集聚型交流真空电弧虽在电流过零时造成熄灭的有利时机，电弧熄灭，弧柱区游离质点向四周真空区域迅速扩散。2）加强横向磁吹、使集聚型交流真空电弧在工频半周的末尾重新转变为扩散型电弧，使在电流过零后不会再引起重燃而熄灭。截流现象的产生，正是由于小电流时真空电弧的不稳定性造成的。......
2023-07-02
交流短弧熄灭原理及作用机制
【摘要】：在空气中，交流短弧的熄灭原理与长弧的熄灭原理根本不同。在交流短弧的熄灭过程中，起主要作用的是阴极的介质恢复强度。根据斯列宾的数据，从电弧电流过零时起，近阴极空间几乎立即恢复介质强度160～250V，这称为短弧的初始介质恢复强度。他认为熄灭短弧的去离子栅灭弧室的作用在于，金属栅片的良好导热性和相当大的热容量使电弧熄灭。低电压交流开关电器中，熄灭电弧的方法基本上与直流开关电器相同。
在空气中，交流短弧的熄灭原理与长弧的熄灭原理根本不同。在交流短弧的熄灭过程中，起主要作用的是阴极的介质恢复强度。在电流过零后0.1～1μs之间，在阴极区域就恢复介质强度，这称为近阴极效应。
在有电弧燃炽的空间中，当电流过零时，在间隙中仍有正和负的带电体，可假定这些带电体是沿间隙均匀分布的。当在电极上开始出现电压时，比正离子速度大1000倍的电子就向阳极运动，并可认为阴极附近的电子立即进入阳极。与电子相比较，正离子可认为是不动的，因此，在阴极附近形成正空间电荷。这时，在阴极附近没有电子存在，这一层空间可认为是不导电的。为了使阴极上重新出现电子，就必须在阴极表面有足够大的电场强度。根据斯列宾的数据，从电弧电流过零时起，近阴极空间几乎立即恢复介质强度160～250V，这称为短弧的初始介质恢复强度。
在有正空间电荷情况下，电弧阴极区电压分布是不均匀的，电位梯度在阴极表面附近急剧增加，而向阳极方程方向减少，如图6-18所示。
下式给出了阴极表面上（x=0）的电位梯度与电极间外加电压Uc的数值关系：
式中 U——以距阴极距离x为函数的电压值（V）；
x——距阴极的距离（cm）；
ni——离子密度（cm3）。
由此可见，
的数值与电极间电压Uc有关，并且与离子密度ni有关。当电流接近零时，离子密度ni等于初始值ni0，ni0值在电流不很小时与电流关系不大。当电流小于50A且过零时，ni0显著下降；当电流大于1000A时，ni0变化不大。
图6-18 短弧间隙中电压及电位梯度的分布
假定ni值与电流关系不大，就可从式（6-44）得出结论：对于所有相同的短间隙，其初始介质恢复强度应当是常数。例如，根据斯列宾的数据，铜的冷电极是250V，而铜的热电极则是160V。
在电流过零初始介质恢复强度以后的几百μs中，间隙中正负离子复合，带电粒子向电极表面和周围的空间扩散，因此，离子密度下降而介质恢复强度上升，很快达到间隙击穿强度的80%～90%。以后，间隙温度降低较慢，介质强度恢复也较慢，大约到0.01s才全部恢复。
1960年塔也夫发表了对铜电极短间隙介质恢复强度研究的结果。他认为熄灭短弧的去离子栅灭弧室的作用在于，金属栅片的良好导热性和相当大的热容量使电弧熄灭。而斯列宾认为，去离子栅灭弧室的熄弧作用主要是依靠近阴极效应。实际上按照塔也夫的结论，这已不属于熄灭短弧的原理，短弧的定义不仅在于它的间隙短、电压低，主要在于电极的作用和近阴极效应在过程中起决定作用，而弧柱中的过程并不起主要作用。
低电压交流开关电器中，熄灭电弧的方法基本上与直流开关电器相同。从灭弧室来说，可分为两类，即去离子栅式和狭缝式。
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