影响高压直流继电器寿命的因素有哪些？

高压直流继电器最初主要用于电力工业和航空航天工业。近年来，电动汽车逐渐兴起，驱动配电系统成为高压直流继电器非常重要的应用场景。高压是相对于24V、48V低压系统而言的。部分低速电动车选择60V和72V系统的电源配置。一般高速客车的电压在200V以上，大客车可达600V以上。满足这一电压相位要求的继电器称为高压直流继电器。

高压直流继电器，寿命包括机械寿命和电气寿命两个参数。影响机械寿命的因素有触点的材料、分合机构的设计制造水平等，电寿命的瓶颈主要是触点寿命。

一、磁场拉弧对触点电寿命的影响

如下图说明了继电器中磁吹设计的原理。左边的静触头，根据图中所示的电流方向，利用右手定则来确定线圈磁场的方向。电弧是由击穿静触点之间介质的电压形成的电离通道中的电流。它完全服从电磁相互作用定律。电弧产生的磁场如图所示。使用左手法则确定圆弧的受力方向。力的方向在图中用F表示。

磁吹是利用永磁体或电磁铁产生磁场。磁场与电弧相互作用的方向是将电路拉离动静触头。

随着动触头的快速运动和磁吹效应的应用，电弧被拉伸，电弧电阻迅速增加，导致电弧电流急剧下降，电弧热效率下降。介质的电离度随温度降低而降低，电弧通道的电导率降低。如果同时拉动电弧，在电弧向外运动的过程中，配合其他切断电弧和冷却电弧的方法，电弧会更快地熄灭。

减少燃弧时间是保护触点的重要手段。良好的磁吹设计肯定会延长继电器的使用寿命。磁吹已广泛应用于对空间要求不太敏感的大功率继电器和接触器，而在小型继电器中，已针对个别产品设计了类似装置。

2、环境气压对触点电寿命的影响

为了缩短拉弧时间，除采用上述磁吹法拉弧外，在狭小空间内灭弧常采用的方法有改变触头开闭环境、向密闭灭弧室内充填具有高电离能的气体，或 将灭弧室抽真空。

高压气体电弧的成因

电离能。气态原子在失去电子成为阳离子的过程中，需要克服原子核对电子的吸引力，即把电子拉出原子轨道成为自由电子的能量。这是这些元素的电离能。电离能越高，原子越不容易电离，越不容易变成阳离子，金属性越弱；相反，它们越容易失去电子并成为阳离子，金属性越强。在元素周期表中，电离能最高的是氦气，因此可以将氦气充入密封的灭弧室内，提高了继电器的灭弧能力。

有许多研究解释了在高压气体环境中产生电弧的原因。一般要点如下。在高压气室中，电弧分两个阶段进行。阴极接触在温度或电压作用下放出电子，被阳极接收，形成一次击穿；电弧的初始形成带来高温和电离的气体阳离子，电弧的离子路径进一步扩大，形成更大质量的电弧。

真空电弧产生的原因

在真空条件下，不再有可以电离的介质。电弧很难燃烧，但它仍然可以燃烧。在动静触头分离的瞬间，触头上的金属气化，形成金属离子通道，通道内产生电弧。对于这种离子通道是如何形成的，有几种不同的解释。

首先是解释高温发射电子的理论。据信，阴极触点上存在原始缺陷，称为斑点。认为是光斑位置电阻比较大，通电过程中局部温度比较高。当动静触头即将分离时，高温部分向阳极发射电子，初步形成电弧，电弧燃烧，触头材料气​​化，进一步形成金属蒸气，进而在真空中形成电弧；

场致发射理论的第二种解释是当动、静触点之间的外加电压足够高时，阴极具有发射电子的能力。当动静接触快要分开的时候，一般都会有一个最后接触的位置，这个面肯定是小的。场发射电子流通过这个极小的区域流向阳极，巨大的电流密度对阴极和阳极都产生了剧烈的热效应，导致熔化从该点开始逐渐扩散到整个触点，接触面熔化。产生金属蒸气。较好的电离环境会使电子流规模扩大，形成真空电弧。

真空度：一般来说，真空度越高越不容易击穿，越难形成电弧。在理想条件下，介电强度可以达到每0.1毫米10,000V的水平。但当真空度达到一定程度后，再提高无助于降低击穿电压。如上图所示，表示真空度与击穿电压的关系。击穿电压越低，越容易形成和维持电弧，即燃弧时间越长。真空度是直接用气压来测量的。气压越低，真空度越高。

真空密封灭弧室，要获得真空灭弧室，需要良好的材料和密封技术来实现。陶瓷和树脂密封灭弧室这两种密封灭弧室技术正在同时使用，没有一种取得明显的优势。

陶瓷密封灭弧室利用陶瓷的耐高温特性，电弧温度极高（中心可达5000℃）。一般材料都不能承受这样的温度，而陶瓷恰好可以满足这个要求。然而，陶瓷在技术上很难密封。

树脂制成的灭弧室密封技术优于陶瓷，但耐高温性能不足。

3、机械参数对触点电气寿命的影响

与触头电气寿命相关的结构参数包括：接触面积、分断机构、触头接触压力等。

接触面积，动、静触点的接触面积较大，可为电流提供较大的通路，降低接触电阻，降低温升。当继电器闭合或断开时，小电弧产生的热量更容易被大触点散发，从而降低触点熔化的风险。

分断机构是继电器设计的另一个技术要点。该机制本身具有稳定的动作周期。从开始到最终运动到最大开启位置所需的时间直接影响燃弧时间。

动、静触点的接触压力，动、静触点之间总是存在接触电阻，接触压力越大，电阻越小。触点压力大，可以减少继电器在正常工作条件下的电损耗和温升；接触表面上相对较小的损伤或凸起的毛刺在大压力下不会造成明显的不良影响，并且在几个点闭合后，触点之间的冲击会平滑这些小缺陷。

4.灭弧室的密封性

真空灭弧室不可能做到绝对密封，壳体焊缝存在漏气的可能。其设计指标中包含允许漏风系数，长期漏风在所难免。此外，继电器在电动车上的使用，随时随地的剧烈振动环境，也严重考验着密封质量。

随着进入密封腔的空气越来越多，外壳的密封性越来越差，灭弧室内的真空度逐渐降低，灭弧能力逐渐变差，是影响继电器寿命的重要因素.