一种放电可控球隙开关的电极及包括该电极的球隙开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种放电可控球隙开关的电极及包括该电极的球隙开关，该电极包括上半球电极(1)和下半球电极(2)，上半球电极具有上半球面(101)，下半球电极具有与上半球面相对设置的下半球面(201)，上半球面与下半球面之间具有主间隙，主间隙可调从而实现对不同电压的开断；该电极还包括设置在下半球电极上的触发极，触发极包括触发针电极(33)以及套设在触发针电极外的瓷管(34)，触发针电极与瓷管的一端均向上半球电极延伸且均与下半球面齐平，触发针电极和瓷管齐平的端面上具有触发间隙，触发针电极外具有一密闭的气流通道，空气通过气流通道将触发间隙中形成的电弧吹向主间隙以降低击穿电压，从而加深触发深度。
【专利说明】—种放电可控球隙开关的电极及包括该电极的球隙开关
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高压开关领域，更具体地说，涉及一种用于开断高电压、大电流的放电可控球隙开关的触发电极及包括该电极的球隙开关。
【背景技术】
[0002]新兴的电力电子开关因其开断速度快，导通压降小，无开关噪声等优点，受到越来越广泛的应用，但是由于受到开断电压和导通电流的限制，无法应用于高电压、大电流领域，因而在高电压、大电流领域依然采用传统的球隙作为整个试验回路的主电气开关。传统的球隙开关是基于空气放电的基本原理工作的，由于空气放电具有一定的分散性，为保证开关工作的可靠程度，在传统的球隙开关基础上发展出了带有触发电极的可控球隙开关。随着使用要求的增多，常用的可控球隙开关逐渐暴露出两个问题:一是触发深度(一定球间隙下，自然击穿电压值与触发击穿电压值之比)不够；二是由于空气绝缘的恢复需要一定的时间，不能快速关断。在中高频脉冲功率领域，即某些要求短时间内多次重复放电的场合(例如国家标准规定的干式空心电抗器匝间绝缘试验中要求球隙开关I分钟内开断3000次)使用现有的球隙开关时容易造成误导通。可见，研制一套新型的可控球隙开关是十分必要的。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述放电可控球隙开关触发深度不够、不能快速关断的缺陷，提供一种放电可控球隙开关的电极及包括该电极的球隙开关，该球隙开关的触发极具有触发深度深、工作电压高、工作频率高等优点。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种放电可控球隙开关的电极，包括上半球电极和下半球电极，所述上半球电极具有上半球面，所述下半球电极具有与所述上半球面相对设置的下半球面，所述上半球面与所述下半球面之间具有主间隙，所述主间隙可调从而实现对不同电压的开断；
[0005]所述电极还包括设置在所述下半球电极上的触发极，所述触发极包括触发针电极以及套设在所述触发针电极外的瓷管，所述触发针电极与所述瓷管的一端均向所述上半球电极延伸且均与所述下半球面齐平，所述触发针电极和所述瓷管齐平的端面上具有位于所述触发针电极和所述瓷管之间的触发间隙，所述触发针电极外具有一密闭的气流通道，空气通过所述气流通道将所述触发间隙中形成的电弧吹向所述主间隙以降低击穿电压，从而加深触发深度。
[0006]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述下半球电极还具有与所述下半球面连接的底面，且所述下半球电极内具有第一容纳腔，所述下半球面的中心开设有用于将所述第一容纳腔与外界连通的第一开孔，所述触发极安装在所述第一容纳腔内。
[0007]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述触发极还包括内部具有第二容纳腔的绝缘腔体，所述绝缘腔体具有用于将所述第一容纳腔与所述第二容纳腔连通的进气孔和出气孔。
[0008]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述触发极还包括用于支撑所述绝缘腔体的支撑件，所述支撑件具有容置在所述第二容纳腔内且起密封作用的凸台；
[0009]所述触发针电极的一端固定安装在所述凸台上，所述触发针电极的另一端穿过所述出气孔后延伸至所述第一开孔并与所述下半球面齐平；
[0010]所述触发针电极位于所述第二容纳腔与所述下半球面之间的部分套设有所述瓷管，且所述瓷管与所述出气孔之间设置有密封件。
[0011]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述底面上安装有铝座，所述下半球电极通过一传动轴实现与所述上半球电极之间的相对位置调整，所述传动轴穿设于所述铝座后固定安装在所述下半球电极上，所述支撑件安装在所述铝座上。
[0012]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述支撑件上设置有穿设于所述凸台且与所述触发针电极同轴的高压线连接孔，所述第一容纳腔的底部开设有与所述触发针电极同轴的地线连接孔。
[0013]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述铝座上开设有用于穿设导线管的第二开孔以及用于穿设压缩空气导管的第三开孔；
[0014]所述导线管用于穿设高压线和地线，所述高压线穿过所述导线管后连接在所述高压线连接孔内，所述地线穿过所述导线管后连接在所述地线连接孔内；
[0015]所述压缩空气导管穿过所述第三开孔后安装在所述进气孔上，使所述压缩空气导管、所述第二容纳腔以及所述瓷管依次连通形成压缩空气的所述气流通道。
[0016]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述触发针电极为不锈钢制件。
[0017]在本实用新型所述的放电可控球隙开关的电极中，所述上半球电极和所述下半球电极均为铜电极。
[0018]本实用新型还提供一种放电可控球隙开关，包括上述所述的放电可控球隙开关的电极。
[0019]实施本实用新型的一种放电可控球隙开关的电极及包括该电极的球隙开关，具有以下有益效果:通过采用上半球电极和下半球电极，在传统的全球球隙开关的基础上减小了开关体积；通过将触发极安装在下半球电极内，增大了球隙开关的触发深度，提高了开关的工作电压和工作频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0021]图1是本实用新型的放电可控球隙开关的电极的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型的下半球电极的俯视图；
[0023]图3是本实用新型的铝座的俯视图；
[0024]图4是本实用新型的铝座的主视图。
【具体实施方式】
[0025]为了解决现有技术的球隙开关存在的以下问题:第一，触发深度(一定球间隙下，自然击穿电压值与触发击穿电压值之比)不够；第二，由于空气绝缘的恢复需要一定的时间，不能快速关断。本实用新型的主要创新点是:通过采用上半球电极和下半球电极，在传统的全球球隙开关的基础上减小了开关体积；通过将触发极安装在下半球电极内，增大了球隙开关的触发深度，提高了开关的工作电压和工作频率。
[0026]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0027]如图1所示，本实用新型的放电可控球隙开关的电极包括上半球电极1、下半球电极2以及触发极，其中，上半球电极I和下半球电极2均为半球状，上半球电极I具有上半球面101，下半球电极2具有下半球面201，且上半球面101与下半球面201相对设置，传统的球隙开关采用的是全球结构，在正常工作时决定球间电场分布的是两球相对方向的半球曲面，而与相背的两个半球面无关，因而本实用新型球隙开关采用的是上下两个半球电极，大大地减小了体积。另外，上半球电极I和下半球电极2均为铜电极。
[0028]上半球电极I和下半球电极2相对设置，且上半球电极I和下半球电极2之间具有主间隙且主间隙是可调的，即上半球面101与下半球面201之间具有主间隙且主间隙是可调的，从而实现对不同电压的开断。具体地，上半球电极I固定安装在球隙开关的主体上，下半球电极2可移动地安装，通过调节下半球电极2的位置来调整上半球电极I与下半球电极2之间的间隙。另外，触发极设置在下半球电极2上，触发极包括触发针电极33以及套设在触发针电极33外的瓷管34，触发针电极33与瓷管34的一端均向上半球电极I延伸且均与下半球面201齐平，触发针电极33和瓷管34齐平的端面上具有位于触发针电极33和瓷管34之间的触发间隙，触发针电极33外具有一密闭的气流通道，空气通过气流通道将触发间隙中形成的电弧吹向主间隙以降低击穿电压，从而加深触发深度。因此，通过改进触发极结构增加了球隙电极的触发深度、提高工作电压和频率。
[0029]具体地，下半球电极2具有下半球面201和与下半球面201连接的底面202，该下半球面201和底面202连接形成下半球电极2的外表面，在下半球电极2内具有第一容纳腔203，该第一容纳腔203用于容纳触发极，在下半球面201的中心处开设有用于将第一容纳腔203与外界连通的第一开孔，触发针电极33穿过第一开孔，且触发针电极33的端面与下半球面201齐平。
[0030]触发极包括内部具有第二容纳腔301的绝缘腔体31，该第二容纳腔301用于供压缩空气流通，该绝缘腔体31由尼龙材料制成。另外，该绝缘腔体31还具有用于将第一容纳腔203与第二容纳腔301连通的进气孔302和出气孔303。
[0031]触发极还包括用于支撑绝缘腔体31的支撑件32，该支撑件32由绝缘材料制成，优选为由尼龙材料制成。支撑件32具有容置在第二容纳腔301内且起密封作用的凸台321，即该凸台321的横截面大小与第二容纳腔301的横截面大小相同，并且绝缘腔体31通过螺纹连接的方式与支撑件32连接在一起。
[0032]触发针电极33的一端固定安装在凸台321上，触发针电极33的另一端穿过出气孔303后延伸至第一开孔并与下半球面201齐平。具体地，触发针电极33可通过一安装件如螺栓固定，并且通过螺纹连接的方式与凸台321固定连接在一起。该触发针电极33为不镑钢制件。
[0033]为了形成一个密闭的气流通道，在触发针电极33位于第二容纳腔301与下半球面201之间的部分套设有瓷管34，且在瓷管33与出气孔303之间设置有密封件35。该瓷管34可以起到防止触发针电极33与下半球电极2之间的异常放电，该密封件35起到对瓷管34与出气孔303之间的密封作用，可以阻止第二容纳腔301与第一容纳腔203之间的空气流通。该瓷管34与密封件35过盈配合，即瓷管34的外径略大于密封件35的内径，从而起到更好的密封效果。该密封件35由聚四氟乙烯材料制成。
[0034]如图2所示，在本实用新型的下半球电极的俯视图中，瓷管34套设在触发针电极33夕卜，并且在瓷管34与触发针电极33之间具有一定的间隙，该间隙用于供气体流通。
[0035]在底面202上安装有铝座4，下半球电极2通过一传动轴5实现与上半球电极I之间的相对位置调整，该传动轴5穿设于铝座4后固定安装在下半球电极2上，另外，支撑件32安装在铝座4上。具体地，如图3所示，在铝座4上开设有螺纹孔44，用螺钉将支撑件32固定在铝座4的螺纹孔44内。在铝座4的中心处还开设有固定孔43，传动轴5穿过固定孔43。
[0036]在支撑件32上设置有穿设于凸台321且与触发针电极33同轴的高压线连接孔322，在第一容纳腔203的底部开设有与触发针电极33同轴的地线连接孔323，即触发针电极33、高压线连接孔322、地线连接孔323三者同轴设置。
[0037]在铝座4位于固定孔43的两侧分别开设有用于穿设导线管6的第二开孔41以及用于穿设压缩空气导管7的第三开孔42。该导线管6用于穿设高压线和地线，高压线穿过导线管6后连接在高压线连接孔322内，地线穿过导线管6后连接在地线连接孔323内。具体地，可以通过螺丝钉将高压线固定连接在高压线连接孔322内，并通过螺丝钉将地线固定连接在地线连接孔323内，另外，高压线和地线的另一端分别接于脉冲变压器副边线圈的两端。压缩空气导管7穿过第三开孔42后安装在进气孔302上，使所述压缩空气导管7、第二容纳腔301以及瓷管34依次连通形成压缩空气的气流通道。
[0038]如图4所示，在本实用新型的铝座的主视图中，在铝座4的中心处开设有固定孔43，在固定孔43的周围开设有用于安装支撑件32的螺纹孔44。
[0039]本实用新型还提供一种放电可控球隙开关，包括上述的放电可控球隙开关的电极。
[0040]在球隙开关的工作过程中通过压缩空气导管7向第二容纳腔301内通入压缩空气，这样在下半球电极2安装触发针电极33的第一开孔位置将有空气吹出。无电弧时，由于触发针电极33的端面与下半球电极2的球面平行，极间电场为稍不均匀场，自然击穿电压较高。控制开关导通(间隙空气击穿)的过程中，空气将触发针电极33与下半球电极2间形成的电弧吹起形成类似于针-球的电极结构，球间电场变为极不均匀场，击穿电压大幅度降低，这就大大的增加了可控深度，球隙直径一定时可以控制更高的电压。在放电结束控制球隙关断的过程中，从下半球电极2中的触发针电极33安装孔吹向上半球电极I的空气可以最大限度的带走间隙中上次间隙击穿过程中所残留的带电粒子，加速空气绝缘的恢复速度，即快速关断球隙开关，从而大大的提高了开关的工作频率。
[0041]在本实用新型中，传动机构(未示出)通过传动轴5带动下半球电极2上下移动，实现对不同电压的开断。在距离一定的情况下，当电压值位于可控电压范围内(电压值大于该距离下的触发击穿电压，同时小于该距离下的自然击穿电压)时，工作过程如下:导通过程，同时向下半球电极2送出触发信号及压缩空气，其中脉冲变压器产生的触发脉冲电压由导线管6及高压线连接孔322和地线连接孔323将电压施加于触发针电极33与下半球电极2之间，导致其间的薄弱环节触发针电极33上端部与下半球电极2外表面之间的空气击穿产生小电弧；压缩空气流通路径为，用气管通过压缩空气导管7导入第一容纳腔203内，通过进气孔302送入第二容纳腔301内，最后经过瓷管34由下半球电极2上的第一开孔吹向球间隙，在气体吹出的过程中将电弧拉伸，向上吹出针尖状，畸变极间电场，同时放电电弧产生的紫外线辐照间隙内的空气，诱发空气击穿，开关实现导通。关断过程，放电结束后，高速吹出的空气有利于电弧的熄灭，同时快速将间隙内刚刚放电过程残留的带电粒子吹散，空气的绝缘能力迅速恢复，开关实现关断。
[0042]综上所述，实施本实用新型的一种放电可控球隙开关的电极及包括该电极的球隙开关，具有以下有益效果:通过采用上半球电极I和下半球电极2，在传统的全球球隙开关的基础上减小了开关体积；通过将触发极安装在下半球电极内，增大了球隙开关的触发深度，提高了开关的工作电压和工作频率。
[0043]上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
【权利要求】
1.一种放电可控球隙开关的电极，其特征在于，包括上半球电极(I)和下半球电极(2)，所述上半球电极(I)具有上半球面(101)，所述下半球电极(2)具有与所述上半球面(101)相对设置的下半球面(201)，所述上半球面(101)与所述下半球面(201)之间具有主间隙，所述主间隙可调从而实现对不同电压的开断； 所述电极还包括设置在所述下半球电极(2)上的触发极，所述触发极包括触发针电极(33)以及套设在所述触发针电极(33)外的瓷管(34)，所述触发针电极(33)与所述瓷管(34)的一端均向所述上半球电极(I)延伸且均与所述下半球面(201)齐平，所述触发针电极(33)和所述瓷管(34)齐平的端面上具有位于所述触发针电极(33)和所述瓷管(34)之间的触发间隙，所述触发针电极(33)外具有一密闭的气流通道，空气通过所述气流通道将所述触发间隙中形成的电弧吹向所述主间隙以降低击穿电压，从而加深触发深度。
2.根据权利要求1所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述下半球电极(2)还具有与所述下半球面(201)连接的底面(202)，且所述下半球电极(2)内具有第一容纳腔(203)，所述下半球面(201)的中心开设有用于将所述第一容纳腔(203)与外界连通的第一开孔，所述触发极安装在所述第一容纳腔(203)内。
3.根据权利要求2所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述触发极还包括内部具有第二容纳腔(301)的绝缘腔体(31)，所述绝缘腔体(31)具有用于将所述第一容纳腔(203)与所述第二容纳腔(301)连通的进气孔(302)和出气孔(303)。
4.根据权利要求3所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述触发极还包括用于支撑所述绝缘腔体(31)的支撑件(32)，所述支撑件(32)具有容置在所述第二容纳腔(301)内且起密封作用的凸台(321)； 所述触发针电极(33)的一端固定安装在所述凸台(321)上，所述触发针电极(33)的另一端穿过所述出气孔(303)后延伸至所述第一开孔并与所述下半球面(201)齐平； 所述触发针电极(33)位于所述第二容纳腔(301)与所述下半球面(201)之间的部分套设有所述瓷管(34)，且所述瓷管(34)与所述出气孔(303)之间设置有密封件(35)。
5.根据权利要求4所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述底面(202)上安装有铝座(4)，所述下半球电极(2)通过一传动轴(5)实现与所述上半球电极(I)之间的相对位置调整，所述传动轴(5)穿设于所述铝座(4)后固定安装在所述下半球电极(2)上，所述支撑件(32)安装在所述铝座(4)上。
6.根据权利要求5所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述支撑件(32)上设置有穿设于所述凸台(321)且与所述触发针电极(33)同轴的高压线连接孔(322)，所述第一容纳腔(203)的底部开设有与所述触发针电极(33)同轴的地线连接孔(323)。
7.根据权利要求6所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述铝座(4)上开设有用于穿设导线管(6)的第二开孔(41)以及用于穿设压缩空气导管(7)的第三开孔(42)； 所述导线管(6)用于穿设高压线和地线，所述高压线穿过所述导线管(6)后连接在所述高压线连接孔(322)内，所述地线穿过所述导线管(6)后连接在所述地线连接孔(323)内； 所述压缩空气导管(7)穿过所述第三开孔(42)后安装在所述进气孔(302)上，使所述压缩空气导管(7)、所述第二容纳腔(301)以及所述瓷管(34)依次连通形成压缩空气的所述气流通道。
8.根据权利要求7所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述触发针电极(33)为不锈钢制件。
9.根据权利要求7所述的放电可控球隙开关的电极，其特征在于，所述上半球电极(I)和所述下半球电极(2)均为铜电极。
10.一种放电可控球隙开关，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的放电可控球隙开关的电极。
【文档编号】H01T2/02GK204190168SQ201420511785
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】黄兴仓, 李绍荣, 马庆龙, 周志新, 段军鹏, 董俊贤, 胥均, 杨绪龙, 陈楠, 刘晓明, 雷雨田, 王永红, 魏新劳, 聂洪岩, 刘丽琴 申请人:云南电网公司楚雄供电局, 哈尔滨理工大学, 昆明铭昂科技有限公司