3.5.3 纵向磁场的影响

在高电压大电流真空电弧开断过程中，纵向磁场也是影响断路器开断性能的主要因素。纵向磁场最关键的作用在于抑制了对弧柱的收缩，能够将电弧很好地控制在整个触头表面。

纵向磁场会对真空灭弧室的阳极放电模式分布图产生影响。Schulman研究了分闸过程中纵向磁场对真空电弧形态的影响。随着磁场的增大，扩散态电弧的区域将大大增加，并且强电弧模式下阳极斑点形成的电流值也会提高，即在纵向磁场作用下，真空断路器的极限开断电流会提高。

下面介绍126kV单断口真空断路器灭弧室模型的熄弧过程实验观察结果。该灭弧室使用了纵向磁场结构，触头直径为100mm。实验中观察了两种不同磁场强度下的大开距（60mm）真空电弧特性包括真空电弧的高速摄影和电弧电压特性，可以从中观察到纵向磁场对燃弧过程的影响。实验使用的触头结构为两种用于126kV真空断路器上的2/3匝新型纵磁触头，触头直径均为100mm，开距为60mm，触头材料为CuCr50。由于触头片与线圈的安装角度不同，触头A在40kA，30mm开距下的最大磁场强度为257mT，而触头B的最大磁场强度为514mT，磁场分布对比如图3-37所示。

两种触头均安装在126kV可拆灭弧室中，如图3-38所示。实验电流由单频振荡回路提供，通过拉弧的方式产生真空电弧。高速摄影机可以透过可拆真空灭弧室的观察窗对触头间真空电弧进行观察，电弧拍摄速度为10000pps，曝光时间为2μs。电流峰值从5～22.8kA在试验过程中平均分闸速度（10ms内的平均速度）为（3±0.1）m/s。

图3-37 实验用两种126kV触头结构的磁场分布对比

a）触头A b）触头B

图3-38 实验用可拆灭弧室示意图

实验拍摄结果见表3-7。触头A对电弧的控制远远小于磁场强的触头B。尤其在大开距下，触头A在通过峰值10kA以上的电流时，电弧已经出现在触头侧面起弧的现象（见图3-39）。由于在126kV触头结构中，触头的材料是易于开断的CuCr合金，而其他部分包括线圈和导电杆都是无氧铜。一旦电弧燃烧在触头侧面的线圈以及导电杆上，则会产生大量的Cu金属蒸气，甚至会出现金属液滴，对开断极为不利。另外，还出现了电弧燃烧在触头片与线圈之间以及线圈夹缝之间的现象，造成部分电流分流，从而降低了线圈产生的磁场强度。相比较下磁场强的触头B则没出现明显侧面燃弧现象，电弧相对要控制得较好，更有利于开断。

表3-7 两种触头开断过程中电弧形态

注：电弧电流峰值为22.8kA，上触头为阴极，下触头为阳极，燃弧时间均为10ms。

图3-39 触头A试验中电弧在触头侧面发生燃烧

a）侧面起弧 b）触头片与线圈夹缝燃弧 c）线圈夹缝燃弧