同轴型场畸变气体火花开关的研制

介绍了为DPF-300型脉冲电流源同步放电系统研制的同轴型场畸变火花开关。通过电场数值计算,对场畸变火花开关的设计进行了验证,对开关的自击穿特性及触发特性进行了实验研究。试验表明,所设计的同轴型三电极场畸变气体火花开关与原DPF-200型所用开关相比,具有电感小、触发特性好等优点,已成功地应用于DPF-300型脉冲电流源的同步放电系统     

场畸变火花开关电极优化设计及其触发特性

在烟气脱硫脉冲电源中采用场畸变火花间隙为开关,并在探讨开关电极各种形状基础上以旋转椭圆近似法优化设计一近似Ｂｏｒｄａ 电极形状为开关主电极形状,实验研究表明它触发性能可靠,可实现低脉冲幅值触发,且其放电点分布均匀,大大减小了电极烧损,有利于延长开关寿命     

快放电直线变压器型驱动源用场畸变型低电感气体火花开关

快放电直线变压器型驱动源（FLTD）是组建大型脉冲功率源的新技术,作为其中的关键器件,气体火花开关的动态工作特性对FLTD驱动的负载电流参数有重要影响。为了减小开关电感,简化开关结构,设计了一种三电极场畸变气体火花开关。根据开关内部充电过程和触发过程电场分布的数值计算结果,优化了开关结构,并对开关的静态充电特性和动态触...     

三电极气体火花开关触发过程中的等离子体行为特性

三电极气体火花开关放电导通时的触发过程对其性能有着重要影响,而实验中发现某些三电极气体火花开关在触发过程中可能存在触发极与阴极和阳极几乎同时导通的问题,为了解释这种现象,利用PIC-MCC(网格粒子法耦合蒙特卡罗碰撞)程序建立了对应的三电极气体火花开关触发过程仿真模型,获得了电子、离子在触发过程中的时空分布演化特性及电场分布特性,阐明了触发过程中触发极与阴极、触发极与阳极形成等离子体通道的物理机理,分析了电场分布和绝缘体表面电荷累积效应等对触发过程中等离子体通道形成的影响,揭示了绝缘体表面二次电子发射等是导致触发极与阴极、触发极与阳极几乎同时形成等离子体通道的关键因素。这些都为进一步深入研究三电极气体火花开关,提高其工作性能奠定了坚实的基础。     

多级多通道气体火花开关的同步放电特性

具有广阔应用前景的气体开关是快脉冲直线型变压器(LTD)这种新型初级储能脉冲功率源的关键部件,为提高其工作性能,对多级多通道气体开关多路同步放电特性进行了初步的实验研究。在优化设计标称电压200kV多级多通道气体火花开关的电极支撑结构后采用绝缘子内抠槽平面支撑结构,使用圆环形凸面结构电极代替圆环形平面电极。利用电磁场分析软件计算开关的电场分布表明:直流高压作用下,开关各间隙电压分布较均匀;触发脉冲作用下触发间隙电场畸变明显。10只开关的同步放电实验研究结果表明,10只气体开关的自击穿特性和触发特性有一定个体差异,其中5只开关并联放电同步性能良好,输出电流脉冲能有效叠加;工作气体为0.14MPa氮气,正负充电60kV,5只开关并联放电,能够产生上升沿约100ns,峰值约100kA的电流脉冲。     

场畸变触发开关新型触发电极的设计与实验

气体触发开关是脉冲功率电路的重要组成器件。针对工程中对低抖动、长寿命气体触发开关的需求,结合三电极场畸变型触发开关,设计一种拥有较多孔隙的多环型触发极结构。对三种主电极-触发极分别为平板-多环、平板-圆盘、球冠-圆盘的开关进行击穿特性实验研究,结合电场仿真对比分析实验结果。实验结果表明:在22.4k V/40ns的触发脉冲和5.0~7.5k V的工作电压下,平板-多环结构的开关时延及抖动比较稳定,开关时延基本在81.0~84.5ns之间,抖动为0.8~1.1ns。平板-多环电极结构开关时延、抖动均明显优于平板-圆盘结构,其开关时延、抖动与球冠-圆盘结构基本相同但使用寿命优于球冠-圆盘结构。     

亚ns级抖动环形电极场畸变火花隙开关

研制了最高工作电压100kV的一种环形电极场畸变火花隙开关,计算和模拟了开关内部电场分布。通过实验检测了开关的耐压特性以及不同电压下的开关动作延迟时间和抖动。结果表明欠压比相同时,开关抖动随电极间距增大而增大,在间距3mm时开关工作稳定、动作时间延迟小,抖动<1ns,但开关电极间距小时,工作电压不高。     

双间隙伪火花开关的触发及导通特性

伪火花开关是一种工作于巴申曲线左半支、引燃于空心阴极结构、主放电通道呈现弥散特征的低气压脉冲放电开关,具有导通电流大、重复频率高、工作范围宽、寿命长、抖动低和烧蚀小等优点,在重复频率脉冲功率中具有非常大的应用潜力。文中研制了一款双间隙多通道伪火花开关,采用陶瓷金属半密封结构,工作气体为氦气,触发单元为基于高介钛酸钡薄片的电荷注入式结构。研究了不同触发脉冲作用下触发单元的放电特征和工作模式,以及气压、阳极电压和脉冲参数对触发单元电荷注入特性、开关导通时延与抖动及阳极电压跌落速率等的影响规律。此外,根据电极烧蚀形貌分析了开关的多通道同步触发特性,根据放电波形讨论了实验中遇到的电流淬灭现象。实验结果表明:触发单元放电存在脉冲电晕和沿面闪络两种工作模式;高气压和大能量的触发脉冲有利于降低开关时延、抖动和阳极电压跌落时间;快前沿的触发脉冲有利于降低开关抖动;阳极电压对触发时延和抖动的影响不大;开关能够实现多通道的同步触发和导通,且在小电流条件下存在两种淬灭形式。     

高压合成回路用放电开关等离子体触发装置特性

高压合成回路要求开关工作在极低工作系数下,常用的开关类型为大气下气体火花开关。为解决气体火花开关在极低工作系数下的触发问题,本文将毛细管放电等离子体喷射技术应用于高压合成回路点火开关。首先采用高速摄影仪拍摄了毛细管放电等离子体喷射形态,然后对不同工作系数下气体火花开关的延时及其分散性进行了测量,最后在实际运行试验中对触发特性进行了验证。实验结果表明:毛细管喷射等离子体沿电极轴向进入电极间隙,形成一条电导率远高于空气的等离子体通道,从而使开关电极导通击穿。等离子体喷射触发气体火花开关导通延时和延时分散性主要由等离子体形态及贯穿过程决定。电极间距为130 mm、工作系数为50%条件下,开关导通延时为114μs,分散性为±10μs。实际运行结果表明,等离子体喷射触发气体火花开关能在极低的工作系数下可靠触发导通,成功完成合成试验。     

具有碳纤维复合材料电极的场畸变开关研究

介绍了电极用碳纤维—金属基复合材料制成的新型场畸变开关。用有限元计算软件ANSYS优化开关电极结构。探索了新电极材料的制备方法,即采用金属基体与碳纤维的真空液相复合技术和挤压锻造工艺来制备该复合材料。新型开关结构简单、体积小,用其替代TomaChan装置的多通道沿面放电间隙开关的实验结果表明:在TomaChan装置上把电极间距调到14 mm,内充1个气压SF6,电流达到峰值时的火花电感与电阻分别约为20 nH、0.1Ω。新开关不仅使二极管的电压电流脉宽变宽,而且使装置运行更稳定,大大降低了实验噪声。     

The breakdown mechanism of a mid-plane triggered spark gaptrigatron

A mid-plane triggered spark gap trigatron prototype with adjustable main gap distance and replaceable trigger electrode was constructed and experimentally investigated. The electric parameter measurements, the luminosity measurements and the streak image converter camera were used to study the breakdown mechanism. Electric field distribution in the gap was calculated for the trigatron static and dynamic conditions. The experimental results and analysis show that the space charge around the trigger electrode plays an important role in the breakdown process. Because of the ultra violet irradiation and the existing discharge channel of the first gap segment breakdown, the second gap segment breakdown is much faster. For a mid-plane triggered spark gap trigatron, the optimization of the electric field distribution under dynamic condition can increase the dynamic triggering range appreciably     

基于不同电极系统的电树枝生长特性的研究

固体绝缘介质在电场应力集中处会发生树枝状放电并生成树枝状放电通道,为了研究在不同电场作用下固体绝缘介质中的电树枝特性的差异,采用实际交联聚乙烯(XLPE)电缆的短电缆电极系统,与常用的针-板电极系统分别在12、15、18、21 kV下进行电缆的树枝化实验。实验结果表明,短电缆电极系统与针-板电极系统得到的试验结果具有相同的趋势,电树枝的稠密程度随着电压的升高而增加,在相同电压下,短电缆电极系统的电树枝的发展速度比针-板电极系统慢,短电缆电极系统得到与针-板电极系统相同形态的电树枝的外施电压值要高。     

Switching characteristics of a triggered vacuum gap employing a trigger electrode in the respective main electrodes

Both switching time and minimum firing voltage of a triggered vacuum gap employing a trigger electrode in the cathode and anode (double triggered vacuum gap) were measured. The double triggered vacuum gap was operated below 100 V independent of the high voltage main electrode polarity (positive or negative). This minimum firing voltage was lower than that of the conventional triggered vacuum gap. The switching time is approximately 0.5 μs in the range 3 to 18 kV. The conventional triggered vacuum gap has a trigger electrode that is placed at the center of the grounded main electrode. The polarity of the main electrode affected switching time characteristics. A trigger electrode was added to the high voltage main electrode. The double triggered vacuum gap was only slightly influenced by the polarity of the high voltage main electrode when both main electrodes were triggered at the same time.     

Effect of dielectric surfaces on the nature of partial discharges

A mathematical model for a short gap breakdown in air was employed to examine the nature of the initiating discharge on the dielectric surface of a dielectric/metallic electrode gap of 0.500 mm separation in a uniform electric field at atmospheric pressure. The calculations demonstrate that in the absence of field enhancing surface asperities, the incipient discharge, occurring on a dielectric surface, exhibits the pronounced breakdown channel expansion characteristic of pulseless glow discharges     

Formation of a negative impulse discharge induced by an XeCl excimer laser in a long rod‐to‐rod electrode gap in air

Negative discharge induction experiments were performed with a rod‐to‐rod electrode configuration having a gap length of 0.8 m using a high‐power XeCl excimer laser of maximum output energy of 2 J/pulse and an impulse generator of maximum voltage of 1.2 MV. Development of a leader in the laser‐ionized plasma channel was observed by using an image converter camera. When an XeCl excimer laser is applied at a carefully controlled instant, the guiding effect for an impulse discharge is optimized. Three main results were obtained. First, the discharge started near the focal point and then developed bidirectionally toward the high‐voltage electrode and the grounded electrode. Midgap leaders were frequently observed. Second, it was observed that the lifetime of the laser‐ionized plasma channel was about 1 μs. Third, the discharge processes were classified into six stages. The mechanism of the streamer and leader propagation is discussed. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 134(2): 11–18, 2001     

激光诱导间隙放电效果的试验研究

对影响激光诱导放电效果的诸多因素如激光参数、电场分布、电场作用时间、大气条件进行了试验研究。结果表明,与正极性比较,激光更易于触发负极性电压气隙放电。激光束与高压电极轴线间夹角也影响放电电压的大小。     

基于有限元弱解式的棒-板长空气间隙先导放电空间电场仿真研究

对棒-板长空气间隙先导放电过程的空间电场分布以及带电离子浓度等特征参数进行仿真计算研究。建立棒-板长空气间隙放电的二维模型,导出流注-先导放电的二阶偏微分方程,通过有限元弱解形式(weak form)数值计算方法求解先导放电过程中产生的电子、正、负离子浓度与空间电场的大小。仿真结果显示：气体放电所产生的空间电荷对空间电场分布影响显著;间隙距离1.5 m的棒-板长空气间隙下,外加500 kV、250/2 500 ms正极性操作电压时的先导放电起始条件为,流注头部带电离子浓度达到4′1013 cm-3数量级,空间电场最低达到10 kV/cm;先导放电形成后,先导通道内电场约为1~2 kV/cm,先导起始时间在400 ms左右且以3′104 m/s速度传播;有限元弱解形式能有效消除计算离子流中的数值振荡,使偏微分方程求解迅速收敛。     

大气压氩等离子体射流的放电特性

为了深入地理解大气压等离子体射流放电机理和优化其放电效率,通过对大气压氩等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了外电极距石英玻璃管口不同距离时,氩等离子体射流放电的放电特性和演变规律。计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量后,研究了它们随外加电压增加的变化趋势,并结合放电机理对所得实验结果进行了分析。结果表明,氩等离子体射流主要产生的粒子有OH、N2、Ar和少量的O,随着外电极位置的不同,气体温度在317～395K之间变化,为典型的低温等离子体;外电极位置影响放电模式和放电起始电压,在氩射流阶段,电子激发温度在不同外电极位置条件下相差不大。当外电极距离管口40mm时,外加电压幅值达8kV时,放电功率和传输电荷最大,放电效果和发光强度也最强,由Penning效应产生的OH谱线强度也最强,因此,用于聚合物材料表面改性等应用时,可以采用此运行参数,以达到更好处理效果。     

不同电极系统下XLPE电缆电树枝生长特性的研究(英文)

The electrical tree discharge channel will be formed at concentrate spot of electric field in solid insulation dielectric,in order to study the difference of electrical tree under different electrical field,the short-cable electrode system with actual XLPE cable was designed,experiments were performed under 12 kV,15 kV,18 kV,21 kV compare to the needle-plate electrode system.Experiment results show that the electrical tree of short-cable electrode system have the same growth trend with the needle-plate electrode system in the growing characteristic,the dense of electrical tree increase with the increase of voltage level,electrical tree of short-cable electrode system growth is slower than the needle-plate electrode system at the same voltage;To get the same shape of electrical tree,the voltage of short-cable electrode system must be higher than needle-plate electrode system,the results show that the semiconductor layer and the copper shield layer outside of XLPE cable have very important affection on the electrical trees degradation.