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高功率气体开关长寿命设计和初步实验

陈林 王凌云 王杰 蒋吉昊 韩文辉

陈林, 王凌云, 王杰, 等. 高功率气体开关长寿命设计和初步实验[J]. 强激光与粒子束, 2024, 36: 115013. doi: 10.11884/HPLPB202436.240324
引用本文: 陈林, 王凌云, 王杰, 等. 高功率气体开关长寿命设计和初步实验[J]. 强激光与粒子束, 2024, 36: 115013. doi: 10.11884/HPLPB202436.240324
Chen Lin, Wang Lingyun, Wang Jie, et al. Design and preliminary experiment of high power long lifetime gas spark switch[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2024, 36: 115013. doi: 10.11884/HPLPB202436.240324
Citation: Chen Lin, Wang Lingyun, Wang Jie, et al. Design and preliminary experiment of high power long lifetime gas spark switch[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2024, 36: 115013. doi: 10.11884/HPLPB202436.240324

高功率气体开关长寿命设计和初步实验

doi: 10.11884/HPLPB202436.240324
基金项目: 国家自然科学基金项目(12275255)
详细信息
    作者简介:

    陈 林,chenlin_mail@163.com

    通讯作者:

    王 杰,309925853@qq.com

  • 中图分类号: TM836

Design and preliminary experiment of high power long lifetime gas spark switch

  • 摘要: 针对初期设计的尼龙外壳同轴三电极开关完成了寿命实验,三只开关样品的寿命分别为20.4万次、43.3万次和15.1万次。根据寿命实验结果同时对开关结构和外壳材料进行了改进,初步实验结果表明,改进后的5只气体开关样品除陶瓷外壳开关提前损坏以外,其余3只有机玻璃外壳开关均已完成30万次寿命实验,并且其自击穿电压各自保持了较好的稳定性,标准偏差未明显变大。补充开展的触发实验结果表明,3只有机玻璃外壳开关触发性能基本稳定。根据自击穿电压的变化情况以及30万次寿命实验后开关的触发延时和抖动等参数,预期改进设计开关的寿命将会超过原初设计开关。
  • 图  1  100 kV/20 kA长寿命气体开关早期结构及实物照片

    Figure  1.  Schematic structure of primary design and photograph of 100 kV/20 kA gas spark switch

    图  2  高气压气体开关寿命考核实验线路及实验平台

    Figure  2.  Circuit and platform for single switch lifetime test

    图  3  100 kV/20 kA长寿命气体开关实验后绝缘壳体及主电极照片

    Figure  3.  Photograph of nylon insulator and high voltage electrode after lifetime test

    图  4  100 kV/20 kA长寿命气体开关改进结构

    Figure  4.  Improved structure design of 100 kV/20 kA gas spark switch

    图  5  四开关寿命考核实验平台

    Figure  5.  Lifetime test platform for four gas spark switches

    图  6  寿命终止后的陶瓷外壳2#开关

    Figure  6.  Ceramic packaged switch, on whose outer surface flashover occuerd

    图  7  寿命实验中的典型放电电流波形

    Figure  7.  Typical current waveform in lifetime test

    表  1  改进设计后的高压气体开关寿命考核实验结果

    Table  1.   Lifetime test results of gas spark switches with improved design

    switch type total shots last status of switch
    ceramic package-1 0 ceramic body fractured before test
    ceramic package-2 155 463 flashover happened
    PMMA package-1 302 184 normal
    PMMA package-2 302 184 normal
    PMMA package-3 302 184 normal
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    表  2  改进设计后的高压气体开关自击穿电压变化情况

    Table  2.   Variation of self-breakdown voltage of gas spark switches with improved design

    shot No. average
    voltage/kV
    standard
    deviation/kV
    average
    voltage/kV
    standard
    deviation/kV
    average
    voltage/kV
    standard
    deviation/kV
    average
    voltage/kV
    standard
    deviation/kV
    ceramic package-1# PMMA package-1# PMMA package-2# PMMA package-3#
    000001~000010 90.6 1.2 89.6 1.4 90.4 1.0 90.0 1.2
    100001~100010 92.2 1.6 91.4 1.4 93.4 0.8 92.4 1.2
    200001~200010 96.2 1.0 94.8 1.4 95.0 1.2
    300001~300010 98.2 1.6 99.0 1.2 99.4 1.5
    下载: 导出CSV

    表  3  30万次寿命实验后高压气体开关触发性能

    Table  3.   Delay time and jitter of gas spark switches in triggering experiments after lifetime test

    switch type delay time/ns jitter/ns
    PMMA package-1# 59.4 2.6
    PMMA package-2# 55.3 2.1
    PMMA package-3# 56.8 2.2
    下载: 导出CSV
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    Zhang Le, Wang Meng, Han Wenhui, et al. Design and experiment of long-lifetime coaxial-electrode gas spark switch[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2016, 28: 015024 doi: 10.11884/HPLPB201628.015024
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-12
  • 修回日期:  2024-10-17
  • 录用日期:  2024-10-17
  • 网络出版日期:  2024-10-24
  • 刊出日期:  2024-11-01

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