开关型SPD触发技术的研究——许年生

1、许年生（1980）,男，本科，助理工程师，从事电涌保护器4kV左右或更高，制约了开关型开关型SPD触发技术的研究许年生刘明东上海电器科学研究所（集团）有限公司摘要：本文介绍了开关型SPD典型的三种触发技术，比较了各自的特点，并根据栅片灭弧结构的特点，提出新的触发技术一一多点火花触发，详细描述了所提出的触发技术的工作原理及过程，最后通过模拟试验进行了验证，证实了“多点火花触发”的可行性。关键词：开关型SPD;触发技术；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引言开关型SPD(电涌保护器)的通流能力大以及漏电流小的优势显而易见，但其残压高以及有工频续流产生的缺陷也非常明显。随着技术的不断发展，开关型SPD

4、的电压保护水平以及断开续流能力都有了极大的改善，尤其是触发技术的应用，对提升开关型SPD性能起了关键作用。1传统的开关型SPD概况传统的开关型SPD是仅有两个放电电极的简单放电结构，属被动式放电结构，这种结构存在诸多缺陷：主电极距离小、放电电压高可达到SPD的应用。2现有开关型SPD的触发技术对于开关型SPD而言，触发技术的应用是改善产品电压保护水平和断开续流能力的关键要素。为了适应现代过电压防护的需求，国外厂家进行了深入研究。通过触发技术”的实施，不但降低了放电电压，也为提高产品的断开续流能力创造了条件。目前，现有触发技术分别为：电容网络触发、脉冲变压器触发以及能量触发。2.1 电容网络逐级

5、触发1'2原理如图1a所示，除最后一个间隙Sgn+i外，其它各间隙对公共端之间都并接一个电容器（几百到数千PF）。这样一来，当电涌电压出现在这个组件上时，首先是电容器Ci的旁路作用，电压几乎全部加在Sgi上，因而间隙Sgi首先击穿导通。同理推知，间隙Sg2,Sg3,-将依此击穿导通，该触发技术适用于由多个小间隙串联的开关型SPD中。2.2 脉冲变压器触发2、3脉冲变压器触发是一种应用较广泛的技术，特别适用于单个火花隙”触发结构，原理如图1b。它有主电极a、b（分另1J与L和PE/N相连）和变压器触发电极c（也称为点火电极）三个电极。a、b间的主放电间隙S,大于a、c间的触发间隙8,因而

6、a、c间击穿电压比a、b间的击穿电压低得多。当经过变压器放大的电涌电压出现在a、c上时，间隙8首先击穿导通并释放出带电粒子，在主电极a、b间电场作用下，带电粒子加速运动，进而引起间隙S击穿导通。sgl迎颈峻SLa电容网络触发b脉冲变压器触发c能量触发图1三种典型的触发技术2.3能量触发原理如图1c,与脉冲变压器触发区别在于，作用在触发间隙上8的电压直接是电涌电压，该触发技术不像脉冲变压器那样受功率的限制，只能单个脉冲式的触发，而是连续地维持触发电弧的燃烧，直到电弧所释放的等离子足以在电场作用下引起主电极的击穿。上述三种触发技术是目前开关型SPD的触发技术，其特点如表1所示：表1触发技术的比较、

7、触发技术项目电容网络触发脉冲变压器触发能量触发适用的主间隙结构多层小间隙串联单个小（距离）间隙单个大（距离）间隙主间隙距离小一般较大触发间隙距离共用主间隙<0.5mm<0.2mm触发电弧维持时间短短长可靠性一般较好好从表1中的特点可以看出，在设计开关型SPD时，应用何种触发技术需要综合放电结构、断开续流能力等进行匹配选择才行。3多点火花触发技术栅片灭弧是低压电器中常规的灭弧技术，利用该技术解决开关型SPD中的续流问题是SPD设计人员的选择之一。通常选择栅片灭弧方式的SPD内主体结构的基本特征主要有以下几点：1）属于单间隙放电结构；2）主间隙距离大；3）由于增加了灭弧室，因此主间隙的

8、空间也比较大；4）为了电弧能够更快进入灭弧室，气流方向是朝向灭弧室设计的；结合表1分析可以看出，“能量触发”技术是比较适用的，但分析国内外应用“能量触发”技术的SPD结构，具有下列几点特征：1）属于单间隙放电结构；2）主间隙距离大；3）无灭弧室，主间隙空间小；4）为了降低触发时间，气流是在电极之间单向流通设计的；从上述内容可以看出，第3、4点特征与栅片灭弧方式的SPD内主体结构的特征并不相同，而这些因素对触发技术的实施起着重要的作用。基于上述问题，本文提出“多点火花触发”技术，该技术产生的触发电弧更长，强化了对大空间放电间隙的触发影响，提高触发效率，更适合栅片灭弧方式的开关型SPD使用。为了验

9、证“多点火花触发”技术的特性，建立了具有栅片灭弧的火花隙结构（图2a）,结构中主间隙（主放电电极的距离）采用了大间距设置，并有呈现对称布置的两个气体冷却通道，此外，根据“多点火花触发”技术要求，设置了三段触发电弧，原理见图2b。a结构示意图b原理图图2多点火花触发技术图2b中有三个微小的间隙和一个大间隙（主间隙），三个微小间隙中两个分别与触发电容相连，一个与压敏电阻串联。该触发技术的工作原理如下所述：当一个电涌作用于该电路LPE/N间时，由于电容的高频短路特性，与电容串联的第一个触发间隙将首先击穿放电（图3a）,接着脉冲电压出现在第二个触发间隙上（同样通过一个电容串联在电路中），与第一个间隙一样被击穿放电（图3b）,然后脉冲电压出现在第三个触发间隙与压敏电阻串联的触发电路上，开始MOV可视为等效电容第三个触发间隙首先击穿，随后MOV导通并表现出非线性伏安特性（图3c）。随着时间的延长和脉冲波能量的加强，三个触发间隙形成的电弧逐步形成具有一定强度的长触发电