高电压交叉场气体开关及操作方法技术

一种高电压气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在预选气体压力处的可电离气体。气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的可电离气体，其中帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而增加。气体开关还包括设置在气密外壳内的阳极、设置在气密外壳内的阴极、以及定位在阳极和阴极之间的控制栅极，其中控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与阳极间隔开。操作电压选择的栅极到阳极距离与阳极间隔开。操作电压选择的栅极到阳极距离与阳极间隔开。

【技术实现步骤摘要】
高电压交叉场气体开关及操作方法
[0001]关于联邦资助研发的声明本专利技术在能源部能源高级研究计划局授予的合同号DE-AR0000298下利用政府的支持完成。政府在本专利技术中拥有某些权利。


[0002]本公开的领域大体上涉及高电压交叉场气体开关，并且更特别地涉及能够基于栅极到阳极距离和开关内气体压力的选择在高电压处操作的交叉场气体开关。

技术介绍

[0003]诸如平面交叉场气体开关的交叉场气体开关是已知的。常规地，这些开关包括由气密腔室包封的电极组件，诸如与阳极间隔开的阴极。气密腔室填充有可电离气体，并且电压施加于设置在阳极和阴极之间的控制栅极，以在它们之间启动等离子体路径。在存在施加于阳极的输入电压的情况下，开关是可操作的，以在阳极和阴极之间传导大电流。等离子体传导路径可通过反向偏置控制栅极来终止，使得从阳极流动至阴极的电流被控制栅极(以及伴随的电路)瞬时抽出，以使气体再次变得绝缘。因此，在存在输入电压和传导等离子体的情况下，装置起作用为充气开关或“气体开关”。
[0004]与至少一些已知气体开关相关联的缺点包括大约160千伏(kV)的操作上限。具体地，许多普通气体开关并未设计用于160kV以上的操作，并且对于在诸如例如在数百千伏范围内操作的配电系统的高压电力系统中的大规模长期实施而言不倾向于是可行的。

技术实现思路

[0005]在一个方面，提供一种高电压气体开关。气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的可电离气体，其中帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而减小。气体开关还包括设置在气密外壳内的阳极、设置在气密外壳内的阴极、以及定位在阳极和阴极之间的控制栅极，其中控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与阳极间隔开。
[0006]在另一个方面，提供一种高电压交叉场气体开关。气体开关包含在预选气体压力处的可电离气体。基于气体开关的电极之间的距离和可电离气体的帕邢曲线选择预选气体压力，其中帕邢曲线绘制随电极之间的距离乘以气体压力而变化的可电离气体的击穿电压，并且电极之间的距离乘以气体压力的值在帕邢曲线的一部分上连同击穿电压增加而减小。
[0007]在又一个方面，提供一种高电压气体开关。气体开关包括气密外壳，该气密外壳包含在0.01至1.0托的范围内的气体压力处的可电离气体，其中气体压力基于可电离气体的帕邢曲线选择。气体开关还包括设置在气密外壳内的阳极、设置在气密外壳内的阴极、以及定位在阳极和阴极之间的控制栅极，其中控制栅极以在2.0至15.0厘米(cm)的范围内的栅
极到阳极距离与阳极间隔开，并且其中栅极到阳极距离基于期望的操作电压选择。
[0008]技术方案1. 一种高电压气体开关，包括：气密外壳，其包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的所述可电离气体，其中所述帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、所述可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在所述帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而增加；阳极，其设置在所述气密外壳内；阴极，其设置在所述气密外壳内；以及控制栅极，其定位在所述阳极和所述阴极之间，所述控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与所述阳极间隔开。
[0009]技术方案2. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，气体压力乘以栅极到阳极距离的值在所述帕邢曲线的超过阈值击穿电压的一部分上增加。
[0010]技术方案3. 根据技术方案2所述的气体开关，其特征在于，所述阈值击穿电压为近似300千伏(kV)。
[0011]技术方案4. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述栅极到阳极距离在2至15厘米(cm)的范围内。
[0012]技术方案5. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述气密外壳包含氦。
[0013]技术方案6. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述栅极到阳极距离选择成防止在所述期望的操作电压处在所述阳极和所述控制栅极之间的真空击穿。
[0014]技术方案7. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述气体压力选择成防止在所述期望的操作电压处在所述阳极和所述控制栅极之间的气体击穿。
[0015]技术方案8. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述控制栅极包括穿孔的导电表面。
[0016]技术方案9. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述阴极包括i)镓、ii)镓合金、iii)铟、iv)锡、v)铝、钨、钼和钽中的至少一种。
[0017]技术方案10. 根据技术方案1所述的气体开关，其特征在于，所述气体开关能够在50至1000千伏(kV)的范围内操作。
[0018]技术方案11. 一种高电压交叉场气体开关，其包含在基于以下选择的气体压力处的可电离气体：所述气体开关的电极之间的距离；和所述可电离气体的帕邢曲线，其中所述帕邢曲线绘制随电极之间的距离乘以气体压力而变化的、所述可电离气体的击穿电压，并且其中电极之间的距离乘以气体压力的值在所述帕邢曲线的一部分上连同击穿电压增加而增加。
[0019]技术方案12. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，电极之间的所述距离是阳极和与所述阳极间隔开的控制栅极之间的距离。
[0020]技术方案13. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，气体压力乘以电极之间的距离的值在所述帕邢曲线的超过阈值击穿电压的一部分上增加。
[0021]技术方案14. 根据技术方案13所述的气体开关，其特征在于，所述阈值击穿电压为近似300千伏(kV)。
[0022]技术方案15. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，电极之间的所述距离在2至15厘米(cm)的范围内。
[0023]技术方案16. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，所述可电离气体是氦。
[0024]技术方案17. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，电极之间的所述距离选择成防止在所述期望的操作电压处在第一电极和第二电极之间的真空击穿。
[0025]技术方案18. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，所述预选气体压力选择成防止在所述期望的操作电压处在第一电极和第二电极之间的气体击穿。
[0026]技术方案19. 根据技术方案11所述的气体开关，其特征在于，所述气体开关能够在50至1000千伏(kV)的范围内操作。
[0027]技术方案20. 一种高电压气体开关，包括：气密外壳，其包含在0.01至1.0托的范围内的气体压力处的可电离气体，所述气体压力基于所述可电离气体的帕邢曲线选择；阳极，其设置在所述气密外壳内；阴极，其设置在所述气密外壳内；以及控制栅极，其定位在所述阳极和所述阴极之间，所述控制栅极以在2至15厘米(cm)的范围内的栅极到阳极距离与所述阳极间隔开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压气体开关，包括：气密外壳，其包含在基于可电离气体的帕邢曲线选择的气体压力处的所述可电离气体，其中所述帕邢曲线绘制随气体压力乘以栅极到阳极距离而变化的、所述可电离气体的击穿电压，并且其中气体压力乘以栅极到阳极距离的值在所述帕邢曲线的至少一部分上连同击穿电压增加而增加；阳极，其设置在所述气密外壳内；阴极，其设置在所述气密外壳内；以及控制栅极，其定位在所述阳极和所述阴极之间，所述控制栅极以基于期望的操作电压选择的栅极到阳极距离与所述阳极间隔开。2.根据权利要求1所述的气体开关，其特征在于，气体压力乘以栅极到阳极距离的值在所述帕邢曲线的超过阈值击穿电压的一部分上增加。3.根据权利要求2所述的气体开关，其特征在于，所述阈值击穿电压为近似300千伏(kV)。4.根据权利要求1所述的气体开关，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：