真空断路器灭弧触头有哪些种类？各种灭弧触头

    真空断路器灭弧触头的种类很多，大致可分为圆盘状触头和磁控触头。磁控触头又可分为横向磁场触头和纵向磁场触头，横向磁场触头又可分为螺旋槽型触头和带斜槽杯状触头，纵向磁场触头又可分为单极纵向磁场触头和多极纵向磁场触头。带斜槽杯状触头还兼有纵向磁场的特性。

    灭弧触头的特点：

   (1)圆盘状触头。早期使用的圆盘状触头是简单的圆柱形，又称平板对接式触头。这种触头易加工，成本低，现在多用于真空接触器和真空负荷开关，或用于开断电流不超过10kA的真空断路器灭弧室中。

   (2)横向磁场触头。横向磁场触头的工作原理是利用触头本身在开断电流时产生的横向磁场驱使电弧不断在触头表面运动，以防止触头表面严重熔化。横向磁场触头分为螺旋槽型触头和带斜槽杯状触头两种。

   1)螺旋槽型触头。内接式螺旋槽触头如图2-6-6所示，起源于美国，它的触头环比电极尺寸小，断路器合闸时，电流通过上、下两个触头环。触头分开后，产生于上、下触头环之间的电弧受到电流流过略微弯曲的路径时自身产生的磁场电动力的作用进入电极（亦称跑弧面）。电极被三条阿基米德螺丝槽所分割，上、下两电极的螺旋槽旋向相反。当电弧在螺旋槽规定的方向移动时，电流可分解为两个分量。其中沿电极直径切线方向的分量对电弧产生一个横向吹弧磁场，它使电弧沿螺旋所指的方向顺着电极周边高速旋转，因此弧根处的电极表面在大约十分之几毫秒的时间里迅速冷却，不致因过热而发生熔化。但当开断电流在40～50kA时，触头端部会因金属熔化出现粘连现象，所以，近年来已被淘汰。

 

图2-6-6螺旋槽触头

   2)带斜槽杯状触头。带斜槽杯状触头如图2-6-7所示，起源于英国，它是带斜槽杯状触头，环形触头由Cu-Cr合金制成，电极的背面是开有斜槽的加强板。图(b)的上、下两个加强板的斜槽方向相反。两个触头闭合时，电流按照斜槽一环状触头的特定路径流动。在触头分离时，出现的真空电弧立即受到按斜槽方向流动的电流沿触头直径切线方向分量产生的磁场力作用进行高速旋转，它的吹弧效果比螺旋槽触头更好。这是因为螺旋槽触头中的电弧必须在由触头环进入电极后并向边缘运动的过程中，才能受到横向磁场力的驱动。图2-6-8所示的触头上、下两个加强板的斜槽方向相同，这样在电流通过时还兼产生一个纵向磁场。用高速摄影技术研究发现，带斜槽杯状触头中同时出现旋转的集聚型电弧和扩散型电弧，它们动态地均匀分布在环形电极上。因此，带斜槽杯状触头的弧压很低，电极熔蚀轻，开断电流可达50kA，现在用于40kA及以下的真空灭弧室。

 

   图2-6-7带斜槽杯状触头

(a)横向磁场触头外形；(b)聚集型电弧电流分布

 

   图2-6-8带斜槽杯状触头

(a)兼带纵向磁场触头外形；(b)扩散型电弧电流分布

   (3)纵向磁场触头。纵向磁场触头的工作原理，当电弧电流通过与其方向一致的磁场时，电弧中离子束因其磁场与该磁场的磁力线相斥而发生分散。利用这一现象的磁场触头能有效地使电弧尽量成为扩散状。采用纵向磁场提高真空断路器的分断能力，在足够的纵向磁场下，触头表面不会产生局部严重熔化，并且具有电弧电压低、电弧能量小的优良特性，十分有利于弧隙介质强度恢复，提高真空断路器的分断能力。纵向磁场触头分为单极纵向磁场触头和多极纵向磁场触头两种，应用广泛。

   1)单极纵向磁场触头。图2-6-9所示是单极纵向磁场触头，它是在触头背面设置一个特殊形状的线圈，线圈串联在触头和导电杆之间，导电杆中的电流分成几路流过线圈的径向导体，进入线圈的圆周部分，然后流入触头。这相当于触头背面加了一匝线圈，形成一个单方向的纵向磁场，通常称作单极纵向磁场。按照电流分成的路数可以有2×1/2、3×1/3、4×1/4匝线圈结构。在结构上，动、静触头完全一样，以实现电流流过触头线圈时的方向一致。由于流过线圈的电流在弧区产生适当的纵向磁场，可大大提高触头的分断能力，例如，直径200mm纵磁场触头的极限开断电流可达120kA。在分断很大电流时，电磨损率仍和圆柱形触头分断小电流时差不多，具有很长的使用寿命。单极纵向磁场触头广泛适用于12kV及以下的真空断路器。

   2)多极纵向磁场触头。除了单极纵向磁场触头外，还有一些两个（或四个）不同极性的多极纵向磁场触头，图2-6-10所示是一种直径为75mm、电极内插有马蹄型铁芯的4极纵向磁场触头的结构原理。这种触头结构在电流峰值时能产生较大的纵向磁场，而在电流为零时所产生的剩余磁场非常低，其特点是更能充分利用电极面积，减少热量损耗，更加提高了开断能力。对促进真空断路器向小型化发展具有重要的意义。

 

    图2-6-9纵磁场触头的典型结构

(a)有3×1/3匝线圈的纵磁场触头；(b)有4×1/4匝线圈的纵磁场触头

 

图2-6-10马蹄铁形4磁极纵向磁场触头