[发明专利]高电压交叉场气体开关及操作方法

说明书

一种高电压气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在预选气体压力处的可电离气体。气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的可电离气体，其中帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而增加。气体开关还包括设置在气密外壳内的阳极、设置在气密外壳内的阴极、以及定位在阳极和阴极之间的控制栅极，其中控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与阳极间隔开。

关于联邦资助研发的声明

本发明在能源部能源高级研究计划局授予的合同号DE-AR0000298下利用政府的支持完成。政府在本发明中拥有某些权利。

技术领域

本公开的领域大体上涉及高电压交叉场气体开关，并且更特别地涉及能够基于栅极到阳极距离和开关内气体压力的选择在高电压处操作的交叉场气体开关。

背景技术

诸如平面交叉场气体开关的交叉场气体开关是已知的。常规地，这些开关包括由气密腔室包封的电极组件，诸如与阳极间隔开的阴极。气密腔室填充有可电离气体，并且电压施加于设置在阳极和阴极之间的控制栅极，以在它们之间启动等离子体路径。在存在施加于阳极的输入电压的情况下，开关是可操作的，以在阳极和阴极之间传导大电流。等离子体传导路径可通过反向偏置控制栅极来终止，使得从阳极流动至阴极的电流被控制栅极(以及伴随的电路)瞬时抽出，以使气体再次变得绝缘。因此，在存在输入电压和传导等离子体的情况下，装置起作用为充气开关或“气体开关”。

与至少一些已知气体开关相关联的缺点包括大约160千伏(kV)的操作上限。具体地，许多普通气体开关并未设计用于160kV以上的操作，并且对于在诸如例如在数百千伏范围内操作的配电系统的高压电力系统中的大规模长期实施而言不倾向于是可行的。

发明内容

在一个方面，提供一种高电压气体开关。气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的可电离气体，其中帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而减小。气体开关还包括设置在气密外壳内的阳极、设置在气密外壳内的阴极、以及定位在阳极和阴极之间的控制栅极，其中控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与阳极间隔开。

在另一个方面，提供一种高电压交叉场气体开关。气体开关包含在预选气体压力处的可电离气体。基于气体开关的电极之间的距离和可电离气体的帕邢曲线选择预选气体压力，其中帕邢曲线绘制随电极之间的距离乘以气体压力而变化的可电离气体的击穿电压，并且电极之间的距离乘以气体压力的值在帕邢曲线的一部分上连同击穿电压增加而减小。

在又一个方面，提供一种高电压气体开关。气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在0.01至1.0托的范围内的气体压力处的可电离气体，其中气体压力基于可电离气体的帕邢曲线选择。气体开关还包括设置在气密外壳内的阳极、设置在气密外壳内的阴极、以及定位在阳极和阴极之间的控制栅极，其中控制栅极以在2.0至15.0厘米(cm)的范围内的栅极到阳极距离与阳极间隔开，并且其中栅极到阳极距离基于期望的操作电压选择。

技术方案1. 一种高电压气体开关，包括：

气密外壳，其包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的所述可电离气体，其中所述帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、所述可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在所述帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而增加；

阳极，其设置在所述气密外壳内；

阴极，其设置在所述气密外壳内；以及

控制栅极，其定位在所述阳极和所述阴极之间，所述控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与所述阳极间隔开。