文档介绍：杯状纵磁触头间隙中纵向磁场滞后时间的空间分布研究
刘志远，王仲奕，王季梅，修士新
西安交通大学电气工程学院，陕西西安 710049
RESEARCH ON明，纵向磁
场滞后时间沿径向减小，其分布形状象开口向下的抛物线的右半部，径向达到杯臂中某处时
纵向磁场滞后时间为零，然后到触头边缘线性增加；纵向磁场滞后时间沿轴向分布的规律是，
越靠近触头中心纵向磁场滞后时间沿轴向的变化越不显著，接近一条直线，越靠近触头边缘
这种变化越显著，直至到达杯壁中间处形成不规则“正弦曲线”分布和触头边缘处纵向磁场
滞后时间的开口朝上抛物线分布。在杯状纵磁真空灭弧室触头结构中，触头中心处电弧在电
流过零时扩散受到的制约作用最显著，沿半径向触头边缘这种制约作用越来越小。
关键词：真空灭弧室；磁场滞后时间；触头；涡流；真空电弧
中图分类号：TM561 文献标识码：A

1 引言
真空断路器是目前中压领域应用广泛，技术性能优越的一种断路器。真空断路器开断大
电流的方式有两种，一种是在真空电弧上施加与弧柱轴向垂直的磁场，即横向磁场，使真空
电弧在触头上快速旋转，产生这种磁场的典型触头结构有螺旋槽触头和杯状横磁触头；另一
种是在真空电弧上施加与弧柱轴向平行的磁场，即纵向磁场，使电弧在大电流下也处于扩散
电弧状态。产生这种磁场的典型触头结构有线圈式触头和杯状纵磁触头。本文对杯状纵磁触
头结构进行研究。
1涡流对真空断路器的开断性能有直接影响。真空断路器中通过 50Hz 交流电流。在纵向
磁场真空灭弧室中，当交流电流过零时，纵向磁场并不立即过零，而是经过磁场滞后时间后
过零。磁场滞后于电流是由涡流引起的。涡流所产生的纵向磁场约束了电弧等离子体在电流
过零后的扩散。在暂态恢复电压（TRV）的作用下，当磁场滞后时间较长时，真空断路器成
功开断的可能性降低。另外，当触头刚刚分离时，在高速摄影机的观测下，可以看到真空电
弧呈一明亮的柱形，随后真空电弧迅速扩散[1]。在涡流的影响下，纵向磁场只有在经过磁场
滞后时间后才能作用在真空电弧上，因此磁场滞后时间长有可能使真空电弧集聚时间增长，
使触头表面烧损趋于严重，这也对真空断路器的成功开断不利。因此涡流及其产生的磁场滞
后成为真空断路器研究和开发人员关注的问题之一。
电磁场有限元分析是研究涡流和磁场滞后时间的有效方法。Paul 用轴对称模型对纵向磁
场真空灭弧室中的涡流进行了分析[2]。Nitta 等对 1/3 匝线圈的磁场进行了三维有限元分析，
考虑了涡流的影响，得到磁场滞后时间标幺值沿电极径向的分布[3]。Stoving 等对 1/3 匝线
圈触头，杯状纵磁触头，马蹄铁式触头和管式触头进行了三维有限元分析，得到触头片中电
流