多通道直流放电间隙及长寿命直流放电间隙

技术领域

本发明涉及放电间隙，尤其涉及一种多通道直流放电间隙及长寿命直流放电间隙。

背景技术

放电间隙具有开关特性，当电压高于放电间隙的放电电压时，放电间隙内部气体介质击穿放电，相当于开关闭合使电路导通，当电压低于放电间隙的熄弧电压时，放电间隙内部气体恢复至绝缘状态，相当于开关开路使电路处于不导通状态。放电间隙内部气体放电可分为辉光放电和弧光放电两个区域。图1所示为放电间隙的伏安特性曲线，图中V1为直流放电电压，V2为辉光电压，V3为熄弧电压，V4为弧光电压，i1为辉光变弧光临界电流，i3—弧光变辉光临界电流，i2为间隙最大电流。在辉光放电区域，电弧电压高、电流小，间隙电极的温度低；在弧光放电区域，电弧电压低、电流大，间隙电极的温度高。

对于与大气贯通的常压气体间隙而言，其放电通常处于弧光区域。但这种常压气体间隙的放电通道为很细的流注，其主要成分为电子崩和等离子体。流注两端为电子崩形成的电子和正离子，其分别轰击间隙的正电极和负电极，并在正电极和负电极表面形成弧根斑点，即对电极造成损伤。当正电极或负电极表面的弧根斑点足够多时，会导致整个电极完全损坏。

发明内容

本发明的目的在于解决传统放电间隙中存在的正电极和负电极表面易形成弧根斑点，进而导致整个电极完全损坏的技术问题，从而提供一种多通道直流放电间隙及长寿命直流放电间隙。

为了实现上述目的，本发明提供的技术解决方案为：

一种多通道直流放电间隙，包括正电极、负电极以及绝缘垫筒，所述正电极和负电极之间设置有气体间隙；所述绝缘垫筒套设于正电极和负电极的外侧；其特殊之处在于，所述正电极表面对应气体间隙的位置为多个凸起的子正电极；多个所述子正电极表面平齐设置；相邻两个子正电极之间形成第一沟槽；

所述负电极表面对应气体间隙的位置为多个凸起的子负电极；多个所述子负电极表面平齐设置；相邻两个子负电极之间形成第二沟槽；

所述子正电极和子负电极的横截面积相等，且一一对应设置。

进一步地，多个所述子正电极呈横竖排列的网格状布置；

多个所述子负电极对应多个所述子正电极呈横竖排列的网格状布置。

进一步地，多个所述子正电极的高度相等，且大于等于正电极和负电极之间气体间隙距离的40％；

多个所述子负电极的高度相等，且大于等于正电极和负电极之间气体间隙距离的40％；

横向相邻两个子正电极之间的间距与纵向相邻两个子正电极之间的间距相等，且均大于等于气体间隙距离的40％；

横向相邻两个子负电极之间的间距与纵向相邻两个子负电极之间的间距相等，且均大于等于气体间隙距离的40％。

进一步地，所述子正电极和子负电极的横截面为方形；

或者，所述子正电极和子负电极的横截面为圆形。

进一步地，所述子正电极和子负电极的横截面积大于等于子正电极在使用时其表面所形成弧根斑点的面积。

进一步地，通过所述气体间隙的功率为20W，每个所述子正电极和子负电极的横截面积均为1*10

进一步地，通过所述气体间隙的功率为20W；

所述子正电极和子负电极的横截面为方形，每个方形的子正电极和子负电极的横截面积为4mm

或者，所述子正电极和子负电极的横截面为圆形，每个圆形的子正电极和子负电极的横截面积为3.14mm

进一步地，每个所述子正电极的高度尺寸与相邻子正电极之间的距离尺寸相等；

每个所述子负电极的高度尺寸与相邻子负电极之间的距离尺寸相等。

进一步地，所述子正电极和子负电极的材质为石墨，或不锈钢，或铜合金，或钼，或钨。

本发明还提供了一种长寿命直流放电间隙，其特殊之处在于，包括多个上述的多通道直流放电间隙；

多个所述多通道直流放电间隙并联设置。

本发明相比于现有技术的有益效果如下：

1、本发明提供的一种多通道直流放电间隙，利用气体间隙的放电通道特性，将正电极表面对应气体间隙的位置设置为多个凸起的子正电极，同时将负电极表面对应气体间隙的位置设置为多个凸起的子负电极，使得每次放电时的流注可以只对应一个子正电极和子负电极，即当流注两端的电子和正离子分别轰击放电间隙的正电极和负电极时，只能在相应的一个子正电极和子负电极表面形成弧根斑点造成损伤，当放电间隙再次放电时，会自动寻找未形成弧根斑点的子正电极和子负电极，大大延长了放电间隙的寿命，放电间隙的可靠性得到了有效保证。

2、本发明提供的一种多通道直流放电间隙，将子正电极和子负电极的高度设置为大于等于气体间隙距离的40％，即第一沟槽和第二沟槽的深度大于等于气体间隙距离的40％，同时相邻两个子正电极之间的间距、相邻两个子负电极之间的间距设置为大于等于气体间隙距离的40％，可以在放电时避免绝大部分的电流流注逸散到相邻的子电极中，同时有效阻止了第一沟槽11和第二沟槽21之间的放电。

3、本发明提供的一种长寿命直流放电间隙，通过并联多个多通道直流放电间隙，可以进一步提升放电间隙的预期寿命。

附图说明

图1为放电间隙的伏安特性曲线图；

图2为本发明一种多通道直流放电间隙实施例一的结构示意图；

图3为本发明一种多通道直流放电间隙实施例一中负电极的剖视图；

图4为本发明一种多通道直流放电间隙实施例一中负电极表面对应气体间隙的位置为圆形时的俯视图；

图5为本发明一种多通道直流放电间隙实施例一中负电极表面对应气体间隙的位置为方形时的俯视图；

图6为本发明一种多通道直流放电间隙实施例二中负电极表面对应气体间隙的位置为圆形时的俯视图；

图7为本发明一种多通道直流放电间隙实施例二中负电极表面对应气体间隙的位置为方形时的俯视图。

具体附图标记如下：

1-正电极，11-第一沟槽，12-子正电极；2-负电极，21-第二沟槽，22-子负电极；3-气体间隙；4-绝缘垫筒。

具体实施方式

为使本发明的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

一种多通道直流放电间隙，如图2、图3所示，包括正电极1、负电极2以及绝缘垫筒4，正电极1和负电极2之间设置有气体间隙3，绝缘垫筒4套设于正电极1和负电极2的外侧。其中，气体间隙3的介质可以是空气、惰性气体等，本实施例中气体间隙3为空气介质。

正电极1表面对应气体间隙3的位置为多个凸起的子正电极12，多个子正电极12表面平齐设置；相邻两个子正电极12之间形成第一沟槽11。负电极2表面对应气体间隙3的位置为多个凸起的子负电极22，多个子负电极22表面平齐设置；相邻两个子负电极22之间形成第二沟槽21。

子正电极12和子负电极22的横截面积相等，且一一对应设置；子正电极12和子负电极22的横截面积大小优选使气体间隙3每次放电时的流注作用在单个子正电极12和子负电极22的横截面以内。由于气体间隙3的放电通道为很细的流注，因此，这样设置可以使得每次放电时的流注只对应一个子正电极12和子负电极22，这也就意味着，当流注两端的电子和正离子分别轰击放电间隙的正电极1和负电极2时，只能在相应的一个子正电极12和子负电极22表面形成弧根斑点造成损伤。由于子正电极12上形成的弧根斑点为坑点形态，导致有弧根斑点的子正电极12与相对应的子负电极22之间的放电电压升高，当气体间隙再次放电时，流注会自动寻找更低放电电压的子电极，即自动寻找未形成弧根斑点的子正电极12和子负电极22，大大延长了放电间隙的寿命，放电间隙的可靠性得到了有效保证。

通常情况下，当通过气体间隙3的电流增大时，流注的直径基本不变，仅流注弧光的亮度增强，因此，流注的横截面积与弧根斑点的面积相当。具体的，在正电极1上形成的弧根斑点称为阳极斑点，在负电极2上形成的弧根斑点称为阴极斑点。弧根斑点的横截面积与放电间隙的电压、电流、气压、气体材质、电极材质等有关，具体可通过试验确定。对于本实施例的常压空气石墨间隙而言，子正电极12和子负电极22的横截面积与阴极斑点和阳极斑点处对应的电流密度相关，并可按照下述参数计算：通常阴极斑点处的能流密度约为10

同时，子正电极12和子负电极22的数量与放电间隙的预期寿命相关，放电间隙的预期寿命越长，子正电极12和子负电极22的数量就越多。

本实施例中正电极1和负电极2表面对应气体间隙3的位置为圆形，如图4所示，为负电极2表面对应气体间隙3的位置为圆形时的俯视图，在本发明的其他实施例中，正电极1和负电极2表面对应气体间隙3的位置还可以为方形等其他传统形状，如图5所示，为负电极2表面对应气体间隙3的位置为方形时的俯视图。

子正电极12和子负电极22的形状可根据实际需要自由设置，由于矩形的子电极容易加工，本实施例中优选将子正电极12和子负电极22设置为2mm*2mm的方形电极。子正电极12和子负电极22的材质为石墨，或不锈钢，或铜合金，或钼，或钨，本实施例中选用石墨作为电极材质。

优选的，多个子正电极12呈横竖排列的网格状布置，相应的，多个子负电极22对应多个子正电极12呈横竖排列的网格状布置。

第一沟槽11和第二沟槽21的形成，可以阻止放电间隙放电时的电流流注逸散到与相应子正电极12和子负电极22相邻的子电极中。因此，第一沟槽11和第二沟槽21需要具有隔弧效应，就需要保证正电极12、子负电极22的高度(即第一沟槽11、第二沟槽21的深度)，以及相邻两个子正电极12、相邻两个子负电极22之间的间距足够大，这些可以根据流注电压、电流等参数来设计。具体的，本发明中子正电极12的高度、子负电极22的高度均大于等于气体间隙3距离的40％，即第一沟槽11槽底到相应的第二沟槽21槽底的距离大于等于气体间隙3距离的1.8倍。其中，气体间隙3距离指的是正电极1和负电极2之间的间距(对应气体间隙3处)。优选的，所有子正电极12的高度相等，所有子负电极22的高度相等。同时，横向相邻两个子正电极12之间的间距与纵向相邻两个子正电极12之间的间距相等，且均大于等于气体间隙3距离的40％，相应的，横向相邻两个子负电极22之间的间距与纵向相邻两个子负电极22之间的间距相等，且均大于等于气体间隙3距离的40％，这样可以有效阻止第一沟槽11和第二沟槽21之间的放电。优选的，每个正电极12的高度尺寸与相邻子正电极12之间的距离尺寸相等，相应的，每个负电极22的高度尺寸与相邻子负电极22之间的距离尺寸相等。

以下通过一个具体实施例来验证本发明多通道直流放电间隙的特性，以方形的子负电极22为例，其具体尺寸和结构如图3、图4所示，子负电极22的宽度t3和长度t4相等，为2mm，纵向相邻的两个子负电极22之间的间距t1、横向相邻的两个子负电极22之间的间距t2以及子负电极22的高度t5相等，为1mm，子负电极2对应气体间隙3位置处的直径为20mm，子负电极22的数量为37；子正电极12与子负电极22的各项参数相应。气体间隙3的距离为0.33mm，放电电压为直流1000V～1400V，熄弧电压为直流500V。将上述放电间隙与10kΩ电阻串联则构成钳压电阻，放电间隙导通后回路电流为100mA，连续通流2小时后观察子正电极12与子负电极22表面的弧根斑点，可发现弧根斑点主要集中在1个子正电极12内，与该子正电极12相邻的一个子正电极12上有少量弧根斑点，距离该子正电极12两个及以上第一沟槽11的子正电极12上没有发现弧根斑点，同样的，子负电极22上弧根斑点的形成规律相同。当放电间隙进行第二次放电试验，放电电压与第一次基本相同，放电试验结束后发现，此次弧根斑点主要集中在另外1个子正电极12及其相应的子负电极22上。

实施例二

如图6、图7所示，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中将子正电极12和子负电极22设置为圆形的子电极，圆形的子电极可以使得电场的均匀性更好。其中，图6为本实施例中负电极2表面对应气体间隙3的位置为圆形时的俯视图，图7为本实施例中负电极2表面对应气体间隙3的位置为方形时的俯视图。当通过气体间隙3的功率为20W时，本实施例中子正电极12和子负电极22的横截面积设置为3.14mm

实施例三

本发明还提供了一种长寿命直流放电间隙，其包括多个上述的多通道直流放电间隙；将多个多通道直流放电间隙并联设置，可以进一步提升放电间隙的预期寿命。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。