[发明专利]一种气体开关电极

说明书

技术领域

本发明属于高电压电工电器技术和脉冲功率技术领域，涉及一种具有 两电极同轴结构气体开关的防烧蚀电极。

背景技术

脉冲功率技术是指将较长时间内存储起来的具有较高密度的能量，进 行快速压缩、转换或直接以很短的时间释放能量给负载的电物理技术。开 关器件在脉冲功率系统中占有特殊的地位，这是因为开关器件的参数和特 性对脉冲的上升时间、幅值等产生最直接、最敏感的影响。对脉冲功率装 置而言，说它的性能由使用的开关的特性决定完全不过分。将储能传输给 负载的能力的任何进展，都是以成功地设计和研制各种各样的脉冲大电流 开关为前提的。在脉冲功率系统中，脉冲功率开关在高电压、大电流下工 作，条件十分恶劣，开关中的击穿现象和开关电极上的放电物理过程十分 复杂，开关电极材料在击穿时的烧蚀将会直接影响到开关的性能和寿命。 为此，具有耐受高电压强电流、击穿时延短而分散性小、电感和电阻小、 电极烧蚀少以及能高重复频率工作的各种开关器件的研制，是脉冲功率技 术中十分重要的课题。

气体开关具有响应快、损耗小、承受电压高、传导电流大、稳定性高、 电感和抖动低、工作电压调节方便、结构简单坚固、造价低等优点，因此 在高电压电工技术领域和脉冲功率技术领域中得到了广泛的应用。常见的 气体火花开关包括三电极场畸变火花开关、两电极气体火花开关等。高压 大电流领域的气体开关导通会在其气体间隙中产生强烈的电弧，电弧温度 随着开关内气压、电场强度、通过的电流大小等参数的变化可以达到几千 甚至几万摄氏度。如此高温的电弧对气体开关的金属电极以及采用各种螺 纹形式的紧固件有很强的烧蚀作用。严重时，金属熔融又冷却后甚至可以 粘连在一起。

由于触发极本身的烧蚀将严重影响开关的寿命，通常三电极场畸变火 花开关不适合应用于大电流工作情况下。两电极气体开关也并非没有烧蚀 问题，其电极与电极座之间、电极套筒和电极座之间、连接电极座和电极 套筒的螺钉和螺纹之间也存在烧蚀问题。脉冲功率领域的导通电流的大小 往往可以达到几十万安培峰值。在多次大电流导通放电的情况下，电极与 电极座、电极套筒和电极座、连接电极座和电极套筒的螺钉和螺纹经常会 发生金属烧蚀粘连。

气体开关的寿命通常由电极烧蚀造成的侵蚀程度决定，达到寿命期限 的开关通常只是电极需要更换而其他零部件可以继续使用。但是由于开关 多次大电流导通放电之后造成的电极与电极座、电极套筒和电极座、连接 电极座和电极套筒的螺钉和螺母的金属粘连，此时开关往往不得不整体更 换。

发明内容

本发明的目的是针对脉冲功率系统中大电流闭合开关的应用需求，提 供一种气体开关电极，该电机可以减轻烧蚀造成的金属粘连，使得气体开 关可以在长期运行后相对方便地拆卸旧电极和安装新电极，降低运行维护 成本。

本发明提供的气体开关电极，包括石墨电极、电极套筒和电极座，其 特征在于：石墨电极的一端加工成圆锥面，并嵌入在电极套筒中，石墨电 极的外圆锥面和电极套筒的内圆锥面相接触部分的锥度一致；电极套筒利 用螺钉和螺母通过安装定位孔固定在电极座上，电极套筒和电极座之间留 有间隙，石墨电极与电极座接触。

作为上述技术方案的改进，所述安装定位孔为内壁光滑的通孔，通孔 直径大于螺钉的直径；螺钉外套有一层有机绝缘材料。

本发明提供的这种电极结构可以带来两方面的显著好处，其一是使得 电极套筒和电极座之间的接触电阻远远大于石墨电极和电极座之间的接触 电阻，开关导通瞬间大电流将主要从电极座至石墨电极流过，极大地减轻 了电极套筒和电极座之间的烧蚀粘连，烧蚀粘连只可能在螺钉和螺母组合 结构中发生，因此运行维护时更换石墨电极十分方便；其二是圆锥面使得 石墨电极在开关导通瞬间通过大电流时电动力分布比较均匀，减轻了因电 动力产生的机械应力不均对石墨电极造成的断裂崩解等破坏，从而延长了 电极寿命。

本发明在保证电极和电极座紧密接触，不影响开关电气性能的同时， 能防止电极座和相关紧固件(如螺钉、螺母等)在开关多次导通放电之后 发生严重烧蚀粘连，显著地改善开关多次导通放电之后电极结构的可拆卸 性，从而方便电极的维修和更换。

附图说明

图1为气体开关电极的结构示意图；

图2为电极套筒外形三维效果图；

图3为电极外形三维效果图；