高压继电器

高压直流继电器具有处理高功率的能力，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）、航空和军用设备（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。

一、高压直流继电器的研发状况

当前世界上处于高压直流继电器/接触器研发前沿的公司主要是国外的一些公司，以美国的GIGA V AC和Tyco Electronics公司为首。其他继电器生产厂家的产品主要在直流1000V以下。上述两个厂家可将直流继电器/接触器的最高工作电压和最大承载电流做得很高。根据产品手册，GIGA V AC公司的G71、GL71系列、TYCO电子的K60C系列等产品的最高工作电压达到70kV。大电流的代表有GIGA V AC公司的G50、G20等，最大承载电流可以达到110A，而G52的最大承载电流更是达到了150A。Tyco Electronics公司的同类产品也可以达到相同的指标。

图1 GIGA V AC公司的G52

以GIGA V AC公司的产品G52为例，这是GIGA V AC公司新研发的单刀双掷真空继电器，其最高工作电压可达25kV，最大承载电流可达150A，适合用于硅晶片的制作、测试设备、机场照明、医疗及海底电缆等场合。在一个频率为13.6MHz的系统中，G52承载电流可达75A，是其他继电器的4倍。

而其他厂家生产的高压直流继电器中，常见的工作电压都在1000V以下。例如LEACH International 公司的产品中，工作电压最高的高压直流接触器A270-100的最高工作电压为270V，最大承载电流为100A。结构紧凑，质量小且耐用，采用高性能密封陶瓷（EPIC，Extended Performance Impervious Ceramic）技术，内部填充氢气，适合承载并通断较大电流。

图2 LEACH公司的A270-100

目前在国内，自主研发并生产高压直流继电器的厂家比较少，具有代表性的是昆山国力真空电器公司。主要生产应用于高压领域的继电器，电压等级一般在峰值1500V以上，采用真空介质或高压气体介质灭弧。国力是国际著名继电器生产商GIGA V AC公司在中国的唯一代理，负责销售GIGA V AC公司的各种高压继电器。例如G50系列，其最大工作电压为25kV,最大载流为110A（仅直流）。与前述的G50系列对应，国力的同类产品GL50，最大工作电压为25kV,最大载

流为110A（仅直流），该产品可作负载开关用，采用真空介质，接触电阻低，产品手册给出的各项技术指标与G50相同，只是最大试验电压为28kV,低于G50的30kV。其余未给出的技术指标譬如电寿命曲线等均不可考。

据报道，2009年中国航天科技集团公司所属北京航天微机电技术研究所承制的火箭股份创新基金项目——270伏高压直流继电器研制取得突破性进展。样机的各项性能指标均达到国际先进水平，尤其是高温寿命大大优于国外同类产品。这标志着我国初步具备了高压直流供电的配套能力。

但是国内对更高电压等级的高压直流继电器的研发仍然比较欠缺，国外相关产品只是给出其技术指标，并不提供细节，相关文献资料很缺乏。

二、高压直流继电器的典型结构

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。

目前，常见的高压直流继电器典型的结构有三种：

(1)悬臂式继电器的典型结构：

图3 (2)膜片式继电器的典型结构：

图4 (3)螺线管式继电器的典型结构：

图5

三、触头材料及填充气氛类型的影响

由上表可以看出，氢气是接通/断开高压直流电的最好气体。

附图：EV200的电寿命曲线。