真空断路器触头的设计和工作原理

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：触头为真空断路器最为重要的元件，它基本上决定了断路器的开断能力和电气寿命。真空断路器的开断能力通常取决于触头直径，并且与其呈线性关系。它多用于真空接触器。这种结构的触头广泛用于大容量真空灭弧室，其开断能力可高达40～60 kA。

触头为真空断路器最为重要的元件，它基本上决定了断路器的开断能力和电气寿命。根据工作原理的不同，触头可分为非磁吹触头和磁吹触头两大类：前者为圆柱形，形状最简单，机械强度好，易加工，但开断电流较小（有效值在6 kA以下），一般只适用于真空接触器和真空负荷开关；后者有横向磁吹和纵向磁吹的两种，横向磁吹可增大真空开关开断电流，而纵向磁吹又能进一步提高开断电流，使灭弧室的体积大为缩小，提高真空断路器的竞争能力。

真空断路器的开断能力通常取决于触头直径，并且与其呈线性关系。

1.触头材料

真空断路器要求触头材料开断能力大、耐压水平高、耐电侵蚀，还要求含气量低、抗熔焊性能好、截流值小。纯金属材料一般不能同时满足上述要求，需采用多元合金。

目前小容量的真空接触器较广泛地采用铜-钨-铋-锆合金或钨-镍-铜-锑合金制作触头，在开断电流小于4 kA时，性能较高，截流值比钨都低。

大容量真空灭弧室的主导电部分可选用铜-铋合金、铜-铋-铈、铜-铋-银、铜-铋-铝以及铜-碲-硒等三元合金制作触头。它们的导电性能好，电弧电压低，可提高抗熔焊性和降低截流水平。

2.几种常用的触头

1）圆柱形触头

圆柱形触头的圆柱端面是作为电接触和燃弧表面，真空电弧在触头间燃烧时不受磁场的作用。在触头直径较小时，极限开断电流和直径几乎呈线性关系，但当直径大于50 mm后，继续增大直径，极限开断电流增加不多。它多用于真空接触器。

图6-14为横吹中接式螺旋槽触头，在其中部有一突起圆环，圆盘上开有3条螺旋槽，从圆环外周一直延伸到触头外缘。当触头闭合时，只有圆环部分接触.触头分离时，在圆环上产生电弧。由于电流线在圆盘处拐弯，在弧柱部分产生了与弧柱垂直的横向磁场。如果电流足够大，则真空电弧发生集聚的话磁场就会使电弧离开接触圆环向触头外缘运动，把电弧推向开有螺旋槽的触头表面——旋弧面。一旦电弧转移到此面上，触头电流就受到螺旋槽的限制，只能按图中虚线所示路径流通。垂直于触头表面的弧柱受到力F的作用，其切向分力F″使电弧沿切线方向运动，在触头外缘做圆周运动，从而被熄灭。这种结构的触头广泛用于大容量真空灭弧室，其开断能力可高达40～60 kA。

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图6-14　横吹中接式螺旋槽触头（横向磁吹触头）

图6-15为横吹杯状触头，其接触面上开了许多斜槽，且动、静触头的斜槽方向相反，使接触端面形成相当多的触指。当触头分离产生电弧时，电流经倾斜的触指流通，产生横向磁场，驱使真空电弧在杯壁的端面上运动。当开断大电流时，许多触指上同时形成电弧，环形分布在杯壁端面。每一束电弧都是电流不大的集聚型电弧，且不再进一步集聚，这就是所谓半集聚型真空电弧。此电弧电压比螺旋槽的低，电侵蚀较小。因此，在相同触头直径下，杯状触头的开断能力比螺旋槽的大，电寿命也长。

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图6-15　横吹杯状触头

2）纵向磁吹触头

图6-16为纵向磁吹触头，其背面安装有电流线圈，产生与电弧电流成比例的纵向磁场。电流从中心导电杆流入，并分成4个部分，由线圈中心部沿径向呈放射状向外分流，再通过圆弧部，然后流入触头。流经圆弧部的电流会产生与电弧轴线平行的纵向磁场。该磁场可使电弧电压降低和集聚电流值增大，从而明显地提高触头的开断能力和电寿命。

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图6-16　具有纵向磁吹线圈的触头

1—触头；2—电极；3—磁吹线圈；4—导电杆；5—电弧。

真空断路器触头的设计和工作原理

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