一种高压多级串联火花间隙开关的制作方法

本发明属于电力开关设备领域，涉及一种高压多级串联火花间隙开关。

背景技术

火花间隙开关因其结构简单、工作快速准确和经济性好而被广泛应用于电力系统作为过电压保护器件或脉冲放电电路中作为主放电开关。为防止火花间隙开关因复杂恶劣工况而发生误放电，间隙的工作系数一般不高于60％(工作系数定义为开关工作电压与其自击穿电压的百分比)。特别地，为避免火花间隙开关在雨、雪、沙尘暴等恶劣天气下发生自闪，同时在强盐密、强污秽和凝露等复杂工况下仍能安全、稳定、可靠运行，需要进一步降低火花间隙开关的工作系数，即间隙开关的整体工作系数甚至需要低于30％。

常用的气体开关触发技术(主要包括trigatron触发和场畸变触发)，开关可靠的工作系数一般在70％以上，难以直接将其移植用于高电压、长间隙火花开关在低工作系数下的可靠触发。

现有的高压火花间隙开关，一般设计为多级串联结构，通过短接第一级或部分空气间隙，使系统电压施加于剩余间隙，实现火花间隙开关在过电压作用下的触发、导通。然而，通过短接部分间隙得到的过电压一般最高仅为其正常工作电压的2倍左右，远不能满足严苛、复杂恶劣工况下的应用需求。

因此，研究一种新的火花间隙在低工作系数下的可靠触发技术具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高压多级串联火花间隙开关，该间隙开关能够在低工作系数下进行可靠触发导通。

为达到上述目的，本发明所述的高压多级串联火花间隙开关包括高压源、低压源、控制开关、触发器、第一分压电阻、第一分压电容器及若干两级串联火花间隙开关，其中，各两级串联火花间隙开关均包括第一间隙、两电极气体开关、脉冲变压器、第二分压电容器、第二分压电阻、高压电容器、泄放电阻、第一连接节点、第二连接节点、第三连接节点及第四连接节点，其中，第一间隙的一端与第一连接节点相连接，第三连接节点与第一间隙的另一端、两电极气体开关的另一端、泄放电阻的一端及高压电容器的负极相连接，高压电容器的正极与脉冲变压器原边绕组的一端相连接，脉冲变压器原边绕组的另一端与泄放电阻的另一端及两电极气体开关的另一端相连接，第二连接节点与第二分压电容器的正极及第二分压电阻的一端相连接，第二分压电容器的负极及第二分压电阻的另一端与脉冲变压器副边绕组的一端相连接，脉冲变压器副边绕组的另一端与第四连接节点相连接；

第一个两级串联火花间隙开关中的第一连接节点及第二连接节点与高压源相连接，前一个两级串联火花间隙开关中的第三个连接节点与后一个两级串联火花间隙开关中的第一个连接节点相连接，前一个两级串联火花间隙开关中的第四连接节点与后一个两级串联火花间隙开关中的第二连接节点相连接，最后一个两级串联火花间隙开关中的第三连接节点与控制开关的一端相连接，低压源与控制开关的另一端、第一分压电阻的一端及第一分压电容器的负极相连接，最后一个两级串联火花间隙开关中的第四连接节点与第一分压电阻的另一端及第一分压电容器的正极相连接，触发器与控制开关的控制端相连接。

控制开关为高压断路器。

控制开关为等离子体射流触发气体火花开关、真空触发开关、trigatron触发开关、场畸变触发开关或高压半导体开关。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高压多级串联火花间隙开关在具体操作时，采用各级分别触发的方式进行触发，在触发时，在第一级分压电容器的电压、第二级分压电容器的电压及脉冲变压器副边输出的高压脉冲的共同作用下实现第一间隙触发导通，从而使得间隙开关能够在低工作系数下进行可靠触发导通，然后以此类推，完成整个高压多级串联火花间隙开关的触发导通，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明中两级串联火花间隙开关的示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1及图2所示，本发明所述的高压多级串联火花间隙开关包括高压源hv、低压源lv、控制开关g1、触发器、第一分压电阻r1、第一分压电容器c1及若干两级串联火花间隙开关，其中，各两级串联火花间隙开关均包括第一间隙g2、两电极气体开关g3、脉冲变压器t、第二分压电容器c2、第二分压电阻r2、高压电容器c3、泄放电阻r3、第一连接节点、第二连接节点、第三连接节点及第四连接节点，其中，第一间隙g2的一端与第一连接节点相连接，第三连接节点与第一间隙g2的另一端、两电极气体开关g3的另一端、泄放电阻r3的一端及高压电容器c3的负极相连接，高压电容器c3的正极与脉冲变压器t原边绕组的一端相连接，脉冲变压器t原边绕组的另一端与泄放电阻r3的另一端及两电极气体开关g3的另一端相连接，第二连接节点与第二分压电容器c2的正极及第二分压电阻r2的一端相连接，第二分压电容器c2的负极及第二分压电阻r2的另一端与脉冲变压器t副边绕组的一端相连接，脉冲变压器t副边绕组的另一端与第四连接节点相连接；

第一个两级串联火花间隙开关中的第一连接节点及第二连接节点与高压源hv相连接，前一个两级串联火花间隙开关中的第三个连接节点与后一个两级串联火花间隙开关中的第一个连接节点相连接，前一个两级串联火花间隙开关中的第四连接节点与后一个两级串联火花间隙开关中的第二连接节点相连接，最后一个两级串联火花间隙开关中的第三连接节点与控制开关g1的一端相连接，低压源lv与控制开关g1的另一端、第一分压电阻r1的一端及第一分压电容器c1的负极相连接，最后一个两级串联火花间隙开关中的第四连接节点与第一分压电阻r1的另一端及第一分压电容器c1的正极相连接，触发器与控制开关g1的控制端相连接。

控制开关g1为高压断路器、等离子体射流触发气体火花开关、真空触发开关、trigatron触发开关、场畸变触发开关或高压半导体开关。

本发明的具体工作过程为：

触发器发送触发命令使得控制开关g1导通，随即第一分压电容器c1对控制开关g1放电，在控制开关g1放电过程中，第一分压电容器c1同时对高压电容器c3进行充电，当高压电容器c3充电至设定电压值时，两电极气体开关g3随即自放电，并形成导通；两电极气体开关g3导通后，高压电容器c3对脉冲变压器t的原边放电，并在脉冲变压器t的副边产生一高幅值脉冲高压；在脉冲变压器t副边输出的脉冲高压、第一分压电容器c1的电压及第二分压电容器c2的电压的共同作用下，实现第一间隙g2导通，完成两级串联火花间隙开关的触发。其他两级串联火花间隙开关的触发方式与第一个两级串联火花间隙开关的触发方式相同，以实现高压多级串联火花间隙开关的触发。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。