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高壓繼電器在各種場合的應用

一、前言

緩沖回路通常用來保護低壓電路里的繼電器觸頭的，在高壓電路里對繼電器觸頭的保護就困難多了。

切斷低壓回路相當簡單。然而，當回路電壓升高，切斷電路就并不那么容易了。常規的開關和繼電器由于會產生電弧，所以幾乎不可能切斷一個千伏級的電路。因為電壓很高，觸頭之間的空氣被電離而擊穿導電。因此，即使觸頭是分離的，電離的氣體也會使得回路導通。

解決電弧方法之一就是把觸頭區域的電離空氣除掉。這也就意味著高壓開關工作在真空狀態會有很好的效果。舉例來說，10-6毫米汞柱的真空下，觸點氣隙每毫米的絕緣強度高達2000伏。

真空絕緣為高壓觸點提供了穩定的切換環境，減少了氧化和腐蝕性，當真空管中出現電弧時，沒有因空氣或絕緣氣體被分離而產生腐蝕性的副產品，而且在切斷觸點時會產生“吸除”作用。因為真空是不純凈的，它還存在一些雜質。在產生電弧的短時間內，一些雜質就從真空中分離出來，附著在真空管表面，從而提高了真空的純凈度。

電極之間在*真空時會發生擊穿現象。產生電弧的電子來源于觸點本身的材料。產生電弧的溫度點取決于觸點材料的功函數。考慮到功函數的問題，觸點材料經常使用鎢和鉬。

功函數是指一定的觸點氣隙之間所能承受的zui大絕緣靜電場。注意在熱環境的切換中，當接觸氣隙縮小至零的過程中，電弧就會被拉出，靜電場強度增加。因此，當觸點逐步的閉合時，某些點的靜電場會非常的高，足以擊穿余隙。

真空中的電弧，除非強度非常大，一般都會自動熄滅。之所以能夠熄滅，是因為電弧本身是蒸發的金屬高壓區，但它周圍確是極度低壓區。因為高低壓之間沒有物理上的分界線，壓強會趨于相等，電弧的強度就會減弱，zui終迅速熄滅。盡管時間很短，電弧也會引起觸頭的腐蝕。然而，這通常不會影響到觸點電阻，因為所轉移的是純金屬。

二、惰性氣體電介質

并非所有的高壓繼電器都是真空型的。惰性氣體電介質也用于高壓元件和系統中。通過改變氣體混合的比例和（或者）氣壓就可控制受壓外殼中的擊穿電壓，因而使用靈活。氣體加壓滅弧是它的另一個優點，因為通常在幾微秒的時間內就可以完成滅弧。 充氣式繼電器用于高壓功率開關，其功能是關閉常開觸點。原因之一是氣體混合物和氣壓可以事先設定，在關閉觸點之前電弧放電。此外，如果電路電壓高于3500伏，即使由于觸點抖動使得電路切斷，電弧是仍然穩定，足以維持電流。這有助于延長充氣繼電器的使用壽命，有關這一點可在電容性放電電路里得到印證。

當切斷電路時電離作用是有害的。實際上，它延長了電弧并增強了觸點的腐蝕。試驗表明：真空繼電器更適用于功率切斷，因為它能抑制電弧（滅弧）。滅弧減小了腐蝕并延長了觸點壽命。

傳統繼電器的接觸電阻是隨使用次數而變化的，但真空繼電器的接觸電阻是恒定的且阻值低，在整個使用壽命期間其典型值為0.015歐姆。這是因為使用標準的清潔部件，無氧化或污染，在觸點部位使用純金屬。由于觸點是密封在真空管內的，在易爆或腐蝕性的環境中可實現安全通斷操作。

充氣式繼電器的接觸電阻一般也很低，但要比真空繼電器的電阻要高，穩定性也差。隨著測試方法的不同接觸阻值也不同。在大容量和大電流的測試電路里測得的阻值較低。觸頭鍍金會提高充氣式繼電器的穩定性、降低接觸電阻。

三、射頻應用場合

好的絕緣質量和低且穩定的接觸電阻是在射頻轉換中應用高壓真空繼電器的兩個重要因素，然而任何繼電器在射頻應用中都必須注意電流和電壓的限制。由于“集膚效應”的影響，也就是說隨著頻率的增加，電流將由導體的中心向表面移動，即隨著頻率的增加，傳導的導體表面的有效厚度卻在減小，這樣會使更多的電流通過更小的截面。因而會導致導體的局部表面受熱升溫。高溫會影響繼電器的密封性。

當繼電器用作絕緣體時，將會在繼電器的常開觸點兩端和（或）是在觸點與地端之間存在射頻電壓。在所有的實際應用中，繼電器存在一個高電壓電容，其范圍是在1PF到2PF之間。流經該電容的漏電流致使絕緣體的損耗部分發熱，進而限制了加在其上的射頻電壓。

電流和電壓的限制使得在射頻應用有必要降低電流和電壓的指標，同時其工作頻率也要限制在32 MHz以下。在選用某一個繼電器時，這些限制因素是必須要考慮的。

四、電力開關應用

術語“電力開關”和“熱開關”指的是利用繼電器來斷開電源或是接通電源。當繼電器當作電力開關使用時，在觸點開始閉合瞬間以及之后的觸點抖動中都產生電弧。電弧會使觸點腐蝕，若不采取一定的預防措施，可能會導致觸點熔結，輕則也會引起相當嚴重的觸點損傷。因此，電弧的持續時間以及電流電壓的等級都是決定繼電器壽命和可靠性的決定因素。

高電壓電力開關繼電器觸點通常是由鎢或鉬制成，因為這些金屬硬度大且熔點高，可以耐受電弧高溫作用。一些毫安級的高壓繼電器使用銅制觸點，它們通常只作為“中繼”來用。

在選擇合適的繼電器時，電路負載的類型是一個很重要的因素，電路通常分為電容性、電感性和電阻性負載。