CN103296579B - 一种沿面击穿型真空开关的触发电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沿面击穿型真空开关的触发电极，包括低压极、钼套圈、陶瓷管、金属触发极、钼环、半导体涂敷层、触发极凹槽，陶瓷管设置于低压极及钼套圈中心处的贯穿孔中，并与钼套圈紧密接触，用于保证低压极与金属触发极之间的电气绝缘，金属触发极设置于陶瓷管及钼环中心处的贯穿孔中，用于保证钼环与金属触发极等电位，钼环设置于陶瓷管的上部，半导体涂覆层设置于钼套圈与钼环之间陶瓷管的管壁上,半导体涂覆层的方向与高压极施加的间隙电场方向一致，触发极凹槽设置于钼套圈、钼环、半导体涂覆层***的低压极上。本发明能够解决现有触发电极存在的使用寿命短、耐高温性能不佳、容易烧蚀损坏的问题。

Description

一种沿面击穿型真空开关的触发电极

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，更具体地，涉及一种沿面击穿型真空开关的触发电极。

背景技术

触发真空开关（后简称真空开关）是利用真空作为高、低电压电极间的主间隙绝缘介质和灭弧介质，并采用特殊设计的触发电极控制开关闭合。真空开关的触发电极结构主要有两种：沿面击穿型和场击穿型。场击穿型真空开关一方面由于触发极与阴极距离较近，工艺制作较难控制；另一方面要求击穿电压较高，存在分散性大的问题，所以目前使用较多的还是为沿面击穿型真空开关。

目前沿面击穿型真空开关的触发电极存在以下问题：1）主间隙导通后，金属蒸汽喷溅后冷凝，会覆盖沿面涂层，导致沿面短路、触发失效，从而开关使用寿命完结；2）触发沿面击穿时，场致发射电子和带电粒子构成的等离子体能量较低，扩散空间有限，无法迅速大量地进入主间隙，难以保证触发稳定可靠。（3）传统的无氧铜材料触发极，耐高温性能不佳，且机械强度不高，容易烧蚀损坏。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种沿面击穿型真空开关的触发电极，其目的在于解决现有触发电极存在的使用寿命短、难以保证触发稳定可靠、耐高温性能不佳、机械强度不高、容易烧蚀损坏的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种沿面击穿型真空开关的触发电极，包括低压极、钼套圈、陶瓷管、金属触发极、钼环、半导体涂敷层、触发极凹槽、陶瓷管设置于低压极及钼套圈中心处的贯穿孔中，并与钼套圈紧密接触，金属触发极设置于陶瓷管及钼环中心处的贯穿孔中，钼环设置于陶瓷管的上部，半导体涂覆层设置于钼套圈与钼环之间陶瓷管的管壁上,半导体涂覆层的轴线方向与高压极施加的间隙电场方向平行，触发极凹槽设置于钼套圈、钼环、半导体涂覆层***的低压极上，是低压极上的凹槽，为一个开放性的“喇叭”结构。

优选地，低压极由耐高温金属材料制成，形状为轴对称型，中心位置设置有轴向的贯穿孔。

优选地，钼套圈及钼环由钼材料制成，形状为轴对称型，中心位置设置有轴向的贯穿孔。

优选地，金属触发极由耐高温材料制成，形状为圆柱体。

优选地，陶瓷管采用耐烧蚀耐高温陶瓷制成，形状为两端直径不同的圆柱体，中心位置设置有轴向的贯穿孔。

优选地，低压极、钼套圈、钼环、金属触发极和陶瓷管为同轴结构。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明能够取得下列的有益效果：

1．作为触发沿面的半导体涂覆层设置于钼套圈与钼环之间陶瓷管的管壁上，沿面轴线方向与主电场方向一致，使得金属蒸汽微粒主要沿着沿面轴线的平行方向运动，能减小金属液滴喷溅冷凝覆盖沿面涂覆层的概率，避免沿面涂覆层短路，从而增加真空开关的寿命。

2．触发极凹槽增强了局部电场畸变，并形成了一个开放性的“喇叭”结构，这样能促进来自场致发射效应的初始等离子体获得电场能，增大了初始等离子体的速率和扩散的空间途径，保证开关导通初期的等离子体迅速地进入主间隙的真空介质内形成自持放电，从而降低主间隙的击穿电压和击穿时延，减小了时延抖动，保证稳定可靠的触发。

3、钼套圈与钼环实质上构成了沿面触发电极的阴极和阳极，金属钼具有较好的导电性能和耐电弧烧蚀性能，可加工性能比钨好，价格也相对便宜，因此能较经济地克服触发电极不耐烧蚀的问题。

附图说明

图1是本发明一种真空开关的触发电极的结构剖面图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1.低压极；2.钼套圈、3.陶瓷管；4.钼环；5.金属触发极；6.半导体涂覆层；7.触发极凹槽；8.高压极。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明一种真空开关的触发电极的结构剖面图。

真空开关的触发电极在外形上采用同轴结构。低压极1为轴对称部件，中心位置设置有两个直径不同贯穿孔。

钼套圈2为轴对称部件，中心位置设置有贯穿孔，钼套圈2设置在低压极1中直径较大的贯穿孔内。

陶瓷管3设置为两端直径不同的圆柱体，轴向中心位置设置有贯穿孔，陶瓷管3从低压极1及钼套圈2的贯穿孔伸入，与低压极1的贯穿孔及钼套圈2的贯穿孔相配合，以保证陶瓷管3与钼套圈2紧密接触，通过电焊接保证二者连接紧密可靠，同时保证低压极1与钼套圈2等电位。

钼环4为轴对称部件，中心位置设置有贯穿孔，钼环4设置在陶瓷管上部，边缘直径与陶瓷管3上端直径相同。钼套圈2与钼环4实质上构成了沿面触发电极的阴极和阳极，能较经济地克服触发电极不耐烧蚀的问题。

陶瓷管3隔离钼套圈2与钼环4，以保证金属触发极5和低压极1在电气上的绝缘。

金属触发极5为轴对称部件，设置于陶瓷管3及钼环4的贯穿孔内，通过电焊接保证连接紧密可靠，同时保证钼环4与金属触发极5等电位。

陶瓷管3用于隔离低压极1和金属触发极5的电位，起着电气绝缘的作用。

半导体涂覆层6设置于钼套圈2和钼环5之间陶瓷管3管壁上，涂抹均匀且厚度较小，保证带半导体涂覆层6的陶瓷管3与钼环4直径相同。在本实施方式中，半导体涂覆层6采用氧化铁材料制成。在其他实施方式中，可不使用半导体涂敷层6，仅仅依赖陶瓷管的表面釉层也可。

触发极凹槽7设置于钼套圈2、钼环4与半导体涂覆层6***的低压极1上，是低压极1上的凹槽，形成一个开放性的“喇叭”结构，在本实施方式中，触发极凹槽7是一个横截面开口朝向主间隙的45度斜角的凹槽，也是轴对称的，作用是形成一个不均匀畸变电场，增大沿面放电形成的等离子带电粒子的扩散效能。

钼套圈2与低压极1、陶瓷管3与钼环4、以及陶瓷管3与金属触发极5采用电焊技术实现机械连接，以保证二者间连接紧密，从而钼套圈2与低压极1、以及钼环4与金属触发极5电导通。

低压极1采用耐烧蚀耐高温金属材料制成，如铜铬合金。

钼套圈2及钼环4采用钼棒制作，易加工、热稳定性好。

陶瓷管3采用耐烧蚀耐高温陶瓷制成。金属触发极5采用耐高温材料（例如无氧铜）制成，易加工和定形、热稳定性好。

半导体涂覆层6推荐采用氧化铁材料制成，沿面击穿时能产生较多带电粒子和电子，同时半导体涂覆层6的轴线方向与间隙电场方向（图1中以E表示高压极8所施加的间隙电场强度，实线表示高压极8为正极性时的电场强度方向，虚线表示高压极8为负极性时的电场强度方向）平行，能最大程度上降低间隙导通后金属液滴喷溅冷凝上去的概率，从而提高真空开关的寿命。

本发明的工作原理如下：真空开关的触发电极工作过程中，钼套圈2与钼环4间的半导体涂覆层6发生沿面放电，并产生较多的等离子体，经由触发极凹槽7中的不均匀电场加速可迅速地进入间隙的真空介质中，改变主间隙的电场分布，从而能够降低间隙的击穿电压，保证触发的稳定可靠。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种沿面击穿型真空开关的触发电极，由低压极、钼套圈、陶瓷管、金属触发极、钼环、半导体涂敷层和触发极凹槽构成，其特征在于，

陶瓷管设置于低压极及钼套圈中心处的贯穿孔中，并与钼套圈紧密接触；

金属触发极设置于陶瓷管及钼环中心处的贯穿孔中；

钼环设置于陶瓷管的上部；

半导体涂覆层设置于钼套圈与钼环之间陶瓷管的管壁上,半导体涂覆层的轴线方向与高压极施加的间隙电场方向平行；

触发极凹槽设置于钼套圈、钼环、半导体涂覆层***的低压极上；

真空开关的触发电极工作过程中，钼套圈与钼环间的半导体涂覆层发生沿面放电，并产生较多的等离子体，经由触发极凹槽中的不均匀电场加速可迅速地进入间隙的真空介质中，改变主间隙的电场分布，从而能够降低间隙的击穿电压，保证触发的稳定可靠。

2.如权利要求1所述的触发电极，其特征在于，低压极由耐高温金属材料制成，形状为轴对称型，中心位置设置有轴向的贯穿孔。

3.如权利要求1所述的触发电极，其特征在于，钼套圈及钼环由钼材料制成，形状为轴对称型，中心位置设置有轴向的贯穿孔。

4.如权利要求1所述的触发电极，其特征在于，金属触发极由耐高温材料制成，形状为圆柱体。

5.如权利要求1所述的触发电极，其特征在于，陶瓷管采用耐烧蚀耐高温陶瓷制成，形状为两端直径不同的圆柱体，中心位置设置有轴向的贯穿孔。

6.如权利要求1所述的触发电极，其特征在于，低压极、钼套圈、钼环、金属触发极和陶瓷管为同轴结构。