快脉冲直线变压器型驱动源（FLTD）是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术，多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能，但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响，确定了电晕针电极的尺寸，之后研究了N2，CO2，SF6/N2混合气体、C4F7N/N2混合气体中的电晕放电特性，研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明，N2中电晕电流较大且不稳定，空气中电晕电流比N2中低，且电晕放电较为稳定，微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N2作绝缘介质时，气体开关击穿电压随气压升高线性增加，但存在低值击穿，微量强电负性气体混合N2可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF6/99%N2混合气体在0.18 MPa时，击穿电压约为197.33 kV，标准偏差占击穿电压比例为1.50%，1% C4F7N /99%N2混合气体在0.15 MPa时，击穿电压约为190.42 kV，标准偏差为0.55%。这表明，微量环保替代气体C4F7N与N2的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。
电晕均压 多间隙开关 电晕特性 自击穿特性 corona discharge for voltage balance multi-gap gas switch corona characteristics self-breakdown characteristics 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025012
强激光与粒子束
2019, 31(12): 125003
快脉冲直线变压器驱动源 (FLTD)是目前经济、高效构建大型脉冲功率源的重要技术途径，但其多 “子块”串并联的电路拓扑对开关提出极严苛的技术要求。针对多开关同步时系统自放电概率骤增的难题，开展 FLTD气体火花开关自放电特性研究。选取三电极场畸变和多间隙两种典型开关结构，在 ±100 kV条件下研究放电电流和开关结构参数对自放电概率的影响规律。研究结果表明， 29 kA脉冲电流多次作用下，三电极场畸变开关和六间隙开关自放电电压均服从 Weibull分布，三电极开关放电分散性约 4%，而六间隙开关放电分散性超过 15%，两类开关均出现较明显的提前放电现象。分析认为开关放电分散性大与中间电极悬浮导致间隙电压分布不均有关，采用电阻强制均压的方式，三电极场畸变和六间隙多通道开关放电分散性明显减小，分别减小至 2%和 5%。
快脉冲直线变压器驱动源 气体火花开关 三电极场畸变 多间隙 自放电概率 Fast Linear Transformer Driver gas spark switch three -electrode field distortion multi-stage pre -fire probability 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 919
为了能够形成稳定的多通道放电,研制了一种等离子体喷射触发气体开关。在触发电极的内部嵌入多个微型激励腔以形成多通道等离子体喷射,从而在主间隙中诱导多通道放电。研究了触发电路连接方式、触发能量和极性对多通道等离子体喷射的影响,比较了开关在两种工作模式下各间隙放电通道数量随工作系数的变化规律。实验结果表明：采用触发电路II连接方式,触发电极的多通道放电效果更好；高触发能量、负极性和低气压条件有利于形成多通道等离子体喷射；当开关运行在工作模式Ⅱ,且在较高工作系数时,具有更好的多通道放电特性。
气体开关 激励腔 等离子体喷射 多通道放电 gas switch micro-incentive chamber plasma-jet multichannel discharge 强激光与粒子束
2014, 26(10): 105002
气体开关导通时, 电极材料熔融或汽化并从电极表面移出, 导致开关绝缘子被染污, 并可能诱发开关内绝缘闪络事故, 直接影响气体开关寿命和脉冲功率系统稳定性。在开关内嵌入有机玻璃圆环, 收集黄铜电极熔蚀产物, 并研究其对开关绝缘子表面形貌和沿面绝缘强度的影响。实验结果表明, 电极熔蚀会产生大量金属蒸汽和溅射液滴, 且熔蚀产物具有明显的轴向分布特性, 其中, 金属蒸汽冷凝并附着在绝缘子表面, 形成细微的金属粉末; 溅射液滴轰击绝缘子表面, 在局部区域形成密集的表面裂纹和金属颗粒嵌入物。在两种电极熔蚀产物的共同作用下, 开关绝缘子表面绝缘电阻下降, 闪络场强降低; 同时, 绝缘子表面轴向不同区域的绝缘电阻差别很大, 引起绝缘子表面电压分布不均和局部电场增强, 最终导致开关绝缘子闪络电压降低, 闪络概率增大。
气体开关 电极熔蚀 溅射液滴 绝缘电阻 闪络 gas switch electrode erosion ejected droplet insulation resistance flashover 强激光与粒子束
2014, 26(8): 085004
电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学), 西安 710049
为了提高气体开关的同步性,降低自放电概率和抖动,提出并设计了一种新型等离子体喷射触发气体开关。开关整体结构与传统的三电极场畸变开关相似,最大特点是在触发电极内部嵌入一个微型激励腔,用于产生等离子体喷射。研究了触发电压和气压对等离子体的喷射特性的影响,对比场畸变和等离子体喷射两种触发方式下开关触发特性的差异,并研究触发电压对开关性能的影响。实验结果表明: 等离子体喷射高度随触发电压的升高而增加,随气压的升高而降低; 采用等离子体喷射触发能够显著降低过压间隙的延时和抖动; 提高触发电压不但降低开关的抖动,而且还扩展开关稳定触发的工作范围; 当触发电压80 kV,工作系数27.4%,开关仍然能够可靠触发,延时和抖动分别为97.1 ns和3.5 ns。
气体开关 等离子体喷射 工作系数 抖动 延时 gas switch plasma jet working ratio jitter delay time 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045013
气体开关是脉冲功率系统的关键部件，开关的火花通道阻抗直接影响负载电压的陡度及其能量传输效率。提出一种光谱学诊断方法，通过对火花通道成像光谱的时空分辨测量，获得通道半径及电导率，从而计算时变的火花电阻。光谱测量结果表明,氮气间隙火花放电通道电子温度为2~3 eV，通道电导率先增大后减小，最大值约16 000 S，随着放电发展，火花通道电阻从绝缘状态快速跌落并趋于稳定值，时变趋势与电学计算结果基本吻合。3~100 kPa范围内，随着气压增大，放电通道半径减小，火花通道电阻增大。
气体开关 火花电阻 发射光谱 电导率 gas switch spark resistance emission spectrum conductivity 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045002
1 西安交通大学 电气工程学院， 西安 710049
2 四川省电力公司， 成都 610000
设计了一种同轴场畸变气体火花开关，在开关仅受触发脉冲作用和开关内外电极分别连接正负充电电容两种条件下，实验研究了触发脉冲峰值对开关间隙在氮气中的放电通道数的影响，比较了两种条件下的放电通道数。开关仅受触发脉冲作用时，放电通道承载电流较小；开关内外电极分别连接充电电容，触发脉冲施加于开关触发极时，放电通道承载电流较大。实验结果表明：仅受触发脉冲作用时，开关内间隙的平均通道数随着触发脉冲峰值增加而显著增加；开关电极连接电容的情况下，随着触发脉冲峰值增加，开关内间隙的平均通道数增加，外间隙的平均通道数减小；相近的过电压倍数下，开关电极连接电容情况下的平均通道数明显小于开关仅受触发脉冲作用情况下的平均通道数。
多通道放电 平均通道数 承载电流 通道电离程度 multichannel discharge average number of channels carried current ionization degree of discharge channel
为了寻求可用于快前沿直线型变压器驱动源最理想的多间隙气体开关结构，利用有限元分析软件模拟计算了几种不同电极结构气体开关内各间隙在开关触发前后的电场分布，并利用新型开关电路模型研究了气体开关触发导通前均压措施对开关内部各间隙电场分布均匀性的影响，以及触发后各中间电极对主电极杂散电容与气体开关内电场分布规律之间的关系。结果表明：圆形环状结构电极有利于形成稳定的多通道放电，降低开关的电感及抖动；在开关各个间隙之间并联相同阻值的电阻可以有效地改善开关直流耐压特性；在开关触发导通时，各间隙的电压分布主要与触发电压的上升时间、各个电阻及杂散电容值有关；触发电压的上升时间越短，杂散电容值对间隙电压分布的影响越明显。
气体开关 电极结构 电场分布 杂散电容 gas switch electrode structure electric field distribution stray capacitance
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
研制了一种用于快脉冲直线型脉冲变压器的±100 kV多级多通道火花开关, 研究了触发电压极性、幅值对多级多通道火花开关触发性能的影响, 分析了不同触发电压下开关各部分延时及抖动。研究结果表明：触发电压的极性对双极性多级多通道火花开关触发性能影响较小；开关的触发放电延时和抖动随着触发电压的增大而减小。进一步分析了多级多通道火花开关的触发击穿模式以及影响开关击穿延时和抖动的主要因素, 提出了减小开关触发击穿延时及抖动的技术途径。
直线型脉冲变压器 多级多通道 低抖动 气体火花开关 触发 gas spark switch linear transformer diver low jitter multi-gap mluti-channel trigger
