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
真空电弧熄灭后的介质强度恢复机理探析
【摘要】：从熄弧前的几十伏电弧电压到能承受近100kV的电压需要一个过渡过程，这一过渡过程即为真空燃弧间隙介质强度恢复过程，简称恢复过程。在恢复过程中，真空间隙能承受外加电压的能力随时间的变化规律即为该真空间隙介质强度的恢复特性。燃弧时间对介质恢复过程也有影响。纵向磁场的灭弧室具有较快的恢复速度。图6-28 真空电弧熄灭后介质强度的恢复特性试验电流为250A，电极材料为 a）银 b）铜 c）铍 d）铁
对于工频电流的电弧，在电弧电流接近自然零点时，由于金属蒸气不足和电源电压不够高而会突然熄灭。熄灭后的真空间隙最终可以承受很高的电压。从熄弧前的几十伏电弧电压到能承受近100kV的电压（12mm真空间隙）需要一个过渡过程，这一过渡过程即为真空燃弧间隙介质强度恢复过程，简称恢复过程。在恢复过程中，真空间隙能承受外加电压的能力随时间的变化规律即为该真空间隙介质强度的恢复特性。熄弧后真空间隙在恢复电压的作用下有可能被击穿而引起电弧的重燃。引起重燃的原因有：①燃弧和燃弧后电极放出过量的气体；②阴极表面吸附微小的绝缘物和金属微粒等维持着较强的场致发射作用而重新形成阴极斑点；③恢复电压的电场强度超过500kV/cm以上产生场致击穿；④电流过零后间隙有残余粒子碰撞继续维持较高的游离密度。在恢复过程初期，①和②为重燃的主要原因，而在恢复过程的后期则主要原因为③和④。
图6-27 纵向磁场对真空电弧电压的影响
电弧电流过零电弧熄灭，真空间隙仍存在一定量的残余离子、电子和中性粒子，它们需经过一定的时间才能扩散出真空间隙。随着残余离子、电子和中性粒子不断地扩散，间隙就开始建立承受电压的能力，承受电压的大小主要取决于残余物的扩散情况。此时间隙的介质强度随时间的变化规律为燃烧后真空间隙的固有介质恢复特性。
介质强度恢复特性与触头材料的性质有关。图6-28中所示的为在电弧熄灭后一定时间给真空间隙施加一脉冲电压而得到的不同材料间隙的恢复特性。小原子量的材料可以加速介质恢复，这是因为同一温度下小原子量的原子有较大的速度。由图6-28还可以看出，有些情况下间隙最终达到的介质强度小于初始恢复达到的介质强度，这种现象被称为“高地”现象。
燃弧时间对介质恢复过程也有影响。在同一电流下，燃弧时间越长则需要的恢复时间也越长。由于电极热传导的作用，如果电流较小且燃弧时间大于一定值时，再增加燃弧时间对恢复时间无明显影响。此外，电弧熄灭后真空间隙承受正极性或负极性电压（相对于电弧电压的极性）的能力是不同的。
纵向磁场的灭弧室具有较快的恢复速度。在纵向磁场灭弧室中，由于纵向磁场对电弧的约束使电极不需要蒸发出过多的金属蒸气来维持电弧的燃烧，这样电弧熄灭时间隙的蒸气密度就较低。
总之，减少熄弧时间隙的金属蒸气密度和增大蒸气的衰减速度可缩短真空间隙的恢复时间。
图6-28 真空电弧熄灭后介质强度的恢复特性
试验电流为250A，电极材料为 a）银 b）铜 c）铍 d）铁
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