一種混合型激光觸發(fā)間隙制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種混合型激光觸發(fā)間隙，包括短氣體間隙和長空氣間隙，短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)。上位機(jī)發(fā)送動(dòng)作命令給數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器給激光器發(fā)送觸發(fā)命令，激光器產(chǎn)生納秒級激光，所述納秒級激光通過反射鏡反射，經(jīng)過反射的納秒級激光通過透鏡后，穿過短氣體間隙的電極聚焦到中間電極上，產(chǎn)生初始等離子體，初始等離子體在電場作用下，將誘導(dǎo)長空氣間隙發(fā)生自擊穿。本發(fā)明專利技術(shù)中短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)，減小了激光觸發(fā)間隙的間隙長度，提高了激光觸發(fā)的性能；可適用于較高電壓等級的間隙，能夠在較低的工作系數(shù)下可靠工作。

A hybrid laser triggered gap

The invention provides a hybrid laser triggered gap comprising short gas gap and long air gap, wherein short gas gap and long air gap are connected in series. The host computer sends commands to the action of digital delay generator, the digital delay generator to transmit laser trigger command, laser generated nanosecond laser, the nanosecond laser reflected by mirrors, after nanosecond laser reflection through the lens, the focusing electrode through a short gas gap to the middle electrode, generating the initial plasma, initial the plasma in the electric field, will induce the occurrence of long air gap breakdown. The present invention in short gas gap and long air gap series, reduces laser trigger gap gap length, improve the performance of laser trigger; gap can be applied to the high voltage level, can work reliably in working under low coefficient.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種混合型激光觸發(fā)間隙
本專利技術(shù)屬于電力設(shè)備
，具體涉及一種混合型激光觸發(fā)間隙。
技術(shù)介紹
激光觸發(fā)開關(guān)本質(zhì)上是利用大功率脈沖激光在間隙內(nèi)(或電極表面)產(chǎn)生等離子體，使得局部電場發(fā)生畸變進(jìn)而引起整個(gè)間隙發(fā)生擊穿。激光觸發(fā)開關(guān)的觸發(fā)延遲和抖動(dòng)小，自擊穿概率低，運(yùn)行穩(wěn)定，且具有無電接觸和適合同步觸發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，是一類重要的閉合開關(guān)。目前，激光觸發(fā)開關(guān)在脈沖功率領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，世界上最大的脈沖功率裝置“Z裝置”(26MA,100ns)采用了36臺(tái)同步運(yùn)行的6.1MV,0.79MA激光觸發(fā)開關(guān)；我國2013年底建成的“聚龍一號裝置”(8-10MA,90ns)采用了24臺(tái)同步運(yùn)行的4MV激光觸發(fā)開關(guān)。電力系統(tǒng)中常采用外部觸發(fā)的空氣間隙實(shí)現(xiàn)電流合成，系統(tǒng)保護(hù)等。短空氣間隙常采用電脈沖進(jìn)行觸發(fā)，激光觸發(fā)的短空氣間隙和真空間隙也在預(yù)研中。然而，隨著超高壓、特高壓技術(shù)的發(fā)展，數(shù)百千伏甚至兆伏級長間隙的應(yīng)用日益廣泛。目前長空氣間隙的觸發(fā)主要采用火花塞或等離子體噴射裝置產(chǎn)生較長的超聲速等離子體流。雖然等離子體長度雖然可以達(dá)到～10cm量級，但是系統(tǒng)觸發(fā)抖動(dòng)在1-10μs甚至更長，若兩個(gè)或多個(gè)長空氣間隙需要同步運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)抖動(dòng)更大。此外，噴射的等離子體對地電極的燒蝕作用顯著，影響電極使用壽命。鑒于納秒激光在脈沖功率領(lǐng)域同步觸發(fā)百千伏、兆伏級間隙的成功應(yīng)用和技術(shù)優(yōu)勢，其在電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)空氣間隙低抖動(dòng)和同步觸發(fā)的應(yīng)用前景也開始受到關(guān)注。與脈沖功率應(yīng)用中的納秒量級的觸發(fā)抖動(dòng)相比，電力系統(tǒng)中對觸發(fā)抖動(dòng)的要求可以放寬至亞微秒量級。但是，在脈沖功率的應(yīng)用中，兆伏級激光觸發(fā)開關(guān)由觸發(fā)間隙和自擊穿間隙串聯(lián)組成：其中激光觸發(fā)間隙電壓小于1MV，在3-4個(gè)大氣壓SF6絕緣氣體下，激光觸發(fā)間隙長度小于5cm；自擊穿間隙在觸發(fā)間隙導(dǎo)通后過壓而自擊穿。在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中，間隙通常工作在開放的空氣環(huán)境中而非封閉的高壓氣體環(huán)境。對于百千伏甚至兆伏級的空氣間隙，間隙長度顯著增加(10-100cm)，遠(yuǎn)大于激光等離子體長度(通常～1cm)，這時(shí)激光等離子體對電場畸變的效果和引導(dǎo)等離子體通道的能力大大減弱，從而影響激光觸發(fā)的性能。此外需要指出的是，本世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)高功率飛秒激光(>1013W/cm2)在空氣中形成長度達(dá)數(shù)百米且較穩(wěn)定的等離子體通道(成絲現(xiàn)象)，并可有效地引導(dǎo)數(shù)米長的空氣間隙形成放電通道。然而亞焦耳級的飛秒激光器系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，且對運(yùn)行環(huán)境和操作人員有較高的要求。目前，采用飛秒激光觸發(fā)高壓間隙的技術(shù)，在脈沖功率領(lǐng)域和電力系統(tǒng)領(lǐng)域都尚未得到真正應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種混合型激光觸發(fā)間隙，可以減小間隙的長度，從而降低長間隙開關(guān)的工作系數(shù)，減小激光觸發(fā)的抖動(dòng)和延時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采取如下技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供一種混合型激光觸發(fā)間隙，所述激光觸發(fā)間隙包括短氣體間隙和長空氣間隙，所述短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)。所述短氣體間隙和長空氣間隙共用中間電極。所述短氣體間隙位于高壓極側(cè)，其包括高壓電極和中間電極；所述長空氣間隙包括低壓電極和中間電極。所述短氣體間隙的長度不變，通過移動(dòng)長空氣間隙的低壓電極調(diào)節(jié)長空氣間隙的長度。所述短氣體間隙中高壓電極和中間電極采用的材料均為銅鎢合金，所述長空氣間隙中低壓電極的材料為銅。上位機(jī)發(fā)送動(dòng)作命令給數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器給激光器發(fā)送觸發(fā)命令，激光器產(chǎn)生納秒級激光，所述納秒級激光通過反射鏡反射，經(jīng)過反射的納秒級激光通過透鏡后，穿過短氣體間隙的高壓電極聚焦到中間電極上，產(chǎn)生初始等離子體，初始等離子體在電場作用下，將誘導(dǎo)長空氣間隙發(fā)生自擊穿。所述短氣體間隙位于地電極側(cè)，其包括低壓電極和中間電極；所述長空氣間隙包括高壓電極和中間電極。所述短氣體間隙的長度不變，通過移動(dòng)長空氣間隙的高壓電極調(diào)節(jié)長空氣間隙的長度。所述短氣體間隙中低壓電極和中間電極采用的材料均為銅鎢合金，所述長空氣間隙中高壓電極的材料為銅。上位機(jī)發(fā)送動(dòng)作命令給數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器給激光器發(fā)送觸發(fā)命令，激光器產(chǎn)生納秒級激光，所述納秒級激光通過反射鏡反射，經(jīng)過反射的納秒級激光通過透鏡后，穿過短氣體間隙的低壓電極聚焦到中間電極上，產(chǎn)生初始等離子體，初始等離子體在電場作用下，將誘導(dǎo)長空氣間隙發(fā)生自擊穿。短氣體間隙為封閉間隙，其內(nèi)部充有高壓絕緣氣體；所述高壓絕緣氣體為干燥空氣或SF6。所述短氣體間隙和長空氣間隙的分壓比為1:2。與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：1)本專利技術(shù)提供的混合型激光觸發(fā)間隙中，短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)，減小了激光觸發(fā)間隙的間隙長度，提高了激光觸發(fā)的性能；2)本專利技術(shù)提供的混合型激光觸發(fā)間隙中，短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)，可適用于較高電壓等級的間隙，能夠在較低的工作系數(shù)下可靠工作。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1中混合型激光觸發(fā)間隙結(jié)構(gòu)圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例2中混合型激光觸發(fā)間隙結(jié)構(gòu)圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例3中混合型激光觸發(fā)間隙結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1如圖1，混合型激光觸發(fā)間隙包括短氣體間隙和長空氣間隙，所述短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)。所述短氣體間隙和長空氣間隙共用中間電極。所述短氣體間隙位于高壓極側(cè)，其包括高壓電極和中間電極；所述長空氣間隙包括低壓電極和中間電極。所述短氣體間隙的長度不變，通過移動(dòng)長空氣間隙的低壓電極調(diào)節(jié)長空氣間隙的長度。所述短氣體間隙中高壓電極和中間電極采用的材料均為銅鎢合金，所述長空氣間隙中低壓電極的材料為銅。上位機(jī)發(fā)送動(dòng)作命令給數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器給激光器發(fā)送觸發(fā)命令，激光器產(chǎn)生納秒級激光，所述納秒級激光通過反射鏡反射，經(jīng)過反射的納秒級激光通過透鏡后，穿過短氣體間隙的高壓電極聚焦到中間電極上，產(chǎn)生初始等離子體，初始等離子體在電場作用下，將誘導(dǎo)長空氣間隙發(fā)生自擊穿。短氣體間隙為封閉間隙，其內(nèi)部充有高壓絕緣氣體；所述高壓絕緣氣體為干燥空氣或SF6。由于不同氣體的耐壓能力不同，相同間隙電壓時(shí)不同絕緣氣體對應(yīng)的間隙長度也不一樣。SF6氣體絕緣性好，其間隙距離最短，將具有較好的激光觸發(fā)性能。所述短氣體間隙和長空氣間隙的分壓比為1:2。實(shí)施例2如圖2，混合型激光觸發(fā)間隙包括短氣體間隙和長空氣間隙，所述短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)。所述短氣體間隙和長空氣間隙共用中間電極。所述短氣體間隙位于地電極側(cè)，其包括低壓電極和中間電極；所述長空氣間隙包括高壓電極和中間電極。所述短氣體間隙的長度不變，通過移動(dòng)長空氣間隙的高壓電極調(diào)節(jié)長空氣間隙的長度。所述短氣體間隙中低壓電極和中間電極采用的材料均為銅鎢合金，所述長空氣間隙中高壓電極的材料為銅。上位機(jī)發(fā)送動(dòng)作命令給數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器給激光器發(fā)送觸發(fā)命令，激光器產(chǎn)生納秒級激光，所述納秒級激光通過反射鏡反射，經(jīng)過反射的納秒級激光通過透鏡后，穿過短氣體間隙的低壓電極聚焦到中間電極上，產(chǎn)生初始等離子體，初始等離子體在電場作用下，將誘導(dǎo)長空氣間隙發(fā)生自擊穿。短氣體間隙為封閉間隙，其內(nèi)部充有高壓絕緣氣體；所述高壓絕緣氣體為干燥空氣或SF6。由于不同氣體的耐壓能力不同，相同間隙電壓時(shí)不同絕緣氣體對應(yīng)的間隙長度也不一樣。SF6本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：所述激光觸發(fā)間隙包括短氣體間隙和長空氣間隙，所述短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：所述激光觸發(fā)間隙包括短氣體間隙和長空氣間隙，所述短氣體間隙和長空氣間隙串聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：所述短氣體間隙和長空氣間隙共用中間電極。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：所述短氣體間隙位于高壓極側(cè)，其包括高壓電極和中間電極；所述長空氣間隙包括低壓電極和中間電極。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：所述短氣體間隙的長度不變，通過移動(dòng)長空氣間隙的低壓電極調(diào)節(jié)長空氣間隙的長度。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：所述短氣體間隙中高壓電極和中間電極采用的材料均為銅鎢合金，所述長空氣間隙中低壓電極的材料為銅。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合型激光觸發(fā)間隙，其特征在于：上位機(jī)發(fā)送動(dòng)作命令給數(shù)字延時(shí)發(fā)生器，所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器給激光器發(fā)送觸發(fā)命令，激光器產(chǎn)生納秒級激光，所述納秒級激光通過反射鏡反射，經(jīng)過反射的納秒級激光通過透鏡后，穿過短氣體間隙的高壓電極聚焦到中間電極上，產(chǎn)生初始等離子體，初始等離子體在電場作用下，將誘導(dǎo)長空氣間隙發(fā)生自擊穿。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合型激光...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董勤曉，劉之方，吳堅(jiān)，李興文，周瑋，閆曄，黨冬，李志遠(yuǎn)，李永亮，陳沒，李會(huì)兵，
申請(專利權(quán))人：中國電力科學(xué)研究院，國家電網(wǎng)公司，西安交通大學(xué)，國網(wǎng)浙江省電力公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11