沿面击穿型触发真空开关的触发试验研究-中国电机工程学会.PDF

中国电机工程学会高压专委会2007 年学术年会论文集 沿面击穿型触发真空开关的触发实验研究 赵纯 董曼玲 王蕾 何俊佳 华中科技大学 摘要 触发真空开关 （TVS）是脉冲功率技术中一种重要的闭合开关，可广泛应用于高电压大电流快速关合领 域。本文对一种沿面击穿型的 TVS 进行研究，通过进行空载和通流两种触发实验，对比分析触发极电阻和触 发电压两个参数的变化规律。实验结果的统计分析表明，沿面击穿型 TVS 工作过程中主间隙电弧的作用远大 于触发电流的作用，且在通流实验次数不多时有使触发极电阻增大、触发电压减小的趋势。该研究为 TVS 在 脉冲功率系统多级放电中的应用提供参考和设计依据。 关键词 触发真空开关；沿面击穿；触发极电阻；触发电压 [11] 形式 。本文即以一种沿面击穿型的TVS 为 1 引言 研究对象，主要从考察触发极电阻和触发电 压两个参数对其触发性能进行实验研究，为 TVS 是脉冲功率技术中一种重要的开关 TVS 作为脉冲功率系统中多级放电开关的应 器件，它结合真空开关技术和三电极火花间 用提供参考和设计依据。 隙技术，利用真空作为主电极间的绝缘介质 和灭弧介质，并采用特殊设计的触发极来控 2 实验回路 制开关进行快速关合。由于体积小、通流能 力强、电极烧蚀程度低、电磁干扰小等诸多 实验所研究TVS 样品的电极结构示意如 优点，使其在高电压大电流快速关合领域有 图 1 所示，阳极和阴极都是圆盘形状，在阴 着越来越广泛的应用前景，例如可用于电工 极中央开有孔洞，触发极从中引出。在触发 新技术中的电磁发射，可用于高重复频率的 极和阴极之间是起隔离和支撑作用的绝缘瓷 脉冲电源，可用于高压断路器试验的合成回 环，该绝缘瓷环朝向间隙的表面上涂覆有一 路，也可用于电力系统的故障限流器等诸多 个很薄的半导体层，这个涂层正是沿面击穿 [1-5] 领域 。 类型的形成所在。 TVS 的研究始于二十世纪六十年代，当 时美国通用电气公司的Lafferty 等人对 TVS [6] 阳极 做了大量的研究 。后来世界各国研究人员 从多方面做了广泛的探索，如在电极结构形 半导体涂层 式上有研究使用带槽的杯状电极，可以产生 [7] 阴极 纵向磁场来增强电弧的控制 ，还有使用棒 状阵列做电极和使用旋转火花间隙的研究 绝缘瓷环 [8,9] 。在触发形式上有研究用激光作触发信号 触发极 的TVS，只需很小的激光能量即可实现稳定 图1 沿面型TVS 的电极结构示意图 [10] 的触发，而且寿命很长 ，还有研究采用涂 覆了半导体层的介质材料作绝缘支隔的 图2 所示的是用于测试TVS 的主回路。 TVS ，该方式减小介质材料的表面电阻，使