Высоковольтные вакуумные реле. Общая информация. Часть 1

Вакуумные реле широко используются в бортовом (авиа), мобильном и морском коммуникационном оборудовании.

Типичные применения включают соединение антенн, переключение ответвлений на радиочастотных (РЧ) катушках, переключение передачи / приёма на антенну, переключение в сетях формирования импульсов, а также в сверхмощных источниках питания, в т.ч для тяжёлых условий эксплуатации. Такие реле отличаются высокой скоростью работы и способностью выдерживать высокие напряжения, а так же переносить большие токи (на частотах до 75 МГц) при сохранении низкого и стабильного контактного сопротивления.

Вакуумные реле обычно доступны в нормально разомкнутых (NO) и нормально замкнутых (NC) моделях SPST, а также в конфигурациях SPDT и DPDT. Кроме того существуют  поляризованные реле.

Принцип работы реле

Вакуумное реле в основном состоит из двух основных узлов: керамический узел «переключателя», который содержит высоковольтные контакты, и узел исполнительного механизма, который удерживает катушку срабатывания.

Существует два основных типа реле:

— Реле хлопкового типа, «хлопушка» (рис. 2)

— Мембранное реле (рис. 3).

Эти два типа различаются механическим срабатыванием. В мембранном реле исполнительный механизм размещен за пределами вакуумной оболочки, тогда как в реле хлопкового типа  исполнительный элемент внутри вакуума.

 

Узел, содержащий катушку, является приводной частью реле и подключается к цепи управления. Когда на катушку подается напряжение, создается магнитное поле и создается электромагнитная сила. Эта сила используется для перемещения механизма и, следовательно, подвижного контакта внутри вакуумной оболочки. Контакт переключается из положения NC в положение NO в реле SPST и размыкает цепь высокого напряжения или переключается на другое направление (SPDT).

Вакуум как диэлектрик

Вакуум — идеальный диэлектрик для переключения реле высокого напряжения. Он имеет чрезвычайно высокие характеристики пробоя напряжения, высокую скорость восстановления (до 10 кВ за миллисекунду) и обеспечивает абсолютно инертную среду для переключения контактов. Кроме того, поскольку в вакууме нет кислорода, контакты не окисляются.

Высокая диэлектрическая прочность вакуума обеспечивает близкое расстояние между контактами, порядка 1000 вольт на мил (= 0,0394 дюйма). Небольшое перемещение, необходимое для срабатывания вакуумного реле, позволяет использовать небольшие приводы с малой массой, что обеспечивает высокие рабочие скорости. Использование контактов из тугоплавкого металла обеспечивает исключительную отключающую способность и длительный срок службы контактов.

При переключении нагрузки образуется дуга. В точке, где контакты становятся очень близкими, а плотность тока становится все выше и выше, происходит пробой. Эта дуга будет иметь очень низкое напряжение 18–23 В и будет достаточно стабильной по сравнению с дугой в воздухе, что является еще одним преимуществом вакуума (рис. 1). Сочетание постоянного напряжения дуги, действующего как ограничитель тока, и короткого времени дуги означает, что вакуумные реле обычно изнашиваются меньше, чем другие типы, и обеспечивают стабильную работу в течение всего срока службы реле.

Сжатый газ как диэлектрик

Чистый газ под высоким давлением позволяет реле достичь высокой диэлектрической прочности и избежать окисления. Этот диэлектрик идеально подходит для емкостных пусковых нагрузок и емкостных разрядных нагрузок. Типичные области применения включают оборудование для тестирования электростатического разряда (ESD), оборудование для тестирования кабелей и дефибрилляторы сердца. Газонаполненные реле также обеспечивают низкий, стабильный ток утечки в приложениях, чувствительных к колебаниям тока, особенно через наборы открытых контактов в течение длительных периодов времени.

Однако газовые реле не следует использовать, когда необходимо отключить ток. Когда контакты размыкаются, газ ионизируется, и дуга образуется и сохраняется намного дольше, чем в вакууме.

Контактное сопротивление газонаполненных реле (например, у Jennings) обычно измеряется при 28В. Оно будет выше, чем в вакуумном реле, и не будет таким стабильным.

(Перевод осуществлён по информации из каталога Jennings)