一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法，采用绝缘环保气体(如C

【技术实现步骤摘要】
一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法
本专利技术属于高电压与绝缘
，涉及一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法。
技术介绍
高功率脉冲放电等离子体主要是指电流幅值MA以上，脉冲宽度为百纳秒的电脉冲通过金属丝阵、环形气体射流、金属箔制成的环形套筒等放电，使其电离形成柱对称等离子体构形，它们在轴向电流产生的电磁力作用下发生自箍缩(pinch)向轴线内聚运动，最终在对称轴附近滞止，形成高温高密等离子体，辐射高能X射线。MA级及以上的脉冲大电流源的建设将极大地促进国际上研究高温高密辐射等离子体。脉冲大电流源一般由充电电源、初级脉冲源、脉冲传输线和负载组成，目前世界上电流幅值最大的脉冲源是美国圣地亚实验室2006年升级的ZR装置，ZR装置是基于Marx发生器为初级脉冲源，通过逐级脉冲压缩获得20MA的负载电流。本世纪初，俄罗斯科学院大电流研究所提出了快直线型变压器驱动源(FastLinearTransformerDriver,简称FLTD)的概念，不需要像传统的Marx发生器逐级压缩产生快脉冲，FLTD的初级脉冲源是单级FLTD模块，可以直接产生百纳秒级快脉冲，装置运行效率和能量传输效率得到大幅提高，被公认为下一代数十MA电流、数MV电压、百TW级快Z箍缩驱动源最有前景的技术路线。目前初级脉冲源，包括Marx发生器、单级FLTD模块，其外绝缘一般采用变压器油作为绝缘介质，这种绝缘方式成本高、运行维护便利性差、效率低。因此人们提出了气体绝缘的方法，当初级脉冲源工作电压较低(～50kV)时一般采用高压空气绝缘，当工作电压提高后，采用SF6-空气混合气体绝缘，腔体内部绝对气压为2bar，绝缘强度要求>100kV/cm。目前，SF6由于强温室效应已经被禁止生产销售了，亟需发展新的气体绝缘方案。特别是当初级脉冲源尺寸增加后，对腔体的密封和抗压性能提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种初级脉冲源及常压气体外绝缘系统和方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种初级脉冲源，包括Marx发生器以及单级FLTD模块，多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源；所述初级脉冲源包括金属腔体以及内部的电路元器件，所述金属腔体内填充有绝缘环保气体和缓冲气体的混合气体，所述绝缘环保气体和缓冲气体用于为电路元器件提供绝缘环境。上述初级脉冲源的进一步改进在于：所述金属腔体内的绝缘环保气体为C4F7N或C5F10O，缓冲气体为空气、氮气、二氧化碳或甲烷。所述多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源，所述FLTD源中串联的单级FLTD模块共用一个金属腔体。所述金属腔体为长方体或圆柱体。一种常压气体外绝缘方法，包括以下步骤：步骤1，利用缓冲气体对初级脉冲源的金属腔体进行充放气完成洗气；步骤2，将常压绝缘气体与缓冲气体按照预设比例混合，然后再充入金属腔体，直至金属腔体内的压力为1bar时停止充气。上述方法的进一步改进在于：所述步骤1中，洗气反复进行2次及以上，至纯度达到90％及以上。所述步骤2中，常压绝缘气体与缓冲气体混合至具有100kV/cm的绝缘强度。一种绝缘系统，包括配气装置，所述配气装置包括混合气体缓存腔，所述混合气体缓存腔的两个入口分别连接绝缘环保气体罐和缓冲气体罐，出口连接初级脉冲源的金属腔体，洗气口连接第一真空泵和；金属腔体的洗气口连接第二真空泵。上述绝缘系统的进一步改进在于：所述绝缘环保气体罐与配气装置之间的管路上依次设置第一压力表、第一阀门、第一止回阀以及第一流量计；所述缓冲气体罐与配气装置之间的管路上依次设置第二压力表、第二阀门、第二止回阀、第二流量计以及第六阀门；所述配气装置与金属腔体之间的管路上依次设置有第三阀门、第三止回阀以及第三流量计；所述配气装置的洗气口与第一真空泵之间的管路上依次设置有第三压力表、第四阀门以及第四止回阀；所述金属腔体的洗气口与第二真空泵之间的管路上依次设置有第五阀门以及第五止回阀；所述第二流量计与第六阀门之间通过三通相连，三通的另一个出口通过第七阀门连接至第三流量计的出口处。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术初级脉冲源的金属腔体内的绝缘介质采用常压绝缘环保气体与缓冲气体混合气体，混合气体气压为常压～1bar，实现直流均匀场时的绝缘强度高于100kV/cm，可避免脉冲功率源在高气压下运行，从而降低大尺寸脉冲功率源对机械结构和密封性能的要求。初级脉冲源的工作环境为室内，环境控制在常温15-25℃。这与传统电力系统设备工作在高原极寒等环境不同，因此绝缘环保气体(如C4F7N、C5F10O)的高沸点的物性缺点在初级脉冲源的工作环境中不受限。经过理论与实验验证，在～20℃，绝对气压～1bar的工作环境下，绝缘介质采用C4F7N-空气混合气体作为初级脉冲源的金属腔体的绝缘介质是一种有效可行的方法，具有高于100kV/cm的绝缘强度，优于SF6气体。因此，本专利技术具有良好的环境效应，常压可大幅降低腔体设计加工的难度，也有利于提高检修时充气放气速率，从而提高运维效率，降低成本。【附图说明】为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术单级FLTD模块结构示意图；图2为本专利技术实施例绝缘方法的流程图；图3为本专利技术实施例绝缘系统的流程图；图4为结合Antoine方程与气液平衡定律计算的C4F7N-N2混合气体的饱和蒸汽压；图5为C4F7N-CO2混合气体的绝缘强度实验结果。其中：1-1为第一压力表；1-1为第一压力表；1-3为第三压力表；2-1为第一阀门；2-2为第二阀门；2-3为第三阀门；2-4为第四阀门；2-5为第五阀门；2-6为第六阀门；2-7为第七阀门；3-1为第一止回阀；3-2为第二止回阀；3-3为第三止回阀；4-1为第一流量计；4-2为第二流量计；4-3为第三流量计；5-1为第第一真空泵；5-2为第二真空泵。【具体实施方式】为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种初级脉冲源，其特征在于，包括Marx发生器以及单级FLTD模块，多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源；所述初级脉冲源包括金属腔体以及内部的电路元器件，所述金属腔体内填充有绝缘环保气体和缓冲气体的混合气体，所述绝缘环保气体和缓冲气体用于为电路元器件提供绝缘环境。/n

【技术特征摘要】
1.一种初级脉冲源，其特征在于，包括Marx发生器以及单级FLTD模块，多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源；所述初级脉冲源包括金属腔体以及内部的电路元器件，所述金属腔体内填充有绝缘环保气体和缓冲气体的混合气体，所述绝缘环保气体和缓冲气体用于为电路元器件提供绝缘环境。


2.根据权利要求1所述的初级脉冲源，其特征在于，所述金属腔体内的绝缘环保气体为C4F7N或C5F10O，缓冲气体为空气、氮气、二氧化碳或甲烷。


3.根据权利要求1所述的初级脉冲源，其特征在于，所述多个单级FLTD模块串联组成的FLTD源，所述FLTD源中串联的单级FLTD模块共用一个金属腔体。


4.根据权利要求1所述的初级脉冲源，其特征在于，所述金属腔体为长方体或圆柱体。


5.一种应用于权利要求1-4任一项所述初级脉冲源的常压气体外绝缘方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用缓冲气体对初级脉冲源的金属腔体进行充放气完成洗气；
步骤2，将常压绝缘气体与缓冲气体按照预设比例混合，然后再充入金属腔体，直至金属腔体内的压力为1bar时停止充气。


6.根据权利要求5所述的绝缘方法，其特征在于，所述步骤1中，洗气反复进行2次及以上，至纯度达到90％及以上。


7.根据权利要求5或6所述的绝缘方法，其特征在于，所述步骤2中，常...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，陈紫维，孙凤举，姜晓峰，王志国，李兴文，邱爱慈，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61