間隙兩端為正半波時(shí)，開關(guān)能夠穩(wěn)定觸發(fā)，而當(dāng)開關(guān)主間隙兩端為負(fù)半波時(shí)，開關(guān)難以穩(wěn)定觸發(fā)；(2)開關(guān)熄弧后，主電極兩端由于燒蝕，使工頻擊穿電壓降低，導(dǎo)致開關(guān)容易發(fā)生自擊穿；(3)由于只有一個(gè)觸發(fā)極參與工作，主間隙導(dǎo)通時(shí)金屬蒸汽的沉積會(huì)使沿面短路，以至于無法正常觸發(fā)，觸發(fā)極的壽命會(huì)縮短；(4)由于觸發(fā)極觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的初始等離子體的擴(kuò)散過程受到開關(guān)內(nèi)部電場(chǎng)的限制，而開關(guān)主電極的燒蝕往往集中在初始等離子體濃度最高的區(qū)域，所以開關(guān)的壽命會(huì)因?yàn)橹麟姌O的燒蝕變短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，可以保證無論主間隙的電壓為何種極性，都能夠穩(wěn)定觸發(fā)，產(chǎn)生初始等離子體的區(qū)域更加分散，主電極的燒蝕區(qū)域更加均勻，通流能力更高，壽命更長(zhǎng)，棒極間電場(chǎng)更加均勻，從而在真空觸發(fā)開關(guān)熄弧后，棒極間的工頻耐壓水平較高，不會(huì)發(fā)生自擊穿。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，包括密閉殼體；所述密閉殼體由絕緣外殼及設(shè)置在所述絕緣外殼兩端的陰極法蘭和陽極法蘭構(gòu)成；所述密閉殼體的兩端分別設(shè)有陰極和陽極，所述陰極和所述陽極的結(jié)構(gòu)相同，均包括電極底柱、電極平臺(tái)和設(shè)置于所述電極平臺(tái)上的多個(gè)棒狀電極，所述陰極的棒狀電極與所述陽極的棒狀電極相向延伸且相互交錯(cuò)排列，相鄰棒狀電極的間隙寬度相等，且該間隙寬度與棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙寬度相等，相鄰棒狀電極的間隙和棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙構(gòu)成主放電間隙；所述陰極和所述陽極中分別設(shè)有陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)和陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)。
[0006]優(yōu)選地，所述電極平臺(tái)為中空的倒圓臺(tái)形，所述陰極的棒狀電極與所述陽極的棒狀電極分別在各自對(duì)應(yīng)的電極平臺(tái)上沿圓周排列。
[0007]優(yōu)選地，所述陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)或所述陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)由輔助電極、陶瓷管和觸發(fā)極構(gòu)成；所述輔助電極為圓環(huán)狀，固定在所述電極平臺(tái)的中空部分上端凹口內(nèi)，與所述電極平臺(tái)緊密連接，所述陶瓷管固定在所述電極平臺(tái)的中空部分，位于所述輔助電極的下方，與所述輔助電極和所述電極平臺(tái)緊密連接，所述陶瓷管的內(nèi)壁靠近所述輔助電極的一段，其內(nèi)徑沿所述輔助電極方向逐漸增大，構(gòu)成所述陶瓷管的觸發(fā)沿面，所述觸發(fā)極的軸截面呈T型，頭部固定在所述陶瓷管內(nèi)觸發(fā)沿面下方，與所述陶瓷管緊密連接，觸發(fā)極桿穿過所述電極底柱延伸至電極法蘭之外，與電極法蘭保持絕緣。
[0008]優(yōu)選地，所述陶瓷管的觸發(fā)沿面長(zhǎng)度為0.5?0.6_。
[0009]優(yōu)選地，所述陶瓷管的觸發(fā)沿面表面涂釉。
[0010]優(yōu)選地，所述棒形電極頂部的所有邊緣都采用倒角處理。
[0011]優(yōu)選地,所述倒角半徑為3?5mm。
[0012]優(yōu)選地，所述主放電間隙的距離優(yōu)選為10?15mm。
[0013]優(yōu)選地，所述絕緣外殼的表面為波紋狀。
[0014]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0015]1、采用雙極性的觸發(fā)極設(shè)置，可以保證無論主間隙的電壓為何種極性，都能夠穩(wěn)定觸發(fā)，滿足電力系統(tǒng)工頻電壓下的應(yīng)用要求。
[0016]2、在多次導(dǎo)通過程中，兩個(gè)觸發(fā)極都能參與觸發(fā)，產(chǎn)生初始等離子體的區(qū)域會(huì)更加分散，從而使主電極的燒蝕區(qū)域更加均勻，通流能力更高，壽命更長(zhǎng)。
[0017]3、棒形電極頂部的所有邊緣都采用倒角處理，使棒極間電場(chǎng)更加均勻，從而在真空觸發(fā)開關(guān)熄弧后，棒極間的工頻耐壓水平更高，不易發(fā)生自擊穿。
[0018]4、能與電力系統(tǒng)中的斷路器并聯(lián)使用。當(dāng)斷路器需要閉合時(shí)，真空觸發(fā)開關(guān)迅速被觸發(fā)導(dǎo)通，承載閉合回路的電流，同時(shí)斷路器開始閉合，此時(shí)回路中的電流由真空觸發(fā)開關(guān)承受，真空觸發(fā)開關(guān)熄弧以后，由斷路器承載回路電流，這種兩種開關(guān)配合使用的工況可以減少斷路器觸頭的燒蝕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是圖1所示的雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)沿A-A線的剖視圖；
[0021]圖3為棒形電極頂部示意圖。
[0022]圖1中:1-陰極，2-陽極，3-陽極平臺(tái)，4-陽極底柱，5-輔助陽極，6-陶瓷管，7-陽極觸發(fā)極，8-陰極法蘭，9-陽極法蘭，10-屏蔽罩，11-絕緣外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的雙極性觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)包括密閉殼體和設(shè)于所述密閉殼體內(nèi)壁的屏蔽罩10。密閉殼體由絕緣外殼11及設(shè)置在絕緣外殼11兩端的陰極法蘭8和陽極法蘭9構(gòu)成，密閉殼體內(nèi)的氣壓為10_3?10_5Pa。屏蔽罩10用于防止開關(guān)導(dǎo)通時(shí)金屬蒸汽沉積在絕緣外殼11的內(nèi)壁，使內(nèi)壁發(fā)生閃絡(luò)，還能改善開關(guān)內(nèi)部的電場(chǎng)分布。絕緣外殼11的表面為波紋狀，可以增加絕緣材料的沿面長(zhǎng)度，達(dá)到增加絕緣強(qiáng)度的目的。
[0025]密閉殼體的兩端分別設(shè)有陰極I和陽極2，陰極I和陽極2分別通過陰極法蘭8和陽極法蘭9固定在密閉殼體上。陽極2包括陽極底柱4、陽極平臺(tái)3和設(shè)置于陽極平臺(tái)3上的三個(gè)棒狀電極2A、2B和2C。陽極底柱4為圓筒形，固定在陽極法蘭9上，陽極平臺(tái)3為中空的倒圓臺(tái)形，固定在陽極底柱4上。三個(gè)棒狀電極2A、2B和2C豎立在陽極平臺(tái)3上，且周向等弧距分布，如圖2所示，其橫截面近似為梯形。
[0026]陰極I包括陰極底柱、陰極平臺(tái)和設(shè)置于陰極平臺(tái)上的三個(gè)棒狀電極1A、1B和1C。陰極I和陽極2的結(jié)構(gòu)完全相同，陰極底柱固定在陰極法蘭8上。如圖2所示，陰極I的三個(gè)棒狀電極1A、1B和IC和陽極2的三個(gè)棒狀電極2A、2B和2C相向延伸且相互交錯(cuò)排列。相鄰棒狀電極的間隙寬度相等，且該間隙寬度與棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙寬度相等。相鄰棒狀電極的間隙和棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙構(gòu)成主放電間隙，主放電間隙的距離優(yōu)選為10?15mm，可以延長(zhǎng)主電極的使用壽命。
[0027]陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)由輔助陽極5、陶瓷管6和陽極觸發(fā)極7構(gòu)成。其中，輔助陽極5為圓環(huán)狀，固定在陽極平臺(tái)3的中空部分上端凹口內(nèi)，與陽極平臺(tái)3緊密連接。陶瓷管6固定在陽極平臺(tái)3的中空部分，位于輔助陽極5的下方，與輔助陽極5和陽極平臺(tái)3緊密連接。陶瓷管6的內(nèi)壁靠近輔助陽極5的一段為“敞口”結(jié)構(gòu)，即內(nèi)徑沿輔助陽極5的方向逐漸增大，構(gòu)成陶瓷管6的觸發(fā)沿面。陽極觸發(fā)極7的軸截面呈T型，觸發(fā)極頭部固定在陶瓷管6內(nèi)觸發(fā)沿面下方，與陶瓷管6緊密連接，觸發(fā)極桿穿過陽極底柱4延伸至陽極法蘭9之外，與陽極法蘭9保持絕緣。
[0028]陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)由輔助陰極、陶瓷管和陰極觸發(fā)極構(gòu)成，陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)的設(shè)置與陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)完全相同，在此不再贅述。
[0029]開關(guān)的工作狀態(tài)有兩種情況:當(dāng)開關(guān)兩端所承受的電壓為正極性時(shí)(工頻電壓的正半周，此時(shí)陽極為低電位，陰極為高電位)，通過控制外部回路使陽極觸發(fā)極7導(dǎo)通，輔助陽極5與陽極觸發(fā)極7間的電位差使陶瓷管6發(fā)生沿面閃絡(luò)，從而產(chǎn)生初始等離子體。等離子體在電場(chǎng)的作用下，正電荷向陰極運(yùn)動(dòng)，負(fù)電荷向陽極運(yùn)動(dòng)。電荷在和電極表面碰撞的過程中，產(chǎn)生新的等離子體，新的等離子體在電場(chǎng)的作用下定向運(yùn)動(dòng)，形成電流，使主間隙擊穿。而當(dāng)開關(guān)兩端承受的電壓為負(fù)極性時(shí)(工頻電壓的負(fù)半周，此時(shí)陽極為高電位，陰極為低電位)，則通過控制外部回路使陰極觸發(fā)極導(dǎo)通，工作機(jī)理同上。
[0030]優(yōu)選地，參與沿面閃絡(luò)的陶瓷管的觸發(fā)沿面長(zhǎng)度為0.5?0.6mm,以保證陶瓷沿面能在20kV以下的脈沖電壓下穩(wěn)定觸發(fā)。
[0031]優(yōu)選地，輔助陰極、輔助陽極、陰極觸發(fā)極和陽極觸發(fā)極由耐高溫、耐燒蝕的金屬鑰制成。
[0032]優(yōu)選地，陰極和陽極由耐燒蝕的銅鉻合金制成。
[0033]優(yōu)選地，陶瓷管的觸發(fā)沿面表面涂釉，可以極大減小觸發(fā)能量，使觸發(fā)沿面能夠在較小的能量下穩(wěn)定觸發(fā)，且在觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生豐富的等離子體。
[0034]優(yōu)選地，陰極法蘭和陽極法蘭采用導(dǎo)電性能好且耐高溫的無氧銅制成。
[0035]優(yōu)選地,絕緣外殼由陶瓷制成。
[0036]優(yōu)選地，棒形電極頂部的所有邊緣都采用倒角處理，如圖3所示，倒角半徑為3?5mm,使棒極間電場(chǎng)更加均勻，真空觸發(fā)開關(guān)熄弧后，棒極間的工頻耐壓水平更高，不會(huì)發(fā)生
自擊穿。
[0037]本發(fā)明的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)采用雙極性的觸發(fā)極設(shè)置，可以保證無論主間隙的電壓為何種極性，都能夠穩(wěn)定觸發(fā)，滿足電力系統(tǒng)工頻電壓下的應(yīng)用要求；主電極的燒蝕區(qū)域更加均勻，通流能力更高，壽命更長(zhǎng)；能與電力系統(tǒng)中的斷路器并聯(lián)使用，可以減少斷路器觸頭的燒蝕。
[0038]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，包括密閉殼體； 所述密閉殼體由絕緣外殼(11)及設(shè)置在所述絕緣外殼(11)兩端的陰極法蘭(8 )和陽極法蘭(9)構(gòu)成； 所述密閉殼體的兩端分別設(shè)有陰極(I)和陽極(2)，所述陰極(I)和所述陽極(2)的結(jié)構(gòu)相同，均包括電極底柱、電極平臺(tái)和設(shè)置于所述電極平臺(tái)上的多個(gè)棒狀電極，所述陰極(I)的棒狀電極與所述陽極(2)的棒狀電極相向延伸且相互交錯(cuò)排列，相鄰棒狀電極的間隙寬度相等，且該間隙寬度與棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙寬度相等，相鄰棒狀電極的間隙和棒狀電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙構(gòu)成主放電間隙； 所述陰極(I)和所述陽極(2)中分別設(shè)有陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)和陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述電極平臺(tái)為中空的倒圓臺(tái)形，所述陰極(I)的棒狀電極與所述陽極(2)的棒狀電極分別在各自對(duì)應(yīng)的電極平臺(tái)上沿圓周排列。
3.如權(quán)利要求2所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述陰極觸發(fā)結(jié)構(gòu)或所述陽極觸發(fā)結(jié)構(gòu)由輔助電極、陶瓷管和觸發(fā)極構(gòu)成； 所述輔助電極為圓環(huán)狀，固定在所述電極平臺(tái)的中空部分上端凹口內(nèi)，與所述電極平臺(tái)緊密連接；所述陶瓷管固定在所述電極平臺(tái)的中空部分，位于所述輔助電極的下方，與所述輔助電極和所述電極平臺(tái)緊密連接，所述陶瓷管的內(nèi)壁靠近所述輔助電極的一段，其內(nèi)徑沿所述輔助電極方向逐漸增大，構(gòu)成所述陶瓷管的觸發(fā)沿面；所述觸發(fā)極的軸截面呈T型，頭部固定在所述陶瓷管內(nèi)觸發(fā)沿面下方，與所述陶瓷管緊密連接，觸發(fā)極桿穿過所述電極底柱延伸至電極法蘭之外，與電極法蘭保持絕緣。
4.如權(quán)利要求3所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述陶瓷管的觸發(fā)沿面長(zhǎng)度為0.5?0.6mm。
5.如權(quán)利要求3所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述陶瓷管的觸發(fā)沿面表面涂釉。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述棒形電極頂部的所有邊緣都采用倒角處理。
7.如權(quán)利要求6所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述倒角半徑為3?5mm ο
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述主放電間隙的距離為10?15mm。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的觸發(fā)型多棒極真空觸發(fā)開關(guān)，其特征在于，所述絕緣外殼(11)的表面為波紋狀。
【文檔編號(hào)】H03K17/54GK103560773SQ201310487622
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】戴玲, 林福昌, 姚星辰, 王延召, 張弛 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)