本發(fā)明屬于直流高電壓空氣間隙觸發(fā)放電開關(guān)領(lǐng)域，涉及一種多級串聯(lián)空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)。

背景技術(shù)：

在大氣條件下，空氣間隙可控觸發(fā)放電開關(guān)因其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性好而被應(yīng)用于電力系統(tǒng)和高壓大容量合成試驗(yàn)回路中作為過電壓保護(hù)器件或主放電開關(guān)使用。在一些特定工況中，需要空氣間隙開關(guān)工作電壓低于其自擊穿電壓的50％，即空氣間隙可控觸發(fā)放電開關(guān)在較低的工作系數(shù)下(工作系數(shù)是指放電開關(guān)工作電壓占其自擊穿電壓的百分比)仍能可靠導(dǎo)通。此外，當(dāng)空氣間隙開關(guān)應(yīng)用于電力系統(tǒng)時(shí)，多需要將空氣間隙開關(guān)置于戶外環(huán)境中。戶外環(huán)境氣候多變，為保證空氣間隙開關(guān)在雨、雪、沙塵暴等惡劣天氣條件下正常運(yùn)行，同時(shí)能夠耐受強(qiáng)鹽密、強(qiáng)污穢和凝露等造成的工作特性的不可靠和不穩(wěn)定，需要進(jìn)一步降低空氣間隙放電開關(guān)的工作電壓，即其工作系數(shù)需要低于30％才可以保證戶外空氣間隙的安全、可靠運(yùn)行。

當(dāng)開關(guān)工作電壓等級較高時(shí)，多將空氣間隙開關(guān)設(shè)計(jì)為多級間隙串聯(lián)結(jié)構(gòu)，一方面是考慮到多級間隙串聯(lián)時(shí)可以通過多個短空氣間隙串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高耐壓，使得間隙內(nèi)電場分布更加均勻，同時(shí)通過電容和電阻對多級間隙進(jìn)行均壓可以實(shí)現(xiàn)間隙電極對地電位分布的優(yōu)化，以改善多間隙開關(guān)的沿面絕緣特性；其次，相比多間隙串聯(lián)，使用單空氣間隙時(shí)對于觸發(fā)提出了極高的要求。當(dāng)電壓達(dá)到百kv等級且間隙工作系數(shù)較低時(shí)，間隙長度一般在十幾、幾十厘米以上，而現(xiàn)有的開關(guān)觸發(fā)技術(shù)，包括三電極trigatron觸發(fā)、等離子體射流噴射觸發(fā)、紫外照射等，多只能用于放電開關(guān)在較高工作系數(shù)下的觸發(fā)，一般工作系數(shù)需大于50％；其次，使用單空氣間隙時(shí)，為了滿足間隙電場均勻分布，對間隙電極尺寸也提出了很高的要求，相應(yīng)地為滿足間隙開關(guān)整體絕緣設(shè)計(jì)，間隙開關(guān)整體尺寸將難以滿足小型化。

現(xiàn)有的多間隙開關(guān)觸發(fā)技術(shù)，無論是ge、nokia、siemens在串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置用火花間隙的觸發(fā)，亦或是高壓大容量合成試驗(yàn)回路中高壓放電開關(guān)的觸發(fā)，多通過短接第一級或部分空氣間隙，從而使得系統(tǒng)電壓施加于剩余空氣間隙，使其在過電壓的作用下?lián)舸?dǎo)通。然而，基于此施加于剩余間隙的過電壓一般最高只有其在正常工作電壓時(shí)的2倍，即可以實(shí)現(xiàn)的可靠工作系數(shù)最低只能達(dá)到50％，遠(yuǎn)不能滿足嚴(yán)苛、惡劣復(fù)雜工況下的實(shí)際應(yīng)用需求，因此需要開發(fā)出一種空氣間隙高壓放電開關(guān)，該開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)較低工作系數(shù)下的可靠觸發(fā)導(dǎo)通。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種多級串聯(lián)空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)，該開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)較低工作系數(shù)下的可靠觸發(fā)導(dǎo)通。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的多級串聯(lián)空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)包括高壓進(jìn)線端、低壓進(jìn)線端、觸發(fā)器、第一分壓電容、可控放電開關(guān)、第一分壓電阻及k級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)；

各級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)均包括第二分壓電容、第二分壓電阻、高壓脈沖變壓器及放電間隙，放電間隙的高壓電極與第二分壓電阻的一端及第二分壓電容的正極相連接，第二分壓電阻的另一端及第二分壓電容的負(fù)極與高壓脈沖變壓器中副邊的一端相連接，高壓脈沖變壓器中副邊的另一端與高壓脈沖變壓器中原邊的一端相連接，高壓脈沖變壓器中原邊的另一端與放電間隙的低壓電極相連接；

高壓進(jìn)線端與最后一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙的高壓電極相連接，前一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙的高壓電極與后一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙的低壓電極相連接，其中，1至k-1級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙的高壓電極通過電容與各級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的第二分壓電阻及第二分壓電容的正極相連接；

低壓進(jìn)線端與可控放電開關(guān)的一端、第一分壓電阻的一端及第一分壓電容的負(fù)極相連接，第一分壓電阻的另一端及第二分壓電容的正極與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器原邊的一端及副邊相連接，可控放電開關(guān)的另一端與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器原邊的另一端及第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙的低壓電極相連接，觸發(fā)器的輸出端與可控放電開關(guān)的控制端相連接。

所述可控放電開關(guān)為等離子體射流觸發(fā)氣體火花開關(guān)、真空觸發(fā)開關(guān)或高壓半導(dǎo)體開關(guān)器件。

第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器的原邊同名端與第一分壓電容的正極相連接，第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器的副邊同名端與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容的負(fù)極性相連接；第二級至第k級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器的原邊同名端與前一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容的正極相連接，第二級至第k級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器的副邊同名端與本級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容的負(fù)極性相連接。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的多級串聯(lián)空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)在具體操作時(shí)，當(dāng)可控放電開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，則使第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的高壓脈沖變壓器原邊放電，并在該高壓脈沖變壓器的副邊產(chǎn)生脈沖高壓，由于可控放電開關(guān)的導(dǎo)通，從而在第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的放電間隙中產(chǎn)生過電壓，然后在該過電壓及高壓脈沖變壓器副邊上產(chǎn)生的脈沖高壓的共同作用下使第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的放電間隙導(dǎo)通擊穿，進(jìn)而在較低工作系數(shù)下實(shí)現(xiàn)放電間隙的可靠觸發(fā)導(dǎo)通，并以此類推，使各級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的放電間隙導(dǎo)通，進(jìn)而形成貫穿整個多級串聯(lián)空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)的電弧通道，經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)高壓脈沖變壓器變比大于1時(shí)，即可滿足空氣間隙工作系數(shù)低于33.3％，繼續(xù)增加高壓脈沖變壓器的變比，空氣間隙可以觸發(fā)導(dǎo)通的工作系數(shù)將會隨變比增加而快速降低，進(jìn)而能夠在極端嚴(yán)苛和惡劣復(fù)雜工況中穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理圖；

圖2為實(shí)施例一的原理圖；

圖3為實(shí)施例二的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明所述的本發(fā)明所述的多級串聯(lián)空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)包括高壓進(jìn)線端hv、低壓進(jìn)線端lv、觸發(fā)器、第一分壓電容c1、可控放電開關(guān)g1、第一分壓電阻r1及k級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)；各級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)均包括第二分壓電容c2、第二分壓電阻r2、高壓脈沖變壓器t1及放電間隙g2，放電間隙g2的高壓電極與第二分壓電阻r2的一端及第二分壓電容c2的正極相連接，第二分壓電阻r2的另一端及第二分壓電容c2的負(fù)極與高壓脈沖變壓器t1中副邊的一端相連接，高壓脈沖變壓器t1中副邊的另一端與高壓脈沖變壓器t1中原邊的一端相連接，高壓脈沖變壓器t1中原邊的另一端與放電間隙g2的低壓電極相連接；高壓進(jìn)線端hv與最后一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的高壓電極相連接，前一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的高壓電極與后一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的低壓電極相連接，其中，1至n-1級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的高壓電極通過電容c3與各級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的第二分壓電阻r2及第二分壓電容c2的正極相連接；低壓進(jìn)線端lv與可控放電開關(guān)g1的一端、第一分壓電阻r1的一端及第一分壓電容c1的負(fù)極相連接，第一分壓電阻r1的另一端及第二分壓電容c2的正極與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1原邊的一端及副邊相連接，可控放電開關(guān)g1的另一端與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1原邊的另一端及第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的低壓電極相連接，觸發(fā)器的輸出端與可控放電開關(guān)g1的控制端相連接。

所述可控放電開關(guān)g1為等離子體射流觸發(fā)氣體火花開關(guān)、真空觸發(fā)開關(guān)或高壓半導(dǎo)體開關(guān)器件。

第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1的原邊同名端與第一分壓電容c1的正極相連接，第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1的副邊同名端與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的負(fù)極性相連接；第二級至第k級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1的原邊同名端與前一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的正極相連接，第二級至第k級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1的副邊同名端與本級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的負(fù)極性相連接。

實(shí)施例一

圖2所示為兩級串聯(lián)空氣間隙可控觸發(fā)放電開關(guān)示意圖，放電觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)命令輸入至可控放電開關(guān)g1中，使可控放電開關(guān)g1導(dǎo)通，放電間隙g2上承受電壓隨即變?yōu)閡c1+uc2；與此同時(shí)，第一分壓電容c1同時(shí)向高壓脈沖變壓器t1原邊放電，并在高壓脈沖變壓器t1副邊感應(yīng)出幅值為n·uc1的過電壓，然后再通過基爾霍夫電壓定律，使得放電間隙g2最終承受的過電壓為uc1+uc2+n·uc1；因此可以看出，高壓脈沖變壓器t1的變比越高，放電間隙g2上承受的過電壓幅值就越高，從而使放電間隙g2可以在更低的工作系數(shù)下被可靠觸發(fā)導(dǎo)通。

實(shí)施例二

圖3所示為三級空氣間隙高壓放電開關(guān)示意圖，其中，可控放電開關(guān)g1及第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的擊穿導(dǎo)通過程與實(shí)施例一相一致，第二級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的導(dǎo)通過程與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的導(dǎo)通過程相類似，當(dāng)?shù)谝患壙諝忾g隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2的導(dǎo)通后，考慮到第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中高壓脈沖變壓器t1磁芯飽和的情況下，第二級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2上的過電壓將主要由第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的第二分壓電容c2、第二級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的第二分壓電容c2及第二級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的高壓脈沖變壓器t1提供，即第二級級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2承受的過電壓為uc2+uc3+ut2＝uc2+uc3+n·uc2，其中uc2為第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的電壓，uc3及ut2分別為第二級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的電壓及高壓脈沖變壓器t1中副邊的電壓?？梢钥吹剑诙壙諝忾g隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中放電間隙g2在觸發(fā)過程中承受的過電壓基本上與第一級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的放電間隙g2相同。

如圖3所示，綜合以上分析，可以得到第k-1級級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中的放電間隙g2上的過電壓為uck+uck-1+n·uck-1，uck為第k-1級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的電壓，uck-1及uck-1分別為第k-2級空氣間隙高壓可控觸發(fā)放電開關(guān)中第二分壓電容c2的電壓及高壓脈沖變壓器t1中副邊的電壓。即高壓脈沖變壓器t1變比大于1時(shí)，即可滿足空氣間隙工作系數(shù)低于33.3％，繼續(xù)增加高壓脈沖變壓器t1的變比，空氣間隙可以觸發(fā)導(dǎo)通的工作系數(shù)將會隨變比增加而快速降低。

圖1、圖2及圖3中高壓脈沖變壓器t1變比均為1:n，實(shí)際中根據(jù)具體的工況可對高壓脈沖變壓器t1變比進(jìn)行調(diào)整。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。