激光觸發(fā)真空開關觸發(fā)穩(wěn)定性及時延特性

趙 巖 廖敏夫 段雄英 劉志恒 葛國偉

（大連理工大學電氣工程學院 大連 116024）

激光觸發(fā)真空開關觸發(fā)穩(wěn)定性及時延特性

趙 巖 廖敏夫 段雄英 劉志恒 葛國偉

（大連理工大學電氣工程學院 大連 116024）

為了研究影響激光觸發(fā)真空開關（LTVS）導通時延及抖動特性的關鍵因素，搭建LTVS高電壓大電流實驗平臺，分別改變觸發(fā)激光能量、工作電壓、觸發(fā)極性以及觸頭間距等參數(shù)，考察其對LTVS導通時延和抖動特性的影響，并對LTVS的導通機制及觸發(fā)穩(wěn)定性進行理論分析。實驗結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，增加觸發(fā)激光能量、增加主間隙電壓、采用陰極觸發(fā)方式或者縮短觸頭間距均可減少開關的導通時延及時延抖動；LTVS的導通是激光轟擊觸發(fā)極產(chǎn)生初始等離子體的熱過程與主間隙兩端電場加速初始等離子體擴散過程共同作用的結(jié)果，實驗中所得到的結(jié)論對LTVS的優(yōu)化具有重要意義。

時延 抖動 激光觸發(fā) 真空開關 觸發(fā)穩(wěn)定性

0 引言

真空觸發(fā)開關（Triggered Vacuum Switch，TVS）采用真空作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，具有極高的絕緣水平和弧后介質(zhì)恢復能力，能夠在較高頻率下重復導通與關斷高電壓大電流，且具有工作電壓范圍寬、導通延時短等優(yōu)點[1-4]。20世紀60年代，美國通用公司Lafferty等首次提出TVS思想，并進行了大量的實驗研究，奠定了TVS的基礎理論。近年來，隨著脈沖功率技術的發(fā)展，真空觸發(fā)開關作為其重要的開關器件得到廣泛關注。真空觸發(fā)開關的觸發(fā)方式有電觸發(fā)、激光觸發(fā)以及加速的微粒子撞擊觸發(fā)等方式[5,6]。其中，電觸發(fā)真空開關的理論研究已經(jīng)相對成熟，20世紀90年代，西安交通大學尚文凱等對電觸發(fā)TVS的極性效應和初始等離子體的不穩(wěn)定現(xiàn)象進行了初步的實驗研究。隨后，大連理工大學廖敏夫等針對場擊穿型電觸發(fā)真空開關（Field Triggered Vacuum Switch, FTVS）的開通及關斷特性做了比較全面的研究，并建立了陰極斑點熱傳導模型來描述FTVS初始等離子體的微觀特性[7,8]。FTVS和沿面觸發(fā)型TVS作為電觸發(fā)TVS的兩種主要方式，都有著各自的缺點。沿面觸發(fā)型TVS可以獲得相對較短的導通時延和較小的時延抖動，但由于觸發(fā)后金屬蒸汽等物質(zhì)覆蓋于觸發(fā)極表面，嚴重縮短了TVS的有效壽命[9-11]。而FTVS雖然可以獲得更長的使用壽命，但較長的導通延時和較大的延時抖動又限制了其在某些要求較高的脈沖功率技術領域的應用[12]。相比于電觸發(fā)方式，激光觸發(fā)方式可以獲得更短的導通時延和更高的觸發(fā)精度，并且兼具FTVS使用壽命長等優(yōu)點。此外，激光觸發(fā)真空開關（Laser Triggered Vacuum Switch，LTVS）采用激光觸發(fā)形式避免了觸發(fā)裝置的電磁干擾，有效減少了誤觸發(fā)等問題。前蘇聯(lián)A. A. Makarevich等率先對LTVS的導通特性進行了初步研究，指出激光觸發(fā)方式相比其他方式具有十分優(yōu)異的時延特性[13,14]。隨后，美國Sandia國家實驗室的P. J. Brannon開發(fā)出只需20μJ激光能量、時延和精度分別達到100ns和15ns的LTVS，但是由于工作電壓低、通流能力弱，不滿足實際應用的要求，僅限于實驗研究[15]。近年來，隨著脈沖功率技術的發(fā)展，對其控制器件性能提出了更高的要求，使激光觸發(fā)真空開關再次成為熱點。華中科技大學何正浩等對多棒極激光觸發(fā)真空開關初始等離子體產(chǎn)生及擴散過程進行了研究，大連理工大學鄒積巖、廖敏夫等針對平板電極激光觸發(fā)真空開關的導通及運行特性進行了探索[16,17]。這些研究對激光觸發(fā)開關的實際應用及優(yōu)化設計具有重要的理論價值。

高性能LTVS的關鍵參數(shù)包括導通時延（觸發(fā)激光到達觸發(fā)極與主電壓開始下降的時間間隔）、時延抖動、重復頻率以及通載能力，前兩者均由LTVS初始等離子體的特性決定，其主要的影響因素包括觸發(fā)激光的參數(shù)、工作電壓、觸頭極性以及觸發(fā)極材料性質(zhì)等，后兩者主要由LTVS的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。實驗中通過搭建LTVS高電壓大電流實驗平臺，分別考察了觸發(fā)激光能量、觸發(fā)間隙電壓、觸發(fā)極性等因素對LTVS導通時延和時延抖動影響，對LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性進行了理論分析，并以此為基礎提出了LTVS的優(yōu)化設計方法。

1 實驗系統(tǒng)

1.1 LTVS結(jié)構(gòu)

實驗中所設計的LTVS基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 LTVS基本結(jié)構(gòu)1—石英玻璃窗口 2—陽極導電桿 3—陶瓷絕緣外殼4—金屬屏蔽罩 5—石英觀察窗 6—陰極導電桿7—靶極材料 8—觸頭Fig.1 The base structure of LTVS

LTVS主要由陶瓷絕緣外殼、金屬屏蔽罩、觸頭以及嵌入觸頭的觸發(fā)材料構(gòu)成。陶瓷絕緣外殼起到絕緣和支撐作用，金屬屏蔽罩與陶瓷外殼共同保證滅弧室真空度；金屬屏蔽罩可以調(diào)整LTVS內(nèi)部的電場分布，陽極導電桿中心有一直徑2mm的通孔作為激光通道，并用石英玻璃覆蓋，維持滅弧室內(nèi)真空度。觸頭結(jié)構(gòu)為平板型觸頭，直徑40mm，觸頭距離為10mm（可以調(diào)節(jié)），觸頭材料選用耐燒蝕的CuCr50合金，上觸頭通孔直徑為2mm，下觸頭中心嵌入觸發(fā)材料TiH2，直徑為3mm。

1.2 實驗電路

實驗電路如圖2所示，儲能電容與電感構(gòu)成振蕩電路，振蕩頻率為8kHz。觸發(fā)系統(tǒng)采用德國生產(chǎn)的Nd.YAG固體激光器，激光器發(fā)出的激光光束由分束器按照9∶1的折射透射比進行分光，折射的激光光束由聚焦鏡聚焦后觸發(fā)真空開關，透射的激光光束打在光電探測器上。光電探測器將打在靶面上的激光光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過示波器檢測其電壓可以得到激光能量及光電轉(zhuǎn)換后的激光脈沖電壓波形。

圖2 實驗電路Fig.2 The experiment circuit

LTVS的電壓、電流波形分別采用分壓器（高壓探頭）和羅氏線圈與示波器配合測量。實驗中，采用擴散泵與機械泵一起工作，維持滅弧室內(nèi)真空度高于1×10-4Pa。

2 LTVS導通機理分析

2.1 初始等離子體產(chǎn)生及發(fā)展

與電觸發(fā)真空開關采用場擊穿方式或者延面放電方式產(chǎn)生初始等離子體不同，LTVS采用激光輻射的方式對靶極材料進行加熱，導致靶極材料蒸發(fā)，該過程中同時伴隨著光致電離產(chǎn)生小部分等離子體，之后在電場作用下靶極材料蒸氣發(fā)生進一步電離產(chǎn)生充足的初始等離子體，并擴散至整個電極間隙。初始等離子發(fā)展過程如圖3所示，在正極性觸發(fā)狀態(tài)下，由于主間隙電場的作用，擴散到主間隙的帶電粒子以電子為主，正離子返回陰極表面形成離子鞘層，因此等離子體擴展的過程實際上就是陰極鞘層向陽極的增長過程。當鞘層中的電場強度足夠大，以至超過了鞘層的擊穿電場強度時，鞘層被擊穿，在主間隙陰極上產(chǎn)生陰極斑點形成自持放電。而在負極性觸發(fā)狀態(tài)下，擴散到主間隙中的帶電粒子以離子為主，在對面的陰極表面形成離子鞘層，當離子密度或鞘層電場足夠高時也會出現(xiàn)陰極斑點，形成自持放電，電弧在每次電流過零時刻熄滅。

初始等離子體形成后，能否引發(fā)主間隙的導通還有一定的條件，只有初始等離子體的密度足夠高，使離子鞘層電場滿足陰極斑點產(chǎn)生的最低要求，陰極斑點不斷向主間隙提供帶電粒子和金屬蒸氣，才能維持主間隙的自持放電。

2.2 LTVS典型工作波形

在主回路頻率8kHz，主間隙電壓2kV，觸發(fā)激光能量50mJ，波長1 064nm，觸發(fā)材料TiH2，正極性觸發(fā)條件下LTVS的典型工作波形如圖4所示。圖中U1為工作電壓，U2為激光脈沖信號，I為主間隙電流。從圖4中可以看到，LTVS導通半個周期，在主間隙電流I過零點時刻成功開斷，開斷后電容器兩端殘留負壓。

圖4 LTVS典型工作波形Fig.4 The typical work waveforms of LTVS

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 LTVS觸發(fā)穩(wěn)定性分析

LTVS觸發(fā)穩(wěn)定性受到靶極材料、激光參數(shù)以及工作電壓等因素的影響。實驗中所使用的激光脈寬只有9ns，其對靶極材料的作用是瞬時的，光束與靶極表面作用，導致靶極材料溫度升高，熱量在靶極材料上傳遞，這一過程用熱傳導方程表示為

式中，λ為靶極材料的熱量傳導系數(shù)；cp為靶極材料的比熱容；Q為靶極材料本身在單位時間內(nèi)向外發(fā)射的熱能。

激光觸發(fā)真空中靶極材料不存在熱源，則Q=0。激光對靶極表面起加熱作用，所以可以按式（1）取一定的邊界條件代入式（1），靶極材料的熱傳導系數(shù)且為恒定值，則激光對靶極材料的作用可以用簡化熱傳導表示為

式中，αt為靶極材料熱量的擴散速度，αt=λ/(ρ cp)，ρ 為靶極材料的密度；2?為拉普拉斯算符。所設計的LTVS使用TiH2作為觸發(fā)材料。真空中TiH2在600℃附近有一個吸熱峰，說明TiH2在此溫度附近發(fā)生劇烈分解，大約1 000℃時完全脫氫。TiH2分解后產(chǎn)生氫氣和Ti，Ti具有良好的熱傳導能力，可以在很短的時間內(nèi)將熱量向周圍傳遞出去，進一步提高TiH2的分解速度。如果激光能量足夠，TiH2靶極加熱后可以在瞬間產(chǎn)生大量初始等離子體，保證LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性。

實驗中在采用正極性觸發(fā)方式觸頭間距為10mm條件下，所得到不同電壓下保證LTVS穩(wěn)定觸發(fā)的最小觸發(fā)激光能量關系如圖5所示。當工作電壓為40V時需要98mJ的觸發(fā)激光能量才能保證LTVS穩(wěn)定觸發(fā)，而當工作電壓升高到5kV，只需要15mJ的觸發(fā)激光能量。這說明LTVS的觸發(fā)和導通不僅受到靶極材料和激光能量的影響，主間隙兩端的電場強度大小同樣是一個不可忽略的因素。由此可見，LTVS的導通是激光對靶極加熱產(chǎn)生靶極材料蒸氣光致電離產(chǎn)生少量等離子體的過程與電場作用下靶極材料蒸氣進一步電離產(chǎn)生充足初始等離子體并發(fā)展擴散到主間隙進而使其導通過程共同作用的結(jié)果。為了保證觸發(fā)的穩(wěn)定性，必須選擇合適的觸發(fā)材料和激光參數(shù)并且提供一定的主間隙電壓。

圖5 工作電壓與最小觸發(fā)激光能量關系Fig.5 Relationship between working voltage and the smallest trigger energy

3.2 觸發(fā)激光能量和工作電壓對LTVS導通時延及時延抖動的影響

實驗條件為：觸頭直徑40mm，觸頭間距10mm，觸發(fā)激光波長1 064nm，觸發(fā)材料TiH2，觸發(fā)方式為正極性觸發(fā)。

圖6為不同觸發(fā)能量和工作電壓下LTVS的導通時延情況，從圖6中可以看到隨著觸發(fā)激光能量增加，LTVS的導通時延不斷減小，當觸發(fā)能量超過50mJ后，導通時延變化率減小。這是由于隨著觸發(fā)能量增加，靶極材料更容易揮發(fā)產(chǎn)生更多初始等離子體，有利于觸頭間隙中導電通道的形成。當激光能量超過50mJ后，初始等離子體充足，激光能量已經(jīng)不再是主要影響因素。同樣，從圖6可以看到，在相同的觸發(fā)能量下，開關導通時延隨著主間隙電壓升高而減小。這是由于，初始等離子體產(chǎn)生后，受到主間隙兩端電場作用，電子和負離子向觸發(fā)間隙陽極運動，電場強度越高，運動速度越快，導電通道就會形成得越早。

圖6 不同觸發(fā)激光能量和工作電壓下LTVS導通時延Fig.6 The time delay of LTVS under different trigger laser energy and working voltage

圖7為不同觸發(fā)激光能量和工作電壓下的LTVS時延抖動變化情況。隨著觸發(fā)激光能量和工作電壓的升高，時延抖動減小。當觸發(fā)激光能量為20mJ時，靶極與激光作用產(chǎn)生的初始等離子體并不充足，LTVS的導通具有很大的隨機性，觸發(fā)時延的波動很大。當觸發(fā)激光能量達到50mJ后，初始等離子體充足，LTVS的導通變得穩(wěn)定，觸發(fā)時延基本趨于穩(wěn)定。而提高觸發(fā)間隙電壓，使不充足的初始等離子體有更大的可能向觸發(fā)間隙的陽極運動，減小了LTVS導通的隨機性，使導通變得穩(wěn)定，當初始等離子體充足時，這種影響也隨之減小。3.3 觸發(fā)極性對LTVS導通時延及時延抖動的影響

圖7 不同觸發(fā)激光能量和工作電壓下LTVS時延抖動Fig.7 The jitter time of LTVS under different trigger laser energy and working voltage

實驗條件為：觸頭直徑40mm，觸頭間距10mm，激光波長1 064nm，激光能量為50mJ，觸發(fā)材料為TiH2，主間隙電壓4kV。圖8為LTVS的兩種不同激光觸發(fā)方式，正極性觸發(fā)和負極性觸發(fā)。

圖8 LTVS兩種激光觸發(fā)方式Fig.8 Two laser triggered types of LTVS

LTVS的正極性觸發(fā)和負極性觸發(fā)對開關導通時延的影響如圖9所示。相比負極性觸發(fā)，采用正極性觸發(fā)方式可以獲得更短的導通時延。正極性觸發(fā)時，在主間隙電場作用下，初始等離子體中擴散到主間隙的粒子以電子和負離子為主，電子的質(zhì)量遠遠小于離子，在相同電場下運動到陽極所需要的時間更短。負極性觸發(fā)擴散到主間隙的粒子以正粒子為主，質(zhì)量大、運動速度慢，導致導通時延變大。

圖9 不同觸發(fā)極性下LTVS導通時延Fig.9 The time delay of LTVS under different trigger electrode polarity

不同觸發(fā)極性下LTVS開關時延抖動如圖10所示，由于電子體積小，在運動過程中產(chǎn)生碰撞的可能性比離子低，降低了觸發(fā)的隨機性，使導通時延變得更加穩(wěn)定。當采用正極性觸發(fā)，觸發(fā)激光能量50mJ，主間隙電壓4kV時，LTVS的時延抖動僅為47ns，而負極性觸發(fā)則為64ns。

3.4 觸頭間距對LTVS導通時延及時延抖動的影響

圖10 不同觸發(fā)極性下LTVS開關時延抖動Fig.10 The jitter time of LTVS under different trigger electrode polarity

實驗條件為：觸頭直徑40mm，激光波長1 064nm，激光能量為50mJ，觸發(fā)材料為TiH2，主間隙電壓4kV，觸發(fā)方式為正極性觸發(fā)。

LTVS觸頭間距對導通時延和時延抖動的影響如圖11所示，當觸頭間距為6mm時，導通時延和時延抖動分別為763ns和52ns，隨著觸頭間距增加，導通時延和時延抖動都隨之增大，當觸頭間距為12mm時，導通時延和時延抖動分別達到998ns和102ns。這是由于觸頭間距縮短，初始等離子體產(chǎn)生后，電子和負離子在電場作用下向陽極運動的距離增加，到達陽極所需時間變長，導致延時變大、觸發(fā)穩(wěn)定性下降、時延抖動增大。

圖11 不同電極間距下LTVS導通時延及時延抖動Fig.11 Conduction time delay and jitter time of LTVS under different distance of contact

4 結(jié)論

LTVS具有導通時延短、觸發(fā)精度高、觸發(fā)裝置抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，具有很好的應用前景。本文通過搭建LTVS高電壓大電流實驗平臺考察了觸發(fā)激光能量、主間隙電壓、觸發(fā)極極性和觸頭間距等因素對LTVS導通時延及時延抖動的影響，實驗結(jié)果對LTVS的優(yōu)化設計具有一定的意義。并對LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性進行了理論分析，實驗結(jié)果表明：

1）LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性受到靶極材料、激光參數(shù)及工作電壓的影響，其導通是激光對靶極加熱產(chǎn)生靶極材料蒸氣和光，導致電離產(chǎn)生少量等離子體的過程與電場作用下靶極蒸氣進一步電離產(chǎn)生充足初始等離子體并發(fā)展擴散到主間隙進而使其導通過程共同作用的結(jié)果。

2）在一定范圍內(nèi)，LTVS的導通時延和時延抖動隨著觸發(fā)激光能量和主間隙電壓的升高而減小，當觸發(fā)激光產(chǎn)生的初始等離子體充足時，繼續(xù)提高觸發(fā)激光能量對于縮短導通時延和時延抖動意義不大。同樣，當主間隙電壓升高到一定值，其對初始等離子體擴散的影響不斷下降，導通時延趨于穩(wěn)定。

3）相比于負極性觸發(fā)方式，采用正極性觸發(fā)方式更有利于縮短導通時延和減小時延抖動，在主間隙距離為10mm時，最小導通時延可以達到650ns，時延抖動可達30ns。

4）增大LTVS工作電壓范圍和縮短LTVS導通時延是一對相互矛盾的因數(shù)，在滿足LTVS最高工作電壓的前提下，減小觸頭間距有利于縮短導通時延和提高觸發(fā)精度。

[1] Brannon P J, Cowgill D F. Low jitter laser-triggered vacuum switch using a composite target[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 1988, 16(2)： 325-327.

[2] 趙子玉, 宋煥生, 江秀臣, 等. 一種測量真空開關滅弧室真空度的新方法[J]. 中國電機工程學報, 2006, 26(16)： 144-149. Zhao Ziyu, Song Huansheng, Jiang Xiuchen, et al. Study on new method for measurement of internal pressure of vacuum interrupters[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(16)： 144-149.

[3] Liao M, Li W, Jiang X, et al. Interruption ability and restrike phenomenon of triggered vacuum switch with high frequency current[C]//IEEE International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV), 2014： 161-164.

[4] 文化賓, 宋永端, 鄒積巖, 等. 新型126kV高壓真空斷路器的設計及開斷能力試驗研究[J]. 中國電機工程學報, 2012, 32(34)： 198-204. Wen Huabin, Song Yongduan, Zou Jiyan, et al. Test on novel design and breaking capacity for 126kV high voltage[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(34)： 198-204.

[5] Hegeler F, Myers M C, Wolford M F, et al. Low jitter, high voltage, repetitive laser triggered gas switches[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2013, 20(4)： 1168-1188.

[6] Wang Y, Dai L, Lin F, et al. Optimization of a triggered vacuum switch with multirod electrodes system[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2014, 42(1)： 162-167.

[7] 胡上茂, 姚學玲, 陳景亮. 沿面閃絡觸發(fā)真空開關初始等離子體特性實驗[J]. 電工技術學報, 2012, 27(9)： 271-276. Hu Shangmao, Yao Xueling, Chen Jingliang. An experimental study on initial plasma characteristics of surface flashover triggered vacuum switch[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, 27(9)： 271-276.

[8] 戴玲, 周正陽, 南敬, 等. 基于六間隙棒電極結(jié)構(gòu)的沿面擊穿型觸發(fā)真空開關的工作特點[J]. 電工技術學報, 2012, 27(10)： 128-134. Dai Ling, Zhou Zhengyang, Nan Jing, et al. Characteristics of a surface-breakdown triggered vacuum switch with six-gap rod electrode system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, 27(10)： 128-134.

[9] 何俊佳, 鄒積巖, 王海, 等. 觸發(fā)真空開關中初始等離子體的產(chǎn)生和擴展[J]. 高壓電器, 1996, 22(6)：3-5. He Junjia, Zou Jiyan, Wang Hai, et al. The generation and extension of initial plasma in triggered vacuum switch[J]. High Voltage Apparatus, 1996, 22(6)： 3-5.

[10] 舒勝文, 黃道春, 阮江軍. 真空開關電弧開斷過程的數(shù)值仿真方法研究進展[J]. 高壓電器, 2014, 50(2)： 131-138. Shu Shengwen, Huang Daochun, Ruan Jiangjun. Review of numerical simulation methods for arc interruption process of vacuum switch[J]. High Voltage Apparatus, 2014, 50(2)： 131-138.

[11] Hu S, Yao X, Chen J. An experimental investigation on initial plasma characteristics of triggered vacuum switch[J]. IEEE Transactions on Plasma Science,2012, 40(8)： 2009-2013.

[12] 方春恩, 梁明華, 龐力, 等. 斷路器相控開斷短路電流智能控制裝置研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2012, 40(23)： 138-144. Fang Chun’en, Liang Minghua, Pang Li, et al. Research on intelligent control unit for circuit breakers controlled fault interruption[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(23)：138-144.

[13] Sullivan D L, Kovaleski S D, Hutsel B T, et al. Study of laser target triggering for spark gap switches[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2009, 16(4)： 956-960.

[14] Wu H, He Z, Wang L, et al. Effect of the trigger circuit on delay characteristics of a triggered vacuum switch with a six-gap rod electrode system[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2011, 39(1)： 335-341.

[15] 李化, 龍兆芝, 林福昌, 等. 多棒極型觸發(fā)真空開關觸發(fā)特性[J]. 電工技術學報, 2009, 24(11)： 61-67. Li Hua, Long Zhaozhi, Lin Fuchang, et al. Triggering characteristics of multi-electrode type triggered vacuum switch[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2009, 24(11)： 61-67.

[16] 劉向軍, 李煒榮, 謝寶河. 觸頭電弧圖像面積與電弧功率及其關系[J]. 電工技術學報, 2015, 30(1)：120-126. Liu Xiangjun, Li Weirong, Xie Baohe. Arc image area and arc power of contacts and their correlation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(1)： 120-126.

[17] Mao X, He Z, Wang Y, et al. Research on the interaction of primary plasma and main electrode for laser triggered vacuum switch[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2014, 42(11)： 3592-3597.

（編輯 陳 誠）

Laser Triggered Stability and Time Delay Characteristics of Laser Triggered Vacuum Switch

Zhao Yan Liao Minfu Duan Xiongying Liu Zhiheng Ge Guowei
（School of Electrical Engineering Dalian University of Technology Dalian 116024 China）

As one of the most important control devices in pulse power technology, the traditional form of electricity triggered vacuum switch is difficult to meet the application requirements in some special fields. Thus, the laser-triggered form is adopted to get shorter conduction time delay and higher trigger accuracy. However, the related theoretical research about laser triggered vacuum switch (LTVS) is still at the initial stage. In order to find out the influence affecting factors on of the time delay characteristics and jitter time of LTVS, this paper constructed a high-voltage and heavy-current LTVS experimental platform. The influences of the trigger laser energy, the working voltage, different trigger electrode polarity configurations and different distance of electrodes are examined. Moreover, the trigger and the conduction mechanism of LTVS are analyzed. The experimental results show that within a certain rang, time delay and jitter time of LTVS can be reduced by such means as increasing trigger laser energy, increasing the main gap voltage and adopting the cathode trigger mode. The experiment conclusion has an important significance on optimization of LTVS.

Time delay, jitter, laser triggered, vacuum switch, trigger stability

TM315

趙 巖 男，1989年生，博士研究生，研究方向為智能電器和脈沖功率技術。

E-mail： zhaoyan1989@mail.dlut.edu.cn

廖敏夫 男，1975年生，教授，博士生導師，研究方向為高電壓絕緣技術和脈沖功率技術。

E-mail： 409254760@qq.com（通信作者）

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.151667

國家自然科學基金資助項目（51337001、51277020和51477024）。

2015-10-12 改稿日期 2016-01-11