高压继电器*概 述

　　高压继电器，用于交直流操作的各种保护和自动控制装置中以增加触点的数量及容量。部分型号增加一副带机械保持的动合信号触点并带有动作信号指示器。高压继电器均采用空气绝缘式绝缘负载、**泄量与**接地，符合OSHA及其它**标准，且在高压、大电流等苛刻条件下仍具有常规继电器所无法比拟的可靠性及使用寿命长等特点，被广泛应用于不同领域，包括医疗仪器(心脏起搏器、肾结石排除装置、核磁共振成像)、航空和**设备(高频天线耦合装置、多路模式雷达、激光测距仪、空间和卫星应用、闪电保护)、商业应用(电动车辆和快速运输、海底电缆分叉系统、科学和检测设备、深井油田应用、电池备份和不间断电源系统)。

　　高压继电器*结 构

　　典型的高压继电器包含四个基本部分：

　　密封的灭弧室，接触点位于灭弧室内部，达到耐高压的目的;

　　带动动触点运动的衔铁机构;

　　提供动力的线圈部分;

　　便于使用方安装与连接的附加部分。

　　高压继电器*工作原理

　　当继电器线圈施加激励量等于或大于其动作值时衔铁被吸向导磁体同时衔铁压动触点弹片使触点接通、断开或切换被控制的电路。当继电器的线圈被断电或激励量降低到小于其返回值时衔铁和接触片返回到原来位置。

　　高压继电器*介 质

　　高压直流继电器主要采用两种不同的介质，一种是真空介质，另一种是高压气体介质。

　　真空介质的特点：

　　由于在真空中只有非常少的气体分子，这使得真空中不容易产生电弧，在理想的状态下，真空有可能达到每0.1毫米10000V的介电强度。另外，由于没有空气的存在，真空中触点不会氧化，因此真空型继电器的接触电阻较小而且较稳定。特别适合应用于射频场合。

　　高压气体介质的特点：

　　纯净的高压气体介质能使继电器保持良好的耐压并保护触点不被氧化，它在继电器进行热开关时可以避免触点高温烧损。这种继电器用于ESD测试设备、电缆测试设备和心脏起搏器，是理想的电容器快速充电或放电的开关元件。在对电流波动很敏感的应用中，充气继电器具有低而稳定的泄漏电流，特别是在断开触点间，可以长时间保持很低的泄漏电流

　　高压继电器*技术指标

　　1继电器的型号、触点形式、绕组类型及额定数据见表

　　2动作值：继电器动作电压为额定电压的30%-70%。DZJ—200、200X的动作电压不大于额定电压值的80%。DZK—200、200X的动作电压为额定电压值的50%-70%。

　　3保持值：保持电压不大于额定保持电压的70%。保持电流不大于额定保持电流的80%。

　　4返回值：返回值不小于额定值的5%。DZB—200、200X及DZS—200、200X不小于额定值的3%。

　　5动作时间：返回时间。

　　6功率消耗：继电器在额定值时功率消耗见表9。

　　7介质强度 继电器各导电电路连在一起与外露的非带电金属部分及外壳之间以及线圈电路与触点电路之间应能承受2kV，有效值、50Hz的交流试验电压历时1min的试验，而无绝缘击穿或闪络现象。

　　8热性能： 当环境温度为40℃时，电压绕组长期耐受110%额定电压，温升不大于65℃。电流绕组能耐受3倍额定电流，历时5s。

　　9触点断开容量： 在直流有感τ=5ms回路U≤250V，I≤1A

　　继电器主触点的断开容量为50W

　　在交流cosφ=0.4回路U≤250V，I≤3A为 250VA。

　　10触点的接通能力

　　a继电器主触点长期允许通过电流为5A。

　　b继电器信号触点长期允许通过电流3A。

　　11继电器的电寿命及机械寿命见表10。

　　12重量约为1.5kg。

　　高压继电器*特 点

　　膜片结构设计，及其节省空间非常适用于组合继电器;

　　专为射频设计，体积小， 功率大;

　　耐磨钨触点，适用于频繁操作场合;

　　断开负载时，真空介质能有效灭弧;

　　可以在任何位置安装使用;

　　符合或超过 MIL-R-83725 标准;

　　高压继电器*应用案例

　　一、惰性气体电介质

　　并非所有的高压继电器都是真空型的。惰性气体电介质也用于高压元件和系统中。通过改变气体混合的比例和(或者)气压就可控制受压外壳中的击穿电压，因而使用灵活。气体加压灭弧是它的另一个优点，因为通常在几微秒的时间内就可以完成灭弧。充气式继电器用于高压功率开关，其功能是关闭常开触点。原因之一是气体混合物和气压可以事先设定，在关闭触点之前电弧放电。此外，如果电路电压高于3500伏，即使由于触点抖动使得电路切断，电弧是仍然稳定，足以维持电流。这有助于延长充气继电器的使用寿命，有关这一点可在电容性放电电路里得到印证。

　　当切断电路时电离作用是有害的。实际上，它延长了电弧并增强了触点的腐蚀。试验表明：真空继电器更适用于功率切断，因为它能抑制电弧(灭弧)。灭弧减小了腐蚀并延长了触点寿命。

　　传统继电器的接触电阻是随使用次数而变化的，但真空继电器的接触电阻是恒定的且阻值低，在整个使用寿命期间其典型值为0.015欧姆。这是因为使用标准的清洁部件，无氧化或污染，在触点部位使用纯金属。由于触点是密封在真空管内的，在易爆或腐蚀性的环境中可实现**通断操作。

　　充气式继电器的接触电阻一般也很低，但要比真空继电器的电阻要高，稳定性也差。随着测试方法的不同接触阻值也不同。在大容量和大电流的测试电路里测得的阻值较低。触头镀金会提高充气式继电器的稳定性、降低接触电阻。

　　二、射频应用场合

　　好的绝缘质量和低且稳定的接触电阻是在射频转换中应用高压真空继电器的两个重要因素，然而任何继电器在射频应用中都必须注意电流和电压的限制。由于“集肤效应”的影响，也就是说随着频率的增加，电流将由导体的中心向表面移动，即随着频率的增加，传导的导体表面的有效厚度却在减小，这样会使更多的电流通过更小的截面。因而会导致导体的局部表面受热升温。高温会影响继电器的密封性。

　　当继电器用作绝缘体时，将会在继电器的常开触点两端和(或)是在触点与地端之间存在射频电压。在所有的实际应用中，继电器存在一个高电压电容，其范围是在1PF到2PF之间。流经该电容的漏电流致使绝缘体的损耗部分发热，进而限制了加在其上的射频电压。

　　电流和电压的限制使得在射频应用有必要降低电流和电压的指标，同时其工作频率也要限制在32 MHz以下。在选用某一个专用继电器时，这些限制因素是必须要考虑的。

　　三、电力开关应用

　　术语“电力开关”和“热开关”指的是利用继电器来断开电源或是接通电源。当继电器当作电力开关使用时，在触点开始闭合瞬间以及之后的触点抖动中都产生电弧。电弧会使触点腐蚀，若不采取一定的预防措施，可能会导致触点熔结，轻则也会引起相当严重的触点损伤。因此，电弧的持续时间以及电流电压的等级都是决定继电器寿命和可靠性的决定因素。

　　高电压电力开关继电器触点通常是由钨或钼制成，因为这些金属硬度大且熔点高，可以耐受电弧高温作用。一些毫安级的高压继电器使用铜制触点，它们通常只作为“中继”来用。

　　在选择合适的继电器时，电路负载的类型是一个很重要的因素，电路通常分为电容性、电感性和电阻性负载。

　　电阻性负载——对于直流电阻性负载而言，当开关断开时，会在触点分开的瞬间产生电弧，并且将持续到触点彻底分开为止。在一定电压和电流下，电弧的持续时间取决于触点断开的速度，同样也与触点的冷却速度和通过自感及分布电容的消电离作用有关。在相同电压下，交流负载比直流负载更容易断开，因为交流在每半个周期会自行断开一次，极性转换会防止金属一直朝同一个方向转移;而对于直流负载而言，则会较早导致触点故障。

　　电感性负载 – 直流电感性负载的断开比电阻性负载更不容易。因为在电感中存储的能量(1/2 LI2)能感应出阻止电流变化的电动势((-L [di/dt]))，直到电感中所存储的能量耗尽才消失。如果不采用专用快速断路触点或其他方式来切断电感性负载的话，电弧的持续时间将直接取决于负载的时间常数(L/R)。然而，交流感性负载并不会出现这种问题，因为每半周期结束时会发生极性翻转迫使电流过零。同时，电流与电压存在相位差，并且供电电压在电流后半周期反相于自感电动势。

　　电容性负载 – 直流电路中为电容充放电而闭合触点将会产生大浪涌电流。对于触点的影响取决于初始峰值电流幅值及电路的时间常数。类似情况在交流电路中是不常见的。要得到*佳效果，继电器应置于负载的接地端;否则，在触点与壳体间会出现大电流电弧，旁路负载。电源是对浪涌电流的**限制。

　　在实际应用中，通常这三种成分都会存在，但是具有大电容或大电感负载的电路由于其储能作用，所以更难实现电路通断。比这种情况更糟的是，某些电路存在大浪涌电流。在大浪涌电流的情况下，触点试图在触点抖动期间断开极高的电流，结果会出现强电弧致使触点金属熔化，*终导致触点的熔结。正弦交流电会使得这种情况变得更糟，因为对于相同交流负载电压电流峰值分别比同等直流情形高41%。