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VS1真空断路器的真空电弧形态
发布时间 : 2018-12-03
真空断路器开断交流电流时,触头打开时刻相对电流相
角来说是随机的,从触头打开到电流过零真空熄弧过程中,其
电弧经引燃到熄弧有许多形态的变化,而且对于不同触头间
隙及不同开断电流其形态有所不同.
真空电弧引燃是通过开断电流的触头来实现的。当触头
刚分离瞬间,电流将集中到触头上的某一点或某数点上,表
现出电阻的剧烈增加和温度的迅速上升,直到发生金属桥
的断裂和产生金属蒸气,同时形成极高的电场强度,这样就
会导致强烈的场致发射和间隙击穿,继之形成真空电
弧~I] 。
真空电弧是金属蒸气电弧,其金属蒸气及电子和离子的
主来源是阴极。通过高速摄影观察结果表明,电子、离子和
金属蒸气并不是来自阴极的整个表面,而是来自一些孤立的
小斑点,这些斑点在阴极表面快速运动,有时分成两个或两
个以上的更小的斑点,阴极斑点熄灭后又在别的地方重新形
成。形成阴极斑点的电流密度很高,其原因一般认为是由于
热---场致发射,所以,重新产生的阴极斑点的位置是在场
强大的尖端出现.出现阴极斑点的位置与触头表面的平滑程
度有关.
一般对阴极斑点的观察都是在小电流情况下进行的。随
着电流的增加,阳极变得活跃起来,此时阴极斑点运动也变
得缓慢,甚至停滞,以致于形成较大的斑点[8] 。

阳极的活跃首先来自阳极表面电弧的收缩,电弧的收缩
使阳极表面熔化,因而在电流停止之后还能产生金属蒸气.这
种情况的出现与许多因素有关,其中触头间隙和电弧电流是
重要因素。图1-5 显示出阳极放电状态与触头间隙和电弧电
流的关系[9, 10] 。低电流状态下阳极仅是来自于阴极粒子的被
动接收者,处于不活跃状态,电弧电压相对较低,且无高频
分量出现,这时电弧形态为扩散型真空电弧。随着电流的增
加,且触头间隙较大时,阳极出现一个或几个明亮的斑点,但
斑点很小,存在时间很短,这时电弧为点状阳极斑点状态。在
电流较大且触头间隙较大时,阳极温度接近阳极材料沸点,有
一个或多个阳极斑点出现,阳极出现熔化。在电流较大且开
距较小时,电弧处于高密度电流状态,这时阴极和阳极烧蚀
均很严重。阳极斑点的形成和电弧收缩是一个动态过程,阳
极斑点的形成时间为50~800μ.s[ll]•
从以上真空电弧状态来看,在扩散型电弧及点状阳极斑
点出现情况下,电弧电流过零时可以正常熄灭。若阳极出现
阳极斑点或阳极出现严重熔化时,则开断可能失败.而在阳
极斑点出现之前往往出现弧往收缩,这种收缩先出现在阳极
附近,若出现弧柱本身塌缩现象,则阳极斑点已经形成。因
此,只有通过参数的合理选择来控制弧往收缩,才能有效防
止或减少阳极斑点出现的可能性。对一定的灭弧室结构和开
断电流,只有通过触头间隙及外加磁场来控制真空电弧形态,
以使灭弧室能充分发挥开断短路电流的能力。