1、許年生（1980）,男，本科，助理工程師，從事電涌保護器4kV左右或更高，制約了開關型開關型SPD觸發(fā)技術的研究許年生劉明東上海電器科學研究所（集團）有限公司摘要：本文介紹了開關型SPD典型的三種觸發(fā)技術，比較了各自的特點，并根據柵片滅弧結構的特點，提出新的觸發(fā)技術一一多點火花觸發(fā)，詳細描述了所提出的觸發(fā)技術的工作原理及過程，最后通過模擬試驗進行了驗證，證實了“多點火花觸發(fā)”的可行性。關鍵詞：開關型SPD;觸發(fā)技術；火花隙；ResearchoftheTriggerTechnologyforSwitchingTypeSPDXUNianshengLIUMingdongShanghaiElectri

2、calApparatusResearchInstitute(Group)Co.,Ltd.,Shanghai200063,ChinaAbstract:Inthispaper,theauthorsintroducedthreetypicaltriggertechnologyofswitchingSPDandcomparedtheirfeature.Thenewtriggertechnology,multi-sparktriggerwereputforwardaccordingtothecharacteristicofsplitterarcchamberstructure.Andtheprincip

3、leandworkingprocedureoftriggertechnologyweredescribedindetailinthispaper.Finally,thepracticabilityofthemulti-sparktriggertechnologyhasbeendemonstratedthroughsimulationtest.Keywords:switchingtypeSPD;triggertechnology;sparkgap;0引言開關型SPD(電涌保護器)的通流能力大以及漏電流小的優(yōu)勢顯而易見，但其殘壓高以及有工頻續(xù)流產生的缺陷也非常明顯。隨著技術的不斷發(fā)展，開關型SPD

4、的電壓保護水平以及斷開續(xù)流能力都有了極大的改善，尤其是觸發(fā)技術的應用，對提升開關型SPD性能起了關鍵作用。1傳統(tǒng)的開關型SPD概況傳統(tǒng)的開關型SPD是僅有兩個放電電極的簡單放電結構，屬被動式放電結構，這種結構存在諸多缺陷：主電極距離小、放電電壓高可達到SPD的應用。2現(xiàn)有開關型SPD的觸發(fā)技術對于開關型SPD而言，觸發(fā)技術的應用是改善產品電壓保護水平和斷開續(xù)流能力的關鍵要素。為了適應現(xiàn)代過電壓防護的需求，國外廠家進行了深入研究。通過觸發(fā)技術”的實施，不但降低了放電電壓，也為提高產品的斷開續(xù)流能力創(chuàng)造了條件。目前，現(xiàn)有觸發(fā)技術分別為：電容網絡觸發(fā)、脈沖變壓器觸發(fā)以及能量觸發(fā)。2.1 電容網絡逐級

5、觸發(fā)1'2原理如圖1a所示，除最后一個間隙Sgn+i外，其它各間隙對公共端之間都并接一個電容器（幾百到數千PF）。這樣一來，當電涌電壓出現(xiàn)在這個組件上時，首先是電容器Ci的旁路作用，電壓幾乎全部加在Sgi上，因而間隙Sgi首先擊穿導通。同理推知，間隙Sg2,Sg3,-將依此擊穿導通，該觸發(fā)技術適用于由多個小間隙串聯(lián)的開關型SPD中。2.2 脈沖變壓器觸發(fā)2、3脈沖變壓器觸發(fā)是一種應用較廣泛的技術，特別適用于單個火花隙”觸發(fā)結構，原理如圖1b。它有主電極a、b（分另1J與L和PE/N相連）和變壓器觸發(fā)電極c（也稱為點火電極）三個電極。a、b間的主放電間隙S,大于a、c間的觸發(fā)間隙8,因而

6、a、c間擊穿電壓比a、b間的擊穿電壓低得多。當經過變壓器放大的電涌電壓出現(xiàn)在a、c上時，間隙8首先擊穿導通并釋放出帶電粒子，在主電極a、b間電場作用下，帶電粒子加速運動，進而引起間隙S擊穿導通。sgl迎頸峻SLa電容網絡觸發(fā)b脈沖變壓器觸發(fā)c能量觸發(fā)圖1三種典型的觸發(fā)技術2.3能量觸發(fā)原理如圖1c,與脈沖變壓器觸發(fā)區(qū)別在于，作用在觸發(fā)間隙上8的電壓直接是電涌電壓，該觸發(fā)技術不像脈沖變壓器那樣受功率的限制，只能單個脈沖式的觸發(fā)，而是連續(xù)地維持觸發(fā)電弧的燃燒，直到電弧所釋放的等離子足以在電場作用下引起主電極的擊穿。上述三種觸發(fā)技術是目前開關型SPD的觸發(fā)技術，其特點如表1所示：表1觸發(fā)技術的比較、

7、觸發(fā)技術項目電容網絡觸發(fā)脈沖變壓器觸發(fā)能量觸發(fā)適用的主間隙結構多層小間隙串聯(lián)單個小（距離）間隙單個大（距離）間隙主間隙距離小一般較大觸發(fā)間隙距離共用主間隙<0.5mm<0.2mm觸發(fā)電弧維持時間短短長可靠性一般較好好從表1中的特點可以看出，在設計開關型SPD時，應用何種觸發(fā)技術需要綜合放電結構、斷開續(xù)流能力等進行匹配選擇才行。3多點火花觸發(fā)技術柵片滅弧是低壓電器中常規(guī)的滅弧技術，利用該技術解決開關型SPD中的續(xù)流問題是SPD設計人員的選擇之一。通常選擇柵片滅弧方式的SPD內主體結構的基本特征主要有以下幾點：1）屬于單間隙放電結構；2）主間隙距離大；3）由于增加了滅弧室，因此主間隙的

8、空間也比較大；4）為了電弧能夠更快進入滅弧室，氣流方向是朝向滅弧室設計的；結合表1分析可以看出，“能量觸發(fā)”技術是比較適用的，但分析國內外應用“能量觸發(fā)”技術的SPD結構，具有下列幾點特征：1）屬于單間隙放電結構；2）主間隙距離大；3）無滅弧室，主間隙空間小；4）為了降低觸發(fā)時間，氣流是在電極之間單向流通設計的；從上述內容可以看出，第3、4點特征與柵片滅弧方式的SPD內主體結構的特征并不相同，而這些因素對觸發(fā)技術的實施起著重要的作用。基于上述問題，本文提出“多點火花觸發(fā)”技術，該技術產生的觸發(fā)電弧更長，強化了對大空間放電間隙的觸發(fā)影響，提高觸發(fā)效率，更適合柵片滅弧方式的開關型SPD使用。為了驗

9、證“多點火花觸發(fā)”技術的特性，建立了具有柵片滅弧的火花隙結構（圖2a）,結構中主間隙（主放電電極的距離）采用了大間距設置，并有呈現(xiàn)對稱布置的兩個氣體冷卻通道，此外，根據“多點火花觸發(fā)”技術要求，設置了三段觸發(fā)電弧，原理見圖2b。a結構示意圖b原理圖圖2多點火花觸發(fā)技術圖2b中有三個微小的間隙和一個大間隙（主間隙），三個微小間隙中兩個分別與觸發(fā)電容相連，一個與壓敏電阻串聯(lián)。該觸發(fā)技術的工作原理如下所述：當一個電涌作用于該電路LPE/N間時，由于電容的高頻短路特性，與電容串聯(lián)的第一個觸發(fā)間隙將首先擊穿放電（圖3a）,接著脈沖電壓出現(xiàn)在第二個觸發(fā)間隙上（同樣通過一個電容串聯(lián)在電路中），與第一個間隙一樣被擊穿放電（圖3b）,然后脈沖電壓出現(xiàn)在第三個觸發(fā)間隙與壓敏電阻串聯(lián)的觸發(fā)電路上，開始MOV可視為等效電容第三個觸發(fā)間隙首先擊穿，隨后MOV導通并表現(xiàn)出非線性伏安特性（圖3c）。隨著時間的延長和脈沖波能量的加強，三個觸發(fā)間隙形成的電弧逐步形成具有一定強度的長觸發(fā)電