触发真空开关自击穿电压特性的实验研究张朝学【摘要】触发真空开关（TriggeredVacuumSwitch，TVS），是结合了真空开关技术和三电极火花间隙技术的一种可控、快速闭合型开关。本文详细分析了触发真空开关结构和触发原理，选择合适的触发真空开关和实验环境，根据设计电路建立实验平台，研究触发真空开关在气压为8.0Pa～35Pa范围内自击穿电压随气压变化规律研究。从而丰富触发真空开关的使用环境。【关键词】触发真空开关；触发；触发原理；击穿电压：TM564：A：2095-2457（2018）17-0042-002DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.020【Abstract】Triggeredvacuumswitchisacontrollableandfastclosingswitchwhichcombinesvacuumswitchtechnologyandthreeelectrodesparkgaptechnology.Inthispaper，thestructureandtriggerprincipleofthetriggervacuumswitchareanalyzedindetail，theappropriatetriggervacuumswitchandtheexperimentalenvironmentareselected.Theexperimentalplatformissetupbasedonthedesigncircuittostudythechangelawoftheselfbreakdownvoltageofthetriggervacuumswitchintherangeof8.0Pa～35Paairpressure.Itenrichestheuseenvironmentthattriggersthevacuumswitch.【Keywords】TriggeredVacuumSwitch；Triggered；TriggeredFeatures；breakdownvoltage0引言由于触发真空开关具有体积小、通流能力强、工作电压范围宽、承受电荷量高、动作迅速、可靠性高、强绝缘恢复特性及环境适应能力强等优点[1-2]，近年来，触发真空开关在脉冲功率技术、电磁发射、过电压防护的模拟雷电流发生回路等领域得到广泛的运用[3]，这就使得对触发真空开关的研究占有举足轻重的地位。触发真空开关利用高真空作为绝缘介质，其具有极高的绝缘水平和真空中弧后等离子体的快速扩散、恢复特性，使得触发真空开关具有较高频率的重复导通以及分断高电压大电流的能力。因此，触发真空开关是一种很有发展潜力的新一代电器元件[4]。在触发真空开关的研究中，学者主要研究触发真空开关在真空条件下的工作特性[5]。然而隨着现代电气行业的发展，对触发真空开关的工作特性将提出更多的要求。因此，本文主要研究触发真空开关在气压为8.0Pa～35Pa条件下触发真空开关的工作特性，得出其相应的变化规律，从而丰富触发真空开关的使用环境。1触发真空开关1.1触发真空开关的结构触发真空开关（TriggeredVacuumSwitch）[6]，是脉冲功率技术中一种重要的开关器件，利用高真空作为主电极间的绝缘介质和灭弧介质，并采用特殊设计的触发极控制开关的闭合，是一种可控的快速闭合型开关。其主要结构为一对相距一定真空间距的主电极和一个触发电极、金属屏蔽罩、绝缘外壳。主电极传导大电流，电极材料和其表面状态对触发真空开关的性能有重要影响；触发电极提供初始等离子体；金属屏蔽罩一方面可以调整触发真空开关内部电场分布，另一方面还可以防止燃弧时产生的金属蒸汽沉积在绝缘外壳的内表面；绝缘外壳能对其进行密封，同时还可以起绝缘和支撑的作用。1.2触发真空开关的触发原理TVS触发过程中，在触发极与阴极间加上触发脉冲电压，由于在阴极-真空-介质（CVD）三点结合处易发生电场畸变，起始电子常常从CVD三点结合处发射，而三点结合处的场强可以由触发介质和电极表面状态而得到增强，如下列公式1所示：由此可知，三点结合处的场强与触发脉冲电压、触发间隙以及触发材料有关，而根据文献[7-8]可知，触发材料介电常数越大，三点结合处电场强度越大，发射电子也越大。TVS在触发脉冲电压的作用下在三点结合处发射电子，场致发射电子在触发间隙电场的作用下做类似于平抛运动[9]。2VS实验平台的建立根据影响TVS工作特性的因素分析可知，在TVS工作模式中，电极配置方式有A+、A-、C+、C-四种工作模式，不同工作模式对TVS的工作特性具有不同的影响。与其他三种工作模式相比，相同条件下，A+模式最有利于降TVS触发时延和分散性[10]。本文选择使用A+模式、触发介质为钛酸钡的沿面闪络型TVS，直接由高压直流源对脉冲电容充电并经放电回路形成触发脉冲建立触发回路，并采用机械泵和油扩散泵组成的二级真空系统，以及...