具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，为本发明公开的一种气体触发间隙开关的自旋弧控制电极1，包括第一电极组件10以及第二电极组件20；第一电极组件10与第二电极组件20相对设置，以图1所示方位为例，第一电极组件10位于第二电极组件20的正上方，第一电极组件10的底端与第二电极组件20的顶端间隔预设距离；该预设距离也称为触发间隙断口。

具体的，第二电极组件20内设置有等离子体喷射装置，等离子体喷射装置在高压脉冲的作用下释放大量的等离子体，大量的等离子体引发触发间隙断口导通。

其中，第一电极组件10上设置有第一平面区1011和第一电弧旋弧区1012，第一电弧旋弧区1012围设在第一平面区1011的外侧；第二电极组件20上设置有第二平面区2011和第二电弧旋弧区2012，第二电弧旋弧区2012围设在第二平面区2011的外侧；第一平面区1011与第二平面区2011对应设置、且配合使用，第一电弧旋弧区1012与第二电弧旋弧区2012对应设置、且配合使用；通过设置第一电弧旋弧区1012和第二电弧旋弧区2012，提高了第一电极组件10和第二电极组件20的抗电弧烧灼能力，避免第一电极组件10和第二电极组件20出现局部高温烧损，保证大电流燃弧中第一电极组件10和第二电极组件20形态不变。

继续参照图1至图3，本实施例中，第一电极组件10包括第一电极101以及第一连接件102，第一连接件102的一端与第一电极101连接，第一平面区1011和第一电弧旋弧区1012均设置在第一电极101上；第一连接件102朝向第一电极101的一端位于第一平面区1011内；通过在第一电极101上设置第一电弧旋弧区1012，由此，提高了第一电极101的抗电弧烧灼能力。

进一步地，第一电极101呈圆盘状；通过在第一电极101上设置第一平面区1011和第一电弧旋弧区1012，在第一平面区1011起弧后，在第一电极101径向电流产生的磁场作用下，轴向电弧受径向安培力的作用，轴向电弧迅速运动至第一电极101边缘沿第一电极101旋转；由此，减小了电弧对第一电极101的烧蚀，提高气体触发间隙开关的通流及快速绝缘恢复性能，延长第一电极101使用寿命。

具体的，参照图3，第一平面区1011设置在第一电极101的中心区域，也就是说，第一平面区1011是以第一电极101的几何中心为圆心的圆形区域，第一电弧旋弧区1012围设在第一平面区1011的外侧。

在其他一些实施例中，第一平面区1011也可以是以第一电极101的几何中心为中点的正方形或者椭圆形。

进一步地，本实施例中，第一电弧旋弧区1012相对于第一平面区1011倾斜设置，也就是说，以图1所示方位为例，第一电弧旋弧区1012由第一平面区1011的边缘向下倾斜延伸至第一电极101的边缘；由此，增强了电弧旋转速度，同时增强了第一电极101的机械强度，避免了大通流烧蚀引起的电极变形。

具体的，第一电极101的边缘处的厚度相对于第一电极101的内部的厚度小，也就是说，第一电极101的边缘处相对于第一电极101内部较薄，由此，使得电弧弧径细，弧阻小，有利于电弧旋转。

示例性的，第一电极组件10可呈T字型，当然，第一电极组件10也可呈工字型。在第一电极组件10呈T字型的可实现方式中，第一连接件102呈杆状，第一电极101呈圆盘状，第一连接件102的中轴线与第一电极101垂直。

为提高第一电极101的抗烧灼能力，第一电极101可采用CuW合金，当然，第一电极101也可采用其他材质，只要能有抗灼烧能力即可。

为提高第一连接件102的导电率，第一连接件102可采用CuCr合金，当然，第一连接件102也可采用其他具有导电性能的采用。

示例性的，第一电极101与第一连接件102可采用焊接的连接方式，当然，第一电极101与第一连接件102也可采用卡接的连接方式，第一电极101与第一连接件102还可采用螺栓连接的连接方式。

继续参照图1、图2和图4，本实施例中，第二电极组件20包括第二电极201以及第二连接件202，第二连接件202的一端与第二电极201连接，第二平面区2011和第二电弧旋弧区2012均设置在第二电极201上；第二连接件202朝向第二电极201的一端位于第二平面区2011内；通过在第二电极201上设置第二电弧旋弧区2012，由此，提高了第一电极101的抗电弧烧灼能力。

进一步地，第二电极201呈圆盘状，通过在第二电极201上设置第二平面区2011和第二电弧旋弧区2012，在第二平面区2011起弧后，在第二电极201径向电流产生的磁场作用下，轴向电弧受径向安培力的作用，轴向电弧迅速运动至第二电极201边缘沿第二电极201旋转；由此，减小了电弧对第二电极201的烧蚀，提高气体触发间隙开关的通流及快速绝缘恢复性能，延长第二电极201使用寿命。

进一步地，本实施例中，第二电弧旋弧区2012相对于第二平面区2011倾斜设置，也就是说，以图1所示方位为例，第二电弧旋弧区2012由第二平面区2011的边缘向下倾斜延伸至第二电极201的边缘；由此，增强了电弧旋转速度，同时增强了第二电极201的机械强度，避免了大通流烧蚀引起的电极变形。

其中，第二电极201的结构与材质与第一电极101的结构与材质大体一致，在此对第二电极201的结构及材质不与赘述。

示例性的，第二电极组件20可呈工字型，当然，第二电极组件20也可呈T字型。

在第二电极组件20呈工字型的可实现方式中，第二电极201呈圆盘状，第二连接件202呈T字型，第二连接件202包括连接杆2021以及连接板2022，在使用过程中，连接杆2021的一端与连接板2022连接，连接杆2021背离连接板2022的一端与第二电极201连接，连接杆2021的中轴线与连接板2022垂直，连接板2022与第二电极201平行。其中，第二电极201的底端与连接板2022的顶端之间的间距大于60mm，由此，电弧在第二电弧旋弧区2012旋转时，避免灼烧到连接板2022。

进一步地，本实施例中，第二连接件202上开设有长通孔2023，第二平面区2011开设有喷射孔2014，喷射孔2014与长通孔2023连通；长通孔2023用于容置等离子体喷射装置；通过开设长通孔2023，由此，便于等离子体喷射装置安装在第二电极组件20上，使得第二电极组件20与等离子体喷射装置安装成一个小总成。

等离子体喷射装置在高压脉冲的作用下释放大量的等离子体，大量的等离子体通过喷射孔2014喷出引发触发间隙断口导通。

具体的，喷射孔2014的中轴线与第二电极201的中轴线平行，在一些可实现的方式中，喷射孔2014的中轴线与第二电极201的中轴线共线设置。

在第二电极组件20呈工字型的可实现方式中，连接杆2021上开设有沿着连接杆2021的中轴线方向延伸的通道，连接板2022上开设有通孔，通道与通孔对应设置，通道与通孔连通，且通道与通孔共同构成长通孔2023，等离子体喷射装置设置在长通孔2023内，等离子体喷射装置与第二连接件202可拆卸连接，由此，便于对等离子体喷射装置进行维护。

在第一电极组件10呈T字型的可实现方式中，第一电极组件10的顶端开设沿着第一连接件102的中轴线方向延伸的检测孔103，检测孔103贯穿第一电极组件10。检测孔103的中轴线与第一电极101的中轴线平行，在一些可实现的方式中，检测孔103的中轴线与第一电极101的中轴线重合设置。其中，检测孔103为阶梯孔。

在使用过程中，检测孔103与喷射孔2014对应设置，检测孔103用于检验第一电极组件10安装后是否激光对中。

进一步地，本实施例中，第一电极101与第二电极201的直径范围均大于100mm；由此，便于将等离子体喷射装置安装在第二电极组件20内。

继续参照图1至图4，本实施例中，第一电弧旋弧区1012上开设有多个第一旋弧槽1013，多个第一旋弧槽1013绕着第一电极101的周向间隔设置；第二电弧旋弧区2012上开设有多个第二旋弧槽2013，多个第二旋弧槽2013绕着第二电极201的周向间隔设置；通过设置第一旋弧槽1013和第二旋弧槽2013，电弧沿着第一旋弧槽1013/第二旋弧槽2013迅速向外运动至第一电极101/第二电极201的边缘，而后绕第一电极101/第二电极201做圆周运动，直至电弧熄灭，避免了第一电极101/第二电极201局部被高温大电流电弧烧蚀，大大提高了第一电极101和第二电极201的抗烧蚀能力。

进一步地，本实施例中，第一旋弧槽1013和第二旋弧槽2013均呈圆弧状，第一旋弧槽1013和第二旋弧槽2013的弯曲方向相反，也就是说，第一旋弧槽1013与第二旋弧槽2013的旋向相反；通过第一旋弧槽1013和第二旋弧槽2013的弯曲方向相反，在使用过程中，第一旋弧槽1013和第二旋弧槽2013的弯曲方向一致，进而使得电弧沿着同一方向旋转运动。

示例性的，第一电弧旋弧区1012开设6-8个第一旋弧槽1013，当然，第一电弧旋弧区1012也可开设10个第一旋弧槽1013。在第一电弧旋弧区1012开设6-8个第一旋弧槽1013的可实现方式中，第一旋弧槽1013沿着第一电极101的中轴线方向延伸、且贯通第一电极101，第一旋弧槽1013由第一平面区1011的边缘，以不规则弧形延伸至第一电极101边缘，形成开放式第一电弧旋弧区1012，由此，便于电弧绕第一电极101旋转，其中，第一旋弧槽1013的宽度范围为1-2mm。

其中，除了第二旋弧槽2013的旋向与第一旋弧槽1013的旋向相反，第二电弧旋弧区2012的结构与第一电弧旋弧区1012的结构大体一致，在此对第二电弧旋弧区2012的结构不予赘述。

本实施例提供的自旋弧控制电极1的工作原理为：等离子体喷射装置产生的等离子体从喷射孔2014喷出，能够在1ms内在第一电极101和第二电极201之间产生高密度的等离子体导通气体触发间隙开关。

继续参照图5，另一实施例提供一种设计方法，对上述的自旋弧控制电极1的设计，包括如下步骤：

S101、确定第一电极101与第二电极201的直径。

具体的，第一电极101与第二电极201的直径均大于100mm，同时，设计出第一旋弧槽1013和第二旋弧槽2013的曲线弧度。

进一步地，本实施例中，第一电极101与第二电极201的电极板厚度范围均为6mm-10mm。

根据气体触发间隙绝缘需求及通流电动力，得出第一电极101与第二电极201的电极平板厚度范围均为6-10mm。

S102、在第一电弧旋弧区1012开设多个第一旋弧槽1013，在第二电弧旋弧区2012开设多个第二旋弧槽2013。

第一电极101的结构与第二电极201的结构在上述实施例中已经说明，在此不予重复赘述。

其中，根据绝缘性的需求，第一电极101与第二电极201的边缘均为光滑圆角。

S103、利用电场计算方法分析计算电场分布，确保第一电极101与第二电极201间电场强度符合预期电场值。

利用电场计算方法分析计算电场分布，对比不同边缘时第一电极101与第二电极201间的电场强度，确保第一电极101与第二电极201间电场强度符合预期电场值，如不符合，重复步骤S101、S102、S103，直到电场强度符合预期电场值为止。

示例性的，基于电场校核方法对白鹤滩-江苏±800kV混合直流输电工程用DC80kV气体触发间隙开关的自旋弧控制电极1的设计步骤为：

确定出DC 80kV气体触发间隙开关的第一电极101和第二电极201的直径均为120mm。

估计出DC 80kV气体触发间隙开关的第一电极101和第二电极201的电极板厚度均为7mm。

设计出第一电极101和第二电极201的边缘处的上表面圆角R3，下表面圆角R2。

对DC 80kV气体触发间隙开关的第一电极101和第二电极201，利用电场计算方法分析计算电场分布，施加雷电冲击电压为250kV，第一电极101和第二电极201附近最大场强出现在第一电极101和第二电极201的光滑圆角处，为19.8kV/mm，符合白鹤滩-江苏±800kV混合直流工程绝缘需求。

自旋弧控制电极1通流试验结果为：基于上述实际设计的自旋弧控制电极1的结构，观察通以直流30kA/30ms/50次大通流试验后电极形貌，第一电极101和第二电极201无明显开裂，翘起，电弧旋转过程未烧至连接板2022及周围连接件，满足特高压工程需求。

本实施例提供的自旋弧控制电极1的设计方法，自旋弧控制电极1包括第一电极组件10以及第二电极组件20；第一电极组件10与第二电极组件20相对设置，第一电极组件10的底端与第二电极组件20的顶端间隔预设距离；第一电极组件10上设置有第一平面区1011和第一电弧旋弧区1012，第一电弧旋弧区1012围设在第一平面区1011的外侧；第二电极组件20上设置有第二平面区2011和第二电弧旋弧区2012，第二电弧旋弧区2012围设在第二平面区2011的外侧；第一平面区1011与第二平面区2011对应设置、且配合使用，第一电弧旋弧区1012与第二电弧旋弧区2012对应设置、且配合使用；自旋弧控制电极1的设计方法的流程为：确定电极直径-开设旋弧槽-分析电场强度；如此设置，一方面，有效控制气体触发间隙开关通流过程中的电弧旋转，减少电极局部烧蚀，提高了气体间隙开关的绝缘性能和电极大通流的抗烧蚀性；另一方面，便于等离子体喷射装置安装。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。