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高壓大電流電路的配電所麵臨的挑戰

發布時間：2020-06-30 責任編輯：lina

【導讀】天線、雷達、測距儀、衛星、車輛、艦船、其他航空和國防應用，以及270 VDC飛機電源係統裏麵都有高壓/大da電dian流liu電dian路lu，這zhe給gei電dian源yuan管guan理li帶dai來lai了le獨du特te的de挑tiao戰zhan。因yin此ci，如ru何he設she計ji出chu能neng夠gou在zai較jiao小xiao的de空kong間jian內nei更geng有you效xiao地di處chu理li高gao功gong率lv的de解jie決jue方fang案an可ke謂wei至zhi關guan重zhong要yao。電dian動dong汽qi車che、充電站、電池係統以及太陽能和風能應用的配電也是這種情況。

天線、雷達、測距儀、衛星、車輛、艦船、其他航空和國防應用，以及270 VDC飛機電源係統裏麵都有高壓/大da電dian流liu電dian路lu，這zhe給gei電dian源yuan管guan理li帶dai來lai了le獨du特te的de挑tiao戰zhan。因yin此ci，如ru何he設she計ji出chu能neng夠gou在zai較jiao小xiao的de空kong間jian內nei更geng有you效xiao地di處chu理li高gao功gong率lv的de解jie決jue方fang案an可ke謂wei至zhi關guan重zhong要yao。電dian動dong汽qi車che、充電站、電池係統以及太陽能和風能應用的配電也是這種情況。

本文說明了高級繼電器和接觸器如何應對嚴苛的配電需求，因此可以簡化設計人員的工作；此外，本文還介紹了一種工具，方便對各種接觸器和繼電器功能做出選擇。

配電技術有著各種各樣的類型。許多露天開關設計隻能承受幾百伏的電壓。但是，小型、輕巧、密封的設備若采用具有良好介電性能的氣體或真空，則其開關電壓可以高達70千伏（kV）。

就接觸器而言，觸點尺寸和壓力增加，再加上采用特殊合金材料，那麼可以實現高達1000安的大電流管理。將內置霍爾效應電流傳感器集成於接觸器，還可以將這些設備變成“智能”電流感應版本。

高壓大電流電路的配電所麵臨的挑戰

高壓（1,000 VDC）KILOVAC K1K接觸器的額定連續電流為1000安

什麼時候考慮真空開關

changguikaiguanhuichanshengdianhu，yincijihubukenengduankaiqianfudianlu。dangdianyajiaogaoshi，tianchongyukailuchudianzhijiandekongqihuixunsudianlichengweidaodianlujing。yinci，jinguanchudianduankai，dandianliqitirengkeweichidianlu——這個問題在通用繼電器中並不普遍。

真空如何最大程度地減少飛弧問題

youyigejiejuefangankeyijiejuefeihuwenti，nabianshiquchujiechuquyudekedianliqiti。yinci，gaoyakaiguanjingxinshejidemudejiushiweilezaizhenkongzhongzhengchanggongzuo。julilaishuo，zai10–6毫米汞柱的真空中，介電強度可達2000伏/密耳。

真zhen空kong電dian介jie質zhi還hai為wei高gao壓ya觸chu點dian提ti供gong了le一yi個ge惰duo性xing的de環huan境jing。真zhen空kong實shi際ji上shang消xiao除chu了le氧yang化hua和he腐fu蝕shi的de可ke能neng性xing。當dang真zhen空kong中zhong出chu現xian電dian弧hu時shi，不bu會hui發fa生sheng空kong氣qi或huo電dian介jie質zhi氣qi體ti的de分fen解jie，因yin此ci也ye就jiu不bu會hui產chan生sheng腐fu蝕shi性xing的de副fu產chan品pin。

射頻應用

良好的絕緣性能和較低而穩定的接觸電阻，是能夠在射頻（RF）開關中使用高壓真空繼電器的兩大原因。然而，任何繼電器在射頻應用中都應注意電流和電壓的限製。“趨膚效應”將jiang會hui產chan生sheng影ying響xiang，也ye就jiu是shi說shuo隨sui著zhe頻pin率lv的de增zeng加jia，電dian流liu將jiang從cong導dao體ti的de中zhong心xin向xiang表biao麵mian遷qian移yi。頻pin率lv越yue高gao則ze導dao電dian路lu徑jing的de趨qu膚fu深shen度du越yue小xiao，迫po使shi更geng多duo的de電dian流liu通tong過guo更geng小xiao的de導dao體ti截jie麵mian。這zhe會hui導dao致zhi導dao體ti表biao麵mian局ju部bu受shou熱re升sheng溫wen，而er高gao溫wen有you可ke能neng損sun壞huai繼ji電dian器qi的de密mi封feng性xing。

高壓大電流電路的配電所麵臨的挑戰

KILOVAC K81A高壓繼電器能夠耐受290°C（554°F）的高溫長達500小時

當繼電器用作絕緣體時，開路觸點之間和/或觸點與地麵之間將會存在射頻電壓。在所有的實際應用中，繼電器都有一個1-2皮法的高壓電容。流經該電容的泄漏電流會加熱絕緣體的損耗元件，進而限製可以應用的射頻電壓。

電流和電壓的限製使得射頻應用有必要降低電流和電壓規格，同時其工作頻率也要控製在32MHz以下。選擇特定的繼電器時，這些限製因素均應予以考慮。

什麼時候考慮絕緣開關

並非所有的高壓繼電器/jiechuqidoushizhenkongxingde。yongyoulianghaojiedianxingnengdeduoxingqitiyekeyongyugaoyazujianhexitong。zhezhongjiejuefanganshifenlinghuo，yinweiwomenkeyitongguogaibianqitidehunhebilihe/或壓力來控製受壓外殼中的擊穿電壓。氣體加壓滅弧是它的另一個優點，因為通常在數微秒時間內就可以完成滅弧。

充氣式開關設備可用於高壓電源開關，其功能是關閉常開觸點。這種方案有一個優點：氣體的混合比例和壓力可以事先設定，以便在觸點接觸之前就產生電弧。此外，如果電路電壓高於3500fu，namejishiyinchudiandantiaoershidianluduankai，dianhuyerengranbaochiwending，zuyiweichidianliu。rudianrongxingfangdiandianlusuoshi，zhezhongxianxiangyouzhuyuyanchangchongqijidianqideshiyongshouming。

高壓大電流電路的配電所麵臨的挑戰

KILOVAC K41高壓真空介電繼電器可用於通斷負載開關

常規繼電器的接觸電阻不斷發生著變化，而真空繼電器的接觸電阻保持恒定且數值較低，在整個使用壽命期間其典型值為0.015歐(ou)姆(mu)。阻(zu)值(zhi)之(zhi)所(suo)以(yi)這(zhe)麼(me)低(di)，是(shi)因(yin)為(wei)真(zhen)空(kong)繼(ji)電(dian)器(qi)統(tong)一(yi)使(shi)用(yong)清(qing)潔(jie)部(bu)件(jian)，沒(mei)有(you)氧(yang)化(hua)或(huo)汙(wu)染(ran)，而(er)且(qie)接(jie)觸(chu)部(bu)位(wei)使(shi)用(yong)的(de)是(shi)純(chun)金(jin)屬(shu)。由(you)於(yu)觸(chu)點(dian)采(cai)用(yong)真(zhen)空(kong)密(mi)封(feng)，因(yin)此(ci)可(ke)在(zai)易(yi)爆(bao)或(huo)腐(fu)蝕(shi)性(xing)環(huan)境(jing)中(zhong)實(shi)現(xian)安(an)全(quan)的(de)開(kai)關(guan)操(cao)作(zuo)。

充chong氣qi式shi繼ji電dian器qi的de接jie觸chu電dian阻zu一yi般ban也ye比bi較jiao低di，但dan不bu像xiang真zhen空kong繼ji電dian器qi的de接jie觸chu電dian阻zu那na麼me低di和he那na麼me穩wen定ding。此ci外wai，其qi接jie觸chu電dian阻zu還hai會hui隨sui著zhe測ce試shi方fang法fa的de不bu同tong而er發fa生sheng變bian化hua。大da容rong量liang、大電流的測試電路測得的阻值會比較低。觸點鍍金可以提高充氣式繼電器的穩定性，並降低其接觸電阻。

電源開關的通斷和中繼負載因素

術語“電源開關”和“熱開關”是(shi)指(zhi)通(tong)過(guo)激(ji)活(huo)繼(ji)電(dian)器(qi)來(lai)斷(duan)開(kai)或(huo)接(jie)通(tong)電(dian)源(yuan)。對(dui)繼(ji)電(dian)器(qi)進(jin)行(xing)開(kai)關(guan)操(cao)作(zuo)時(shi)，觸(chu)點(dian)在(zai)閉(bi)合(he)的(de)瞬(shun)間(jian)和(he)隨(sui)後(hou)的(de)彈(dan)跳(tiao)過(guo)程(cheng)中(zhong)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)弧(hu)。電(dian)弧(hu)會(hui)引(yin)起(qi)觸(chu)點(dian)腐(fu)蝕(shi)，若(ruo)不(bu)采(cai)取(qu)一(yi)定(ding)的(de)預(yu)防(fang)措(cuo)施(shi)，則(ze)電(dian)弧(hu)有(you)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)觸(chu)點(dian)熔(rong)結(jie)，至(zhi)少(shao)會(hui)導(dao)致(zhi)相(xiang)當(dang)程(cheng)度(du)的(de)觸(chu)點(dian)損(sun)壞(huai)。因(yin)此(ci)，電(dian)弧(hu)的(de)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)以(yi)及(ji)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)的(de)水(shui)平(ping)都(dou)是(shi)決(jue)定(ding)繼(ji)電(dian)器(qi)壽(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。

高(gao)電(dian)壓(ya)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)觸(chu)點(dian)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)鎢(wu)或(huo)鉬(mu)製(zhi)成(cheng)，因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)硬(ying)度(du)大(da)且(qie)熔(rong)點(dian)高(gao)，可(ke)以(yi)耐(nai)受(shou)電(dian)弧(hu)的(de)高(gao)溫(wen)作(zuo)用(yong)。有(you)些(xie)毫(hao)安(an)級(ji)電(dian)流(liu)的(de)高(gao)壓(ya)繼(ji)電(dian)器(qi)使(shi)用(yong)銅(tong)製(zhi)觸(chu)點(dian)，但(dan)它(ta)們(men)通(tong)常(chang)隻(zhi)用(yong)於(yu)“中繼”應用。

選擇適當的繼電器時，電路負載的類型是一個重要的考慮因素。電路負載一般分為電容性負載、電感性負載和電阻性負載。

電阻性負載——直zhi流liu電dian阻zu性xing負fu載zai斷duan開kai時shi，觸chu點dian會hui在zai分fen離li的de瞬shun間jian產chan生sheng電dian弧hu，直zhi到dao觸chu點dian徹che底di分fen離li為wei止zhi。在zai一yi定ding的de電dian壓ya和he電dian流liu條tiao件jian下xia，電dian弧hu的de持chi續xu時shi間jian取qu決jue於yu觸chu點dian的de分fen離li速su度du、冷(leng)卻(que)速(su)度(du)以(yi)及(ji)電(dian)感(gan)和(he)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)消(xiao)電(dian)離(li)作(zuo)用(yong)。在(zai)相(xiang)同(tong)電(dian)壓(ya)下(xia)，交(jiao)流(liu)負(fu)載(zai)比(bi)直(zhi)流(liu)負(fu)載(zai)更(geng)容(rong)易(yi)斷(duan)開(kai)，因(yin)為(wei)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)每(mei)半(ban)個(ge)周(zhou)期(qi)就(jiu)會(hui)自(zi)行(xing)斷(duan)開(kai)一(yi)次(ci)。極(ji)性(xing)轉(zhuan)換(huan)可(ke)防(fang)止(zhi)金(jin)屬(shu)一(yi)直(zhi)朝(chao)著(zhe)同(tong)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)移(yi)動(dong)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)通(tong)常(chang)會(hui)導(dao)致(zhi)直(zhi)流(liu)負(fu)載(zai)較(jiao)早(zao)發(fa)生(sheng)觸(chu)點(dian)故(gu)障(zhang)。

電感性負載——斷開直流電感性負載比斷開電阻性負載更難。電感中的存儲能量（[1/2]LI2，其中L代表電感，單位亨利；I代表電流，單位安培）可以產生一個保持電流不變的電壓（–L[di/dt]）。diangandenenglianghaojin，dianliucaihuixiaoshi。ruguobucaiyongkuaisuduanluchudianhuoqitafangshilaiduankaidianganxingfuzai，namedianhudechixushijianjiangzhijiequjueyufuzaideshijianchangshu（L/R，其中R代表電阻，單位歐姆）。交jiao流liu電dian感gan性xing負fu載zai不bu會hui出chu現xian這zhe個ge問wen題ti，因yin為wei每mei半ban個ge周zhou期qi結jie束shu時shi會hui發fa生sheng極ji性xing反fan轉zhuan，迫po使shi電dian流liu過guo零ling。同tong時shi，電dian流liu與yu電dian壓ya存cun在zai相xiang位wei差cha，並bing且qie在zai電dian流liu的de後hou半ban個ge周zhou期qi，供gong電dian電dian壓ya反fan向xiang於yu自zi感gan電dian壓ya。

電容性負載——閉(bi)合(he)直(zhi)流(liu)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)觸(chu)點(dian)為(wei)電(dian)容(rong)充(chong)放(fang)電(dian)，將(jiang)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)。其(qi)對(dui)於(yu)觸(chu)點(dian)的(de)影(ying)響(xiang)取(qu)決(jue)於(yu)初(chu)始(shi)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)的(de)幅(fu)值(zhi)和(he)電(dian)路(lu)的(de)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)。類(lei)似(si)情(qing)況(kuang)在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)路(lu)中(zhong)則(ze)不(bu)常(chang)見(jian)。要(yao)想(xiang)得(de)到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)效(xiao)果(guo)，繼(ji)電(dian)器(qi)必(bi)須(xu)置(zhi)於(yu)負(fu)載(zai)的(de)接(jie)地(di)端(duan)；否則，觸點與殼體之間會出現大電流電弧，繞過負載。電源是對浪湧電流的唯一限製。

zaishijiyingyongzhongtongchangtongshicunzaizhesanzhongfuzai，danshi，juyoudadianrongxingfuzaihuodadianganxingfuzaidedianluyouyuchuyounengliang，yincibijiaonanyijinxingkaiguancaozuo。gengweifuzadeshi，mouxiedianlucunzaidalangyongdianliu。zaizhezhongqingkuangxia，ruguochudianshituzaidantiaoqijianduankaijigaodedianliu，namejiuhuichuxianqiangdianhuzhishichudianjinshuronghua，zuizhongdaozhichudianrongjie。zhengxianjiaoliudianhuishiqingkuangbiandegengzao，yinweijiaoliudiandefengzhidianyahedianliufenbiebixiangtongfuzaidianyaxiadedengxiaozhiliudianda41%。

拓展思路以應對新的挑戰

如今，許多應用需要在更小的空間內更有效地利用更高的功率。例如，與傳統的115/200V係統相比，270V直流係統可靠性更高、維護更方便、重量更輕且使用壽命更長。這種發展也要求對電源管理技術進行更為細致的選擇。

設計者應當充分考慮電路條件，以及繼電器的電氣、機械和環境因素。此外，設計者還應權衡繼電器的各種工作特性，並清楚繼電器術語是一種具有特殊含義的專業語言。

評估與高電壓/大電流電路相關的電源管理產品是一個複雜的課題，本文探討的開關技術的其他方麵也莫不如此。為簡化設計人員的工作，TE提供了一個“虛擬開發人員工具包”，其中涵蓋了高壓接觸器、高壓繼電器、電線電纜和連接器。通過該工具包的便捷在線菜單，我們可以快速訪問產品功能和優勢、圖紙、3D PDF和規格。該工具為設計人員提供了寶貴的見解，幫助他們精心選擇開關技術來應對如今嚴苛的配電需求。

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