專利名稱：空氣或真空crowbar開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過電壓保護器沖擊系統(tǒng)，特別涉及一種空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息化產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對于系統(tǒng)中由于大氣過電壓及操作過電壓造成的危害已引起了人們極大的重視。作為一級I(B)級過電壓保護元件及裝置的各種電極形狀的I(B)級間隙型火花開關(guān)，已有大量的報導(dǎo)。其中有代表性的為德國PHOENIX、德國OBO和法國CITEL間隙型過電壓保護器。
I(B)間隙型過電壓保護器(間隙型SPD)主要用來承受I(B)級直擊雷，其波形為10/350μs沖擊電流波。
I(B)間隙型SPD的沖擊電流試驗不同于用于電力系統(tǒng)的氧化鋅電阻片和用于低壓防雷的壓敏電阻片，因為氧化鋅電阻片和壓敏電阻片均屬于“限壓型”過電壓保護器，而I(B)間隙型SPD則屬于“短路型”過電壓保護器，它起著等電位連接的功能。因此它們的沖擊電流試驗存在差異氧化鋅電阻片和壓敏電阻片沖擊電流試驗一般采用8/20μs、4/10μs、30/80μs等沖擊電流波，沖擊電流波發(fā)生回路一般采用RLC指數(shù)波放電回路，回路一般工作在欠阻尼狀態(tài)，“限壓型”SPD導(dǎo)通時等效阻抗一般為幾百個mΩ；對于I(B)間隙型SPD的10/350μs沖擊電流試驗系統(tǒng)，一方面，由于間隙SPD導(dǎo)通時等效阻抗為幾個或幾十個mΩ，另一方面，回路工作在深過阻尼狀態(tài)，如按傳統(tǒng)的RLC指數(shù)波放電回路設(shè)計帶載能力為50mΩ、幅值100kA的10/350μs沖擊電流發(fā)生回路所需要的能量為幾千千焦耳。這么大的沖擊能量會產(chǎn)生以下幾個問題一是幾千千焦耳的能量需要上百甚至上千μF的電容器來儲存，沖擊電流發(fā)生器的體積很大，高電壓操作的安全性和可靠性降低；另一方面幾千千焦耳的能量要釋放在放電開關(guān)上，對常用的空氣火花開關(guān)的侵蝕非常嚴(yán)重，并且巨大的能量釋放對操作環(huán)境產(chǎn)生電磁及噪聲的污染。
國際上先進的高電壓試驗設(shè)備制造公司(瑞士HAEFELY)率先采用CROWBAR開關(guān)開發(fā)了用于I(B)間隙型10/350μs沖擊電流試驗系統(tǒng)，也是國際上唯一的生產(chǎn)廠家。該沖擊電流試驗系統(tǒng)中，CROWBAR開關(guān)采用重達100kg的金屬合金制成(工作環(huán)境為空氣)，它包括三個電極(兩個主放電電極和一個觸發(fā)電極)，其中兩個主電極呈水平放置或垂直放置，觸發(fā)電極放置于和兩個主電極垂直的平面上，起“橋接”作用。
電路原理要求CROWBAR開關(guān)的工作條件是在主電極電壓較低(接近0伏)的情況下，由觸發(fā)電極的強制觸發(fā)作用形成兩個主電極之間的“橋接”。因此要想實現(xiàn)這種作用必須滿足以下幾個條件(1)要求觸發(fā)電極和兩個主電極的電場必須保持均勻，以確保觸發(fā)電極和兩個主電極之間同時擊穿放電；(2)在主電極間電壓較低的情況下，實現(xiàn)觸發(fā)電極和兩個主電極之間的“橋接”，觸發(fā)電壓必須具有足夠大的觸發(fā)能量；(3)為了提高CROWBAR開關(guān)工作的穩(wěn)定性，要求觸發(fā)電極與兩個主電極在一次放電后，表面狀態(tài)不能發(fā)生明顯的變化(如燒蝕凸點、凹坑等)，以免影響下次的觸發(fā)“橋接”作用，所以開關(guān)電極材料的選取是非常講究的。
由此可見，I(B)間隙型10/350μs沖擊電流試驗系統(tǒng)對CROWBAR開關(guān)的要求是相當(dāng)苛刻的，否則，CROWBAR開關(guān)級沖擊電流試驗系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與可靠性根本無法保障。
HAEFELY公司研發(fā)的I(B)間隙型10/350μs沖擊電流試驗系統(tǒng)中的CROWBAR開關(guān)除了笨重之外，非常明顯的缺點是CROWBAR開關(guān)的三個電極均需要根據(jù)試驗條件進行間隙距離調(diào)整，且調(diào)整配合非常困難，而且還要受到空氣濕度、電極表面狀態(tài)等的影響，因此，CROWBAR開關(guān)工作的穩(wěn)定性及可靠性較差，基本上只適用于實驗室研究，且僅限于專業(yè)人員操作，根本無法滿足間隙過電壓保護器、尤其是I(B)間隙型過電壓保護器試驗和研究的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種可工作在空氣或真空環(huán)境中，具有較大的通流容量，較少的侵蝕量，較長的使用壽命的空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括與電源相連的電容，在電容的放電回路上依次串聯(lián)有電阻、主放電間隙、電感和電阻，其特點是，在主放電電極與電感之間的電容的放電回路上還并聯(lián)有CROWBAR開關(guān)，所說的CROWBAR開關(guān)包括設(shè)置在絕緣外殼內(nèi)的活動電極和固定電極，或在固定電極內(nèi)鑲嵌有觸發(fā)電極或在活動電極與固定電極的放電間隙之間設(shè)置有觸發(fā)電極，且在活動電極和固定電極或在固定電極與觸發(fā)電極上還電連接有觸發(fā)系統(tǒng)，所說的CROWBAR開關(guān)工作在空氣或10-5Pa～10-2Pa的真空環(huán)境下。
本發(fā)明的另一特點是活動電極、固定電極和觸發(fā)電極的周圍設(shè)置有安裝在絕緣外殼內(nèi)壁上的屏蔽罩；鑲嵌在固定電極中的觸發(fā)電極為柱狀電極，此觸發(fā)電極通過絕緣套管鑲嵌在固定電極中；設(shè)置在活動電極與固定電極的放電間隙之間設(shè)置的觸發(fā)電極為圓環(huán)狀或圓盤狀電極；觸發(fā)系統(tǒng)的輸出端與CROWBAR開關(guān)之間還連接有一耦合開關(guān)。
由于本發(fā)明在主放電電極與電感之間的電容的放電回路上還并聯(lián)有由活動電極和固定電極組成的CROWBAR開關(guān)，且在活動電極和固定電極還電連接有觸發(fā)系統(tǒng)，使用中只需調(diào)整活動電極的位置，具有較大的通流容量，較少的侵蝕量較長的使用壽命，該開關(guān)的觸發(fā)系統(tǒng)具有陡脈沖上升時間、較大的觸發(fā)能量，保證開發(fā)觸發(fā)的可靠型與穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明用于I(B)間隙過電壓防護器的10/350μs沖擊電流試驗系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明CROWBAR開關(guān)6的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明CROWBAR開關(guān)6的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明CROWBAR開關(guān)6的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細說明。
參見圖1，本發(fā)明包括與電源相連的電容1，在電容1的放電回路上依次串聯(lián)有電阻2、主放電間隙3、電感4和電阻5，在主放電電極3與電感4之間的電容1的放電回路上還并聯(lián)有CROWBAR開關(guān)6，在CROWBAR開關(guān)6上還電連接有觸發(fā)系統(tǒng)7。交流電源向電容1充電，當(dāng)系統(tǒng)控制觸發(fā)脈沖施加到主放電間隙3上時，已充電的電容1通過電阻2、主放電間隙3、電感4和電阻5形成10/350μs沖擊電流的波前時間(10μs)，并且在電流到達振蕩波的第一個峰點時，電容1的電場能量基本上轉(zhuǎn)換為電感4的磁場能量，利用電感4中的磁場能量不能突變的特點，在電流第一個峰點時，觸發(fā)CROWBAR開關(guān)6導(dǎo)通，這時，電感4中的磁場能量通過CROWBAR開關(guān)6和等效電阻5形成10/350μs沖擊電流的波尾時間(350μs)。其中，CROWBAR開關(guān)6的觸發(fā)脈沖由觸發(fā)系統(tǒng)7給出，觸發(fā)系統(tǒng)7可以采用沖擊電壓發(fā)生回路、沖擊方波發(fā)生回路以及脈沖發(fā)生電路和脈沖變壓器的聯(lián)合電路等形式，觸發(fā)系統(tǒng)的電壓高達幾十～幾百千伏，上升陡度ns～μs級，觸發(fā)能量幾百～幾千焦耳。
實施例1參見圖2，CROWBAR開關(guān)6包括設(shè)置在絕緣外殼16內(nèi)的活動電極8和固定電極9，其中一個活動電極8可以根據(jù)放電電壓的大小進行調(diào)整，電極8、9工作的環(huán)境可以是空氣，也可以是10-5Pa～10-2Pa的真空環(huán)境，若工作在空氣環(huán)境下CROWBAR開關(guān)6采用吸音材料制成，若工作在真空環(huán)境下，CROWBAR開關(guān)6采用密閉絕緣材料制成，如工作在真空環(huán)境，活動電極8一端應(yīng)裝有既保證開關(guān)的電極處于絕緣外殼16內(nèi)又能使電極能夠移動的波紋管。CROWBAR開關(guān)6和觸發(fā)系統(tǒng)的連接關(guān)系是觸發(fā)系統(tǒng)7一端接至CROWBAR開關(guān)6的活動電極8的連接端子10，另一端接至CROWBAR開關(guān)6的固定電極9的連接端子11。為了防止觸發(fā)系統(tǒng)7的10/350μs沖擊電流發(fā)生回路的相互干擾，觸發(fā)系統(tǒng)7的輸出端還接有一耦合開關(guān)12，同時為了防止導(dǎo)通沖擊大電流時，金屬蒸汽造成主放電電極的短路，還在電極周圍安裝屏蔽罩13。
其工作過程是當(dāng)沖擊電流達到第一個峰點電流時，10/350μs沖擊電流的波前時間形成，這時發(fā)出一控制信號使觸發(fā)系統(tǒng)7輸出高壓脈沖觸發(fā)信號，并通過CROWBAR開關(guān)6的電極連接端子10、11施加在活動電極8和固定電極9間使之形成導(dǎo)電通道，這時儲有磁場能量的電感4經(jīng)由CROWBAR開關(guān)6形成的導(dǎo)通通道泄放，形成10/350μs沖擊電流的波尾時間。
實施例2參見圖3，CROWBAR開關(guān)6的主放電電極和觸發(fā)電極是一體的三電極結(jié)構(gòu)，其中觸發(fā)電極14鑲嵌在固定電極9的中心，且通過絕緣瓷管15與固定電極9隔離，觸發(fā)電極14也可以放置在固定電極9的一側(cè)。工作環(huán)境可以是空氣，也可以是10-5Pa～10-2Pa的真空環(huán)境，若工作在空氣環(huán)境下CROWBAR開關(guān)6采用吸音材料制成，若工作在真空環(huán)境下，CROWBAR開關(guān)6采用密閉絕緣材料制成，CROWBAR開關(guān)6和觸發(fā)系統(tǒng)的線路連接關(guān)系是觸發(fā)系統(tǒng)7一端接至CROWBAR開關(guān)6的觸發(fā)電極14，另一端接至CROWBAR開關(guān)6的固定電極9的連接端子11。為了防止觸發(fā)系統(tǒng)7的10/350μs沖擊電流發(fā)生回路的相互干擾，觸發(fā)系統(tǒng)7的輸出端還接有一耦合開關(guān)12，同時為了防止導(dǎo)通沖擊大電流時，金屬蒸氣造成電極間的短路，還在電極周圍安裝屏蔽罩13。其工作過程同實施例1。
實施例3參見圖4，CROWBAR開關(guān)6的主放電電極和觸發(fā)電極是一體的三電極結(jié)構(gòu)，但觸發(fā)電極14放置于活動電極8和固定電極9之間，觸發(fā)電極14可以是環(huán)狀，也可以是盤狀或柱狀，CROWBAR開關(guān)6的線路連接關(guān)系和觸發(fā)工作過程同實施例2。
本發(fā)明不同于現(xiàn)有10/350沖擊電流試驗系統(tǒng)最顯著的特點是只需要調(diào)整CROWBAR開關(guān)6的固定電極8和活動電極9之間的間隙距離(間隙距離可以在0～120mm間變化(空氣環(huán)境)或0～20mm間變化(真空環(huán)境))，可使CROWBAR開關(guān)最高耐受電壓高達200kV以上，且能保證在活動電極[8]和固定電極[9]間電壓很低(和開關(guān)自擊穿放電電壓相比幾乎為零)的情況下穩(wěn)定可靠觸發(fā)，產(chǎn)生10～150kA的10/350μs沖擊電流波。
權(quán)利要求
1.空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)，包括與電源相連的電容[1]，在電容[1]的放電回路上依次串聯(lián)有電阻[2]、主放電間隙[3]、電感[4]和電阻[5]，其特征在于在主放電電極[3]與電感[4]之間的電容[1]的放電回路上還并聯(lián)有CROWBAR開關(guān)[6]，所說的CROWBAR開關(guān)[6]包括設(shè)置在絕緣外殼[16]內(nèi)的活動電極[8]和固定電極[9]，或在固定電極[9]內(nèi)鑲嵌有觸發(fā)電極[14]或在活動電極[8]與固定電極[9]的放電間隙之間設(shè)置有觸發(fā)電極[14]，且在活動電極[8]和固定電極[9]或在固定電極[9]與觸發(fā)電極[14]上還電連接有觸發(fā)系統(tǒng)[7]，所說的CROWBAR開關(guān)[6]工作在空氣或10-5Pa～10-2Pa的真空環(huán)境下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)，其特征在于所說的活動電極[8]、固定電極[9]和觸發(fā)電極[14]的周圍設(shè)置有安裝在絕緣外殼[16]內(nèi)壁上的屏蔽罩[13]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)，其特征在于所說的鑲嵌在固定電極[9]中的觸發(fā)電極[14]為柱狀電極，此觸發(fā)電極[14]通過絕緣套管[15]鑲嵌在固定電極[9]中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)，其特征在于所說的設(shè)置在活動電極[8]與固定電極[9]的放電間隙之間設(shè)置的觸發(fā)電極[14]為圓環(huán)狀或圓盤狀電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)，其特征在于所說的觸發(fā)系統(tǒng)[7]的輸出端與CROWBAR開關(guān)[6]之間還連接有一耦合開關(guān)[12]。
全文摘要
空氣或真空CROWBAR開關(guān)的10/350沖擊電流系統(tǒng)，包括與電源相連的電容電阻、主放電間隙、電感和電阻，主放電電極與電感之間的電容的放電回路上還并聯(lián)有CROWBAR開關(guān)，CROWBAR開關(guān)包括活動電極和固定電極，或在固定電極內(nèi)鑲嵌有觸發(fā)電極或在活動電極與固定電極的放電間隙之間設(shè)置有觸發(fā)電極，且在活動電極和固定電極或在固定電極與觸發(fā)電極上還電連接有觸發(fā)系統(tǒng)。本發(fā)明在主放電電極與電感之間的電容的放電回路上并聯(lián)有由活動電極和固定電極組成的CROWBAR開關(guān)，且在活動電極和固定電極還電連接有觸發(fā)系統(tǒng)，使用中只需調(diào)整活動電極的位置，具有較大的通流容量，較少的侵蝕量較長的使用壽命，該開關(guān)的觸發(fā)系統(tǒng)具有陡脈沖上升時間、較大的觸發(fā)能量，保證開關(guān)觸發(fā)的可靠型與穩(wěn)定性。
文檔編號G01R31/327GK1767335SQ20051009608
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者陳景亮, 姚學(xué)玲, 孫偉 申請人:西安交通大學(xué)