一種放電可控球隙開關的電極及包括該電極的球隙開關的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種放電可控球隙開關的電極及包括該電極的球隙開關，該電極包括上半球電極(1)和下半球電極(2)，上半球電極具有上半球面(101)，下半球電極具有與上半球面相對設置的下半球面(201)，上半球面與下半球面之間具有主間隙，主間隙可調從而實現對不同電壓的開斷；該電極還包括設置在下半球電極上的觸發(fā)極，觸發(fā)極包括觸發(fā)針電極(33)以及套設在觸發(fā)針電極外的瓷管(34)，觸發(fā)針電極與瓷管的一端均向上半球電極延伸且均與下半球面齊平，觸發(fā)針電極和瓷管齊平的端面上具有觸發(fā)間隙，觸發(fā)針電極外具有一密閉的氣流通道，空氣通過氣流通道將觸發(fā)間隙中形成的電弧吹向主間隙以降低擊穿電壓，從而加深觸發(fā)深度。
【專利說明】—種放電可控球隙開關的電極及包括該電極的球隙開關

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高壓開關領域，更具體地說，涉及一種用于開斷高電壓、大電流的放電可控球隙開關的觸發(fā)電極及包括該電極的球隙開關。

【背景技術】
[0002]新興的電力電子開關因其開斷速度快，導通壓降小，無開關噪聲等優(yōu)點，受到越來越廣泛的應用，但是由于受到開斷電壓和導通電流的限制，無法應用于高電壓、大電流領域，因而在高電壓、大電流領域依然采用傳統(tǒng)的球隙作為整個試驗回路的主電氣開關。傳統(tǒng)的球隙開關是基于空氣放電的基本原理工作的，由于空氣放電具有一定的分散性，為保證開關工作的可靠程度，在傳統(tǒng)的球隙開關基礎上發(fā)展出了帶有觸發(fā)電極的可控球隙開關。隨著使用要求的增多，常用的可控球隙開關逐漸暴露出兩個問題:一是觸發(fā)深度(一定球間隙下，自然擊穿電壓值與觸發(fā)擊穿電壓值之比)不夠；二是由于空氣絕緣的恢復需要一定的時間，不能快速關斷。在中高頻脈沖功率領域，即某些要求短時間內多次重復放電的場合(例如國家標準規(guī)定的干式空心電抗器匝間絕緣試驗中要求球隙開關I分鐘內開斷3000次)使用現有的球隙開關時容易造成誤導通?？梢?，研制一套新型的可控球隙開關是十分必要的。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述放電可控球隙開關觸發(fā)深度不夠、不能快速關斷的缺陷，提供一種放電可控球隙開關的電極及包括該電極的球隙開關，該球隙開關的觸發(fā)極具有觸發(fā)深度深、工作電壓高、工作頻率高等優(yōu)點。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種放電可控球隙開關的電極，包括上半球電極和下半球電極，所述上半球電極具有上半球面，所述下半球電極具有與所述上半球面相對設置的下半球面，所述上半球面與所述下半球面之間具有主間隙，所述主間隙可調從而實現對不同電壓的開斷；
[0005]所述電極還包括設置在所述下半球電極上的觸發(fā)極，所述觸發(fā)極包括觸發(fā)針電極以及套設在所述觸發(fā)針電極外的瓷管，所述觸發(fā)針電極與所述瓷管的一端均向所述上半球電極延伸且均與所述下半球面齊平，所述觸發(fā)針電極和所述瓷管齊平的端面上具有位于所述觸發(fā)針電極和所述瓷管之間的觸發(fā)間隙，所述觸發(fā)針電極外具有一密閉的氣流通道，空氣通過所述氣流通道將所述觸發(fā)間隙中形成的電弧吹向所述主間隙以降低擊穿電壓，從而加深觸發(fā)深度。
[0006]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述下半球電極還具有與所述下半球面連接的底面，且所述下半球電極內具有第一容納腔，所述下半球面的中心開設有用于將所述第一容納腔與外界連通的第一開孔，所述觸發(fā)極安裝在所述第一容納腔內。
[0007]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述觸發(fā)極還包括內部具有第二容納腔的絕緣腔體，所述絕緣腔體具有用于將所述第一容納腔與所述第二容納腔連通的進氣孔和出氣孔。
[0008]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述觸發(fā)極還包括用于支撐所述絕緣腔體的支撐件，所述支撐件具有容置在所述第二容納腔內且起密封作用的凸臺；
[0009]所述觸發(fā)針電極的一端固定安裝在所述凸臺上，所述觸發(fā)針電極的另一端穿過所述出氣孔后延伸至所述第一開孔并與所述下半球面齊平；
[0010]所述觸發(fā)針電極位于所述第二容納腔與所述下半球面之間的部分套設有所述瓷管，且所述瓷管與所述出氣孔之間設置有密封件。
[0011]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述底面上安裝有鋁座，所述下半球電極通過一傳動軸實現與所述上半球電極之間的相對位置調整，所述傳動軸穿設于所述鋁座后固定安裝在所述下半球電極上，所述支撐件安裝在所述鋁座上。
[0012]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述支撐件上設置有穿設于所述凸臺且與所述觸發(fā)針電極同軸的高壓線連接孔，所述第一容納腔的底部開設有與所述觸發(fā)針電極同軸的地線連接孔。
[0013]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述鋁座上開設有用于穿設導線管的第二開孔以及用于穿設壓縮空氣導管的第三開孔；
[0014]所述導線管用于穿設高壓線和地線，所述高壓線穿過所述導線管后連接在所述高壓線連接孔內，所述地線穿過所述導線管后連接在所述地線連接孔內；
[0015]所述壓縮空氣導管穿過所述第三開孔后安裝在所述進氣孔上，使所述壓縮空氣導管、所述第二容納腔以及所述瓷管依次連通形成壓縮空氣的所述氣流通道。
[0016]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述觸發(fā)針電極為不銹鋼制件。
[0017]在本實用新型所述的放電可控球隙開關的電極中，所述上半球電極和所述下半球電極均為銅電極。
[0018]本實用新型還提供一種放電可控球隙開關，包括上述所述的放電可控球隙開關的電極。
[0019]實施本實用新型的一種放電可控球隙開關的電極及包括該電極的球隙開關，具有以下有益效果:通過采用上半球電極和下半球電極，在傳統(tǒng)的全球球隙開關的基礎上減小了開關體積；通過將觸發(fā)極安裝在下半球電極內，增大了球隙開關的觸發(fā)深度，提高了開關的工作電壓和工作頻率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0021]圖1是本實用新型的放電可控球隙開關的電極的結構示意圖；
[0022]圖2是本實用新型的下半球電極的俯視圖；
[0023]圖3是本實用新型的鋁座的俯視圖；
[0024]圖4是本實用新型的鋁座的主視圖。

【具體實施方式】
[0025]為了解決現有技術的球隙開關存在的以下問題:第一，觸發(fā)深度(一定球間隙下，自然擊穿電壓值與觸發(fā)擊穿電壓值之比)不夠；第二，由于空氣絕緣的恢復需要一定的時間，不能快速關斷。本實用新型的主要創(chuàng)新點是:通過采用上半球電極和下半球電極，在傳統(tǒng)的全球球隙開關的基礎上減小了開關體積；通過將觸發(fā)極安裝在下半球電極內，增大了球隙開關的觸發(fā)深度，提高了開關的工作電壓和工作頻率。
[0026]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0027]如圖1所示，本實用新型的放電可控球隙開關的電極包括上半球電極1、下半球電極2以及觸發(fā)極，其中，上半球電極I和下半球電極2均為半球狀，上半球電極I具有上半球面101，下半球電極2具有下半球面201，且上半球面101與下半球面201相對設置，傳統(tǒng)的球隙開關采用的是全球結構，在正常工作時決定球間電場分布的是兩球相對方向的半球曲面，而與相背的兩個半球面無關，因而本實用新型球隙開關采用的是上下兩個半球電極，大大地減小了體積。另外，上半球電極I和下半球電極2均為銅電極。
[0028]上半球電極I和下半球電極2相對設置，且上半球電極I和下半球電極2之間具有主間隙且主間隙是可調的，即上半球面101與下半球面201之間具有主間隙且主間隙是可調的，從而實現對不同電壓的開斷。具體地，上半球電極I固定安裝在球隙開關的主體上，下半球電極2可移動地安裝，通過調節(jié)下半球電極2的位置來調整上半球電極I與下半球電極2之間的間隙。另外，觸發(fā)極設置在下半球電極2上，觸發(fā)極包括觸發(fā)針電極33以及套設在觸發(fā)針電極33外的瓷管34，觸發(fā)針電極33與瓷管34的一端均向上半球電極I延伸且均與下半球面201齊平，觸發(fā)針電極33和瓷管34齊平的端面上具有位于觸發(fā)針電極33和瓷管34之間的觸發(fā)間隙，觸發(fā)針電極33外具有一密閉的氣流通道，空氣通過氣流通道將觸發(fā)間隙中形成的電弧吹向主間隙以降低擊穿電壓，從而加深觸發(fā)深度。因此，通過改進觸發(fā)極結構增加了球隙電極的觸發(fā)深度、提高工作電壓和頻率。
[0029]具體地，下半球電極2具有下半球面201和與下半球面201連接的底面202，該下半球面201和底面202連接形成下半球電極2的外表面，在下半球電極2內具有第一容納腔203，該第一容納腔203用于容納觸發(fā)極，在下半球面201的中心處開設有用于將第一容納腔203與外界連通的第一開孔，觸發(fā)針電極33穿過第一開孔，且觸發(fā)針電極33的端面與下半球面201齊平。
[0030]觸發(fā)極包括內部具有第二容納腔301的絕緣腔體31，該第二容納腔301用于供壓縮空氣流通，該絕緣腔體31由尼龍材料制成。另外，該絕緣腔體31還具有用于將第一容納腔203與第二容納腔301連通的進氣孔302和出氣孔303。
[0031]觸發(fā)極還包括用于支撐絕緣腔體31的支撐件32，該支撐件32由絕緣材料制成，優(yōu)選為由尼龍材料制成。支撐件32具有容置在第二容納腔301內且起密封作用的凸臺321，即該凸臺321的橫截面大小與第二容納腔301的橫截面大小相同，并且絕緣腔體31通過螺紋連接的方式與支撐件32連接在一起。
[0032]觸發(fā)針電極33的一端固定安裝在凸臺321上，觸發(fā)針電極33的另一端穿過出氣孔303后延伸至第一開孔并與下半球面201齊平。具體地，觸發(fā)針電極33可通過一安裝件如螺栓固定，并且通過螺紋連接的方式與凸臺321固定連接在一起。該觸發(fā)針電極33為不鎊鋼制件。
[0033]為了形成一個密閉的氣流通道，在觸發(fā)針電極33位于第二容納腔301與下半球面201之間的部分套設有瓷管34，且在瓷管33與出氣孔303之間設置有密封件35。該瓷管34可以起到防止觸發(fā)針電極33與下半球電極2之間的異常放電，該密封件35起到對瓷管34與出氣孔303之間的密封作用，可以阻止第二容納腔301與第一容納腔203之間的空氣流通。該瓷管34與密封件35過盈配合，即瓷管34的外徑略大于密封件35的內徑，從而起到更好的密封效果。該密封件35由聚四氟乙烯材料制成。
[0034]如圖2所示，在本實用新型的下半球電極的俯視圖中，瓷管34套設在觸發(fā)針電極33夕卜，并且在瓷管34與觸發(fā)針電極33之間具有一定的間隙，該間隙用于供氣體流通。
[0035]在底面202上安裝有鋁座4，下半球電極2通過一傳動軸5實現與上半球電極I之間的相對位置調整，該傳動軸5穿設于鋁座4后固定安裝在下半球電極2上，另外，支撐件32安裝在鋁座4上。具體地，如圖3所示，在鋁座4上開設有螺紋孔44，用螺釘將支撐件32固定在鋁座4的螺紋孔44內。在鋁座4的中心處還開設有固定孔43，傳動軸5穿過固定孔43。
[0036]在支撐件32上設置有穿設于凸臺321且與觸發(fā)針電極33同軸的高壓線連接孔322，在第一容納腔203的底部開設有與觸發(fā)針電極33同軸的地線連接孔323，即觸發(fā)針電極33、高壓線連接孔322、地線連接孔323三者同軸設置。
[0037]在鋁座4位于固定孔43的兩側分別開設有用于穿設導線管6的第二開孔41以及用于穿設壓縮空氣導管7的第三開孔42。該導線管6用于穿設高壓線和地線，高壓線穿過導線管6后連接在高壓線連接孔322內，地線穿過導線管6后連接在地線連接孔323內。具體地，可以通過螺絲釘將高壓線固定連接在高壓線連接孔322內，并通過螺絲釘將地線固定連接在地線連接孔323內，另外，高壓線和地線的另一端分別接于脈沖變壓器副邊線圈的兩端。壓縮空氣導管7穿過第三開孔42后安裝在進氣孔302上，使所述壓縮空氣導管7、第二容納腔301以及瓷管34依次連通形成壓縮空氣的氣流通道。
[0038]如圖4所示，在本實用新型的鋁座的主視圖中，在鋁座4的中心處開設有固定孔43，在固定孔43的周圍開設有用于安裝支撐件32的螺紋孔44。
[0039]本實用新型還提供一種放電可控球隙開關，包括上述的放電可控球隙開關的電極。
[0040]在球隙開關的工作過程中通過壓縮空氣導管7向第二容納腔301內通入壓縮空氣，這樣在下半球電極2安裝觸發(fā)針電極33的第一開孔位置將有空氣吹出。無電弧時，由于觸發(fā)針電極33的端面與下半球電極2的球面平行，極間電場為稍不均勻場，自然擊穿電壓較高。控制開關導通(間隙空氣擊穿)的過程中，空氣將觸發(fā)針電極33與下半球電極2間形成的電弧吹起形成類似于針-球的電極結構，球間電場變?yōu)闃O不均勻場，擊穿電壓大幅度降低，這就大大的增加了可控深度，球隙直徑一定時可以控制更高的電壓。在放電結束控制球隙關斷的過程中，從下半球電極2中的觸發(fā)針電極33安裝孔吹向上半球電極I的空氣可以最大限度的帶走間隙中上次間隙擊穿過程中所殘留的帶電粒子，加速空氣絕緣的恢復速度，即快速關斷球隙開關，從而大大的提高了開關的工作頻率。
[0041]在本實用新型中，傳動機構(未示出)通過傳動軸5帶動下半球電極2上下移動，實現對不同電壓的開斷。在距離一定的情況下，當電壓值位于可控電壓范圍內(電壓值大于該距離下的觸發(fā)擊穿電壓，同時小于該距離下的自然擊穿電壓)時，工作過程如下:導通過程，同時向下半球電極2送出觸發(fā)信號及壓縮空氣，其中脈沖變壓器產生的觸發(fā)脈沖電壓由導線管6及高壓線連接孔322和地線連接孔323將電壓施加于觸發(fā)針電極33與下半球電極2之間，導致其間的薄弱環(huán)節(jié)觸發(fā)針電極33上端部與下半球電極2外表面之間的空氣擊穿產生小電??；壓縮空氣流通路徑為，用氣管通過壓縮空氣導管7導入第一容納腔203內，通過進氣孔302送入第二容納腔301內，最后經過瓷管34由下半球電極2上的第一開孔吹向球間隙，在氣體吹出的過程中將電弧拉伸，向上吹出針尖狀，畸變極間電場，同時放電電弧產生的紫外線輻照間隙內的空氣，誘發(fā)空氣擊穿，開關實現導通。關斷過程，放電結束后，高速吹出的空氣有利于電弧的熄滅，同時快速將間隙內剛剛放電過程殘留的帶電粒子吹散，空氣的絕緣能力迅速恢復，開關實現關斷。
[0042]綜上所述，實施本實用新型的一種放電可控球隙開關的電極及包括該電極的球隙開關，具有以下有益效果:通過采用上半球電極I和下半球電極2，在傳統(tǒng)的全球球隙開關的基礎上減小了開關體積；通過將觸發(fā)極安裝在下半球電極內，增大了球隙開關的觸發(fā)深度，提高了開關的工作電壓和工作頻率。
[0043]上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內。
【權利要求】
1.一種放電可控球隙開關的電極，其特征在于，包括上半球電極(I)和下半球電極(2)，所述上半球電極(I)具有上半球面(101)，所述下半球電極(2)具有與所述上半球面(101)相對設置的下半球面(201)，所述上半球面(101)與所述下半球面(201)之間具有主間隙，所述主間隙可調從而實現對不同電壓的開斷； 所述電極還包括設置在所述下半球電極(2)上的觸發(fā)極，所述觸發(fā)極包括觸發(fā)針電極(33)以及套設在所述觸發(fā)針電極(33)外的瓷管(34)，所述觸發(fā)針電極(33)與所述瓷管(34)的一端均向所述上半球電極(I)延伸且均與所述下半球面(201)齊平，所述觸發(fā)針電極(33)和所述瓷管(34)齊平的端面上具有位于所述觸發(fā)針電極(33)和所述瓷管(34)之間的觸發(fā)間隙，所述觸發(fā)針電極(33)外具有一密閉的氣流通道，空氣通過所述氣流通道將所述觸發(fā)間隙中形成的電弧吹向所述主間隙以降低擊穿電壓，從而加深觸發(fā)深度。
2.根據權利要求1所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述下半球電極(2)還具有與所述下半球面(201)連接的底面(202)，且所述下半球電極(2)內具有第一容納腔(203)，所述下半球面(201)的中心開設有用于將所述第一容納腔(203)與外界連通的第一開孔，所述觸發(fā)極安裝在所述第一容納腔(203)內。
3.根據權利要求2所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述觸發(fā)極還包括內部具有第二容納腔(301)的絕緣腔體(31)，所述絕緣腔體(31)具有用于將所述第一容納腔(203)與所述第二容納腔(301)連通的進氣孔(302)和出氣孔(303)。
4.根據權利要求3所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述觸發(fā)極還包括用于支撐所述絕緣腔體(31)的支撐件(32)，所述支撐件(32)具有容置在所述第二容納腔(301)內且起密封作用的凸臺(321)； 所述觸發(fā)針電極(33)的一端固定安裝在所述凸臺(321)上，所述觸發(fā)針電極(33)的另一端穿過所述出氣孔(303)后延伸至所述第一開孔并與所述下半球面(201)齊平； 所述觸發(fā)針電極(33)位于所述第二容納腔(301)與所述下半球面(201)之間的部分套設有所述瓷管(34)，且所述瓷管(34)與所述出氣孔(303)之間設置有密封件(35)。
5.根據權利要求4所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述底面(202)上安裝有鋁座(4)，所述下半球電極(2)通過一傳動軸(5)實現與所述上半球電極(I)之間的相對位置調整，所述傳動軸(5)穿設于所述鋁座(4)后固定安裝在所述下半球電極(2)上，所述支撐件(32)安裝在所述鋁座(4)上。
6.根據權利要求5所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述支撐件(32)上設置有穿設于所述凸臺(321)且與所述觸發(fā)針電極(33)同軸的高壓線連接孔(322)，所述第一容納腔(203)的底部開設有與所述觸發(fā)針電極(33)同軸的地線連接孔(323)。
7.根據權利要求6所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述鋁座(4)上開設有用于穿設導線管(6)的第二開孔(41)以及用于穿設壓縮空氣導管(7)的第三開孔(42)； 所述導線管(6)用于穿設高壓線和地線，所述高壓線穿過所述導線管(6)后連接在所述高壓線連接孔(322)內，所述地線穿過所述導線管(6)后連接在所述地線連接孔(323)內； 所述壓縮空氣導管(7)穿過所述第三開孔(42)后安裝在所述進氣孔(302)上，使所述壓縮空氣導管(7)、所述第二容納腔(301)以及所述瓷管(34)依次連通形成壓縮空氣的所述氣流通道。
8.根據權利要求7所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述觸發(fā)針電極(33)為不銹鋼制件。
9.根據權利要求7所述的放電可控球隙開關的電極，其特征在于，所述上半球電極(I)和所述下半球電極(2)均為銅電極。
10.一種放電可控球隙開關，其特征在于，包括如權利要求1-9中任一項所述的放電可控球隙開關的電極。
【文檔編號】H01T2/02GK204190168SQ201420511785
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】黃興倉, 李紹榮, 馬慶龍, 周志新, 段軍鵬, 董俊賢, 胥均, 楊緒龍, 陳楠, 劉曉明, 雷雨田, 王永紅, 魏新勞, 聶洪巖, 劉麗琴 申請人:云南電網公司楚雄供電局, 哈爾濱理工大學, 昆明銘昂科技有限公司