[发明专利]一种具有尖峰电极结构的异形自击穿高压气体开关

权利要求书

1.一种具有尖峰电极结构的异形自击穿高压气体开关，具有尖峰电极结构的异形自击穿高压气体开关由绝缘腔体(1)、阳极杆(2)、阴极杆(3)、阳极电极(4)和阴极电极(5)组成；定义具有尖峰电极结构的异形自击穿高压气体开关连接高压电源的一端为输入端即左端，定义具有尖峰电极结构的异形自击穿高压气体开关连接负载的一端为输出端即右端；阳极杆(2)和阴极杆(3)通过螺栓固定在绝缘腔体(1)上，阳极电极(4)固定在阳极杆(2)的右端，处于绝缘腔体(1)内，阴极电极(5)固定在阴极杆(3)的左端，处于绝缘腔体(1)内；

绝缘腔体(1)是一个带两个端面的圆柱形空腔，由绝缘筒(101)，前绝缘端板(102)和后绝缘端板(103)构成；前绝缘端板(102)和后绝缘端板(103)结构完全相同，前绝缘端板(102)固定安装在绝缘筒(101)的左端，后绝缘端板(103)固定安装在绝缘筒(101)的右端，前绝缘端板(102)和后绝缘端板(103)关于BB’对称；

其特征在于：

绝缘筒(101)的长度为L，内半径为R₁，外半径为R₂，R₁R₂，壁厚为W＝R₂-R₁，采用绝缘材料制成；

绝缘筒(101)的两个端面均匀攻有S个第一螺纹孔(1011)，S1；第一螺纹孔(1011)直径为M，MR₂-R₁，第一螺纹孔1011中心线半径为R，绝缘筒(101)的左端面通过第一螺纹孔(1011)中插入的直径等于M的螺杆与前绝缘端板(102)固定相连，绝缘筒(101)的右端面通过第一螺纹孔(1011)中插入的直径等于M的螺杆与后绝缘端板(103)固定连接；

前绝缘端板(102)是绝缘材料制成的圆盘，圆盘半径等于R₂，厚度为T；在中心线半径为位置处钻S个第一通孔(1021)，第一通孔(1021)孔径等于M，前绝缘端板(102)通过S个第一通孔(1021)与绝缘筒(101)的左端面通过螺杆连接；前绝缘端板(102)的中心O处钻有半径为R₃的第二通孔(1022)和半径为R₄的第一定位槽(1023)，R₄R₃；第一定位槽(1023)深度为H；

阳极杆(2)是带圆盘的圆杆，由左侧阳极圆杆(201)、阳极圆盘(202)和右侧阳极圆杆(203)构成；阳极圆盘(202)材料为不锈钢，焊接在左侧阳极圆杆(201)、右侧阳极圆杆(203)之间，将左侧阳极圆杆(201)、右侧阳极圆杆(203)连在一起；左侧阳极圆杆(201)长度为L₁，半径等于第二通孔(1022)的半径R₃；阳极圆盘(202)半径等于第一定位槽(1023)的半径R₄，厚度等于第一定位槽(1023)的深度H；右侧阳极圆杆(203)长度为L₂，半径等于第二通孔(1022)的半径R₃；左侧阳极圆杆(201)从前绝缘板(102)右侧穿过第二通孔(1022)，阳极圆盘(202)嵌在第一定位槽(1023)中，左侧阳极圆杆(201)通过螺栓固定在前绝缘端板(102)上，且左侧阳极圆杆(201)左端连接高压电源；右侧阳极圆杆(203)右端攻有螺纹，与阳极电极(4)连接；

阴极杆(3)与阳极杆(2)形状和结构完全相同，安装位置关于中心线BB’对称；阴极杆(3)是带圆盘的圆杆，由左侧阴极圆杆(301)、阴极圆盘(302)和右侧阴极圆杆(303)构成；圆盘材料为不锈钢，焊接在左侧阴极圆杆(301)、右侧阴极圆杆(303)之间；左侧阴极圆杆(301)长度等于右侧阳极圆杆(203)长度L₂，半径等于第三通孔(1032)的半径R₃；阴极圆盘(302)半径等于R₄，厚度等于H；右侧阴极圆杆(303)长度等于左侧阳极圆杆(201)长度L₁，半径等于R₃；右侧阴极圆杆(303)从后绝缘板(103)左侧穿过第三通孔(1032)，阴极圆盘(302)嵌在第二定位槽(1033)中，右侧阴极圆杆(303)通过螺栓固定在后绝缘端板(103)上；右侧阴极圆杆(303)右端连接负载；左侧阴极圆杆(301)左端攻有螺纹，与阴极电极(5)连接；

阳极电极(4)是异形结构，材料为不锈钢、铜钨合金、黄铜中任意一种；阳极电极(4)整体呈一个端面带有凹坑的圆盘状，圆盘外侧面不是规整的圆环，而是加工成向外突起的圆面；圆盘半径为R₅，圆盘最大厚度为L₃，其中R₃R₅R₁，L₃L/3；令沿圆盘厚度方向距圆盘左右端面距离为L₃/2的与阳极杆(2)垂直的线为阳极电极(4)中心线SS’，定义中心线SS’左侧为阳极电极(4)左端面，右侧为阳极电极(4)右端面；阳极电极(4)左端面中心攻有半径等于R₃的第三螺纹孔402，第三螺纹孔402深度为L₅，L₅L₃/2；阳极电极(4)左端面通过第三螺纹孔(402)与右侧阳极圆杆(203)右端紧密连接；阳极电极(4)外侧面加工成圆面，圆面半径为R₆，圆面弧度CMD＝α，其中R₆＝L₃/2，π/2α3π/2；阳极电极(4)右端面中心部位的厚度小于L₃形成阳极凹坑(403)；阳极凹坑(403)半径为R₇，R₇＝R₅-R₆-R₆sin(α-π/2)；阳极凹坑(403)深度为L₄，L₄＝R₆-R₆cos(a-π/2)；

阳极突出部位(401)加工成粗糙度为N的表面，将电极表面加工成带尖峰结构，粗糙度N根据表面粗糙度等级对照表确定；取阳极突出部位(401)中一条轴线即阳极突出部位(401)内边沿到阳极突出部位(401)外边沿的连线K放大，将轴线K看做是若干个尖峰构成；轴线K长度为L₆，尖峰宽度为l，尖峰高度为h，尖峰间隔为d，尖峰个数n＝L₆/(l+d)；根据表面粗糙度等级对照表，表面粗糙度N越大，尖峰宽度l越大，尖峰高度h越高，尖峰间隔d越大，尖峰个数n越少，通过增大电极表面粗糙度N增大电极表面电场，促使开关电极表面电子产生，提升开关工作稳定性；

阴极电极(5)与阳极电极(4)形状、结构和材料相同，安装位置关于中心线BB’对称；阴极电极(5)的烧蚀发生在阴极突出部位(501)，阴极突出部位(501)与阳极突出部位(401)关于中心线BB’对称；阴极电极(5)右侧通过第四螺纹孔(502)与阴极杆(3)左端紧密连接。