3.5.3 縱向磁場的影響

在高電壓大電流真空電弧開斷過程中，縱向磁場也是影響斷路器開斷性能的主要因素。縱向磁場最關鍵的作用在于抑制了對弧柱的收縮，能夠將電弧很好地控制在整個觸頭表面。

縱向磁場會對真空滅弧室的陽極放電模式分布圖產生影響。Schulman研究了分閘過程中縱向磁場對真空電弧形態的影響。隨著磁場的增大，擴散態電弧的區域將大大增加，并且強電弧模式下陽極斑點形成的電流值也會提高，即在縱向磁場作用下，真空斷路器的極限開斷電流會提高。

下面介紹126kV單斷口真空斷路器滅弧室模型的熄弧過程實驗觀察結果。該滅弧室使用了縱向磁場結構，觸頭直徑為100mm。實驗中觀察了兩種不同磁場強度下的大開距（60mm）真空電弧特性包括真空電弧的高速攝影和電弧電壓特性，可以從中觀察到縱向磁場對燃弧過程的影響。實驗使用的觸頭結構為兩種用于126kV真空斷路器上的2/3匝新型縱磁觸頭，觸頭直徑均為100mm，開距為60mm，觸頭材料為CuCr50。由于觸頭片與線圈的安裝角度不同，觸頭A在40kA，30mm開距下的最大磁場強度為257mT，而觸頭B的最大磁場強度為514mT，磁場分布對比如圖3-37所示。

兩種觸頭均安裝在126kV可拆滅弧室中，如圖3-38所示。實驗電流由單頻振蕩回路提供，通過拉弧的方式產生真空電弧。高速攝影機可以透過可拆真空滅弧室的觀察窗對觸頭間真空電弧進行觀察，電弧拍攝速度為10000pps，曝光時間為2μs。電流峰值從5～22.8kA在試驗過程中平均分閘速度（10ms內的平均速度）為（3±0.1）m/s。

圖3-37 實驗用兩種126kV觸頭結構的磁場分布對比

a）觸頭A b）觸頭B

圖3-38 實驗用可拆滅弧室示意圖

實驗拍攝結果見表3-7。觸頭A對電弧的控制遠遠小于磁場強的觸頭B。尤其在大開距下，觸頭A在通過峰值10kA以上的電流時，電弧已經出現在觸頭側面起弧的現象（見圖3-39）。由于在126kV觸頭結構中，觸頭的材料是易于開斷的CuCr合金，而其他部分包括線圈和導電桿都是無氧銅。一旦電弧燃燒在觸頭側面的線圈以及導電桿上，則會產生大量的Cu金屬蒸氣，甚至會出現金屬液滴，對開斷極為不利。另外，還出現了電弧燃燒在觸頭片與線圈之間以及線圈夾縫之間的現象，造成部分電流分流，從而降低了線圈產生的磁場強度。相比較下磁場強的觸頭B則沒出現明顯側面燃弧現象，電弧相對要控制得較好，更有利于開斷。

表3-7 兩種觸頭開斷過程中電弧形態

注：電弧電流峰值為22.8kA，上觸頭為陰極，下觸頭為陽極，燃弧時間均為10ms。

圖3-39 觸頭A試驗中電弧在觸頭側面發生燃燒

a）側面起弧 b）觸頭片與線圈夾縫燃弧 c）線圈夾縫燃弧