真空觸發開關(TVS)的基本結構
真空開關是電力系統中的新型開關電器,其特點是利用真空作為主觸頭間的絕緣和滅弧介質,真空極為優異的絕緣強度和息弧能力給真空開關帶來了很多優勢。真空觸發開關( triggered vacuum switch ,TVS) ,作為真空開關的一個分支,是在真空間隙和觸發火花隙技術的基礎上發展起來的。它具有結構緊湊、介質恢復迅速、操作無噪聲、工作可靠性高、環境適應性強等優點,因而在大功率脈沖技術方面得到了廣泛應用 。
TVS 的研究始于上世紀六十年代,美國通用電氣公司的J . M. Lafferty 等,對TVS ,特別是涂敷氫化物作觸發材料的TVS 做了大量的研究。七十年代,關于絕緣介質和半導體涂層作為觸發材料的TVS ,印度一些學者做了大量的試驗。后來,TVS在大功率脈沖技術、高電壓大電流快速關合以及電磁發射等領域中的應用,進一步促進了TVS 的發展。TVS 的最高工作電壓可達100kV ,最大工作電流可達200kA ,最高重復頻率在1kHz 以上,最長使用壽命達108 次。
TVS 的開通過程本質上是電弧燃燒的過程,而起弧的不穩定性直接影響TVS 的成功開通,阻礙了TVS 的進一步推廣和使用。本文利用數字存儲和高速攝影技術,記錄了TVS 起弧過程中的電氣特性和圖像特性,對TVS 應用中的關鍵問題———起弧的穩定性做了相關的分析。
TVS 的基本結構如圖1 所示,它主要包括一個絕緣外殼(陶瓷或玻璃材料) 、一個金屬屏蔽罩、一對相距為d 的主電極和一個觸發極,管內真空度一般維持在1.33 ×10-4 Pa 左右。絕緣外殼保證內部空度,同時起絕緣和支撐作用;金屬屏蔽罩可以調整TVS 內部的電場分布,并且防止燃弧時金屬蒸氣沉積在絕緣殼體的內表面,導致殼體內表面的絕緣強度降低;主電極傳導大電流,其結構設計對TVS 的性能有重要的影響;觸發極連接外來觸發源,產生初始等離子體。觸發極和主電極之間沒有任何填充劑,TVS 樣品視為場擊穿型。
圖1 TVS的基本結構
表1 TVS 樣品的結構參數
TVS 的工作過程通常包括兩個階段,即觸發階段和主間隙導通階段。觸發階段為主間隙提供初始等離子體。作為場擊穿型TVS ,初始等離子體由觸發針的尖端放電產生,經擴散進入主間隙。在主間隙電場的作用下,帶電粒子逐步發展,最后建立起金屬蒸氣電弧,主間隙完全導通。當主間隙放電電流過零時,開關截流斷開。
相關文章閱讀：
