29第1部分真空开关的基础理论电流时，电弧电压减到15~16V，噪声电压大多数脉冲值超过25V，个别脉冲值超过了60V。此外，在电流波动变化很陡的情况下，噪声电压变动更大，有时可达百伏甚至上伏，这将会引起电气设备绝缘部分遭到击穿的可能。噪声电压的产生是由于触头1：力图拉出足够的金属蒸气，以维持所引起的真空电弧。2.2.2真空电弧的伏安特性真空电弧电压的第二个150特点是电弧电压随着电流的增大而上升，具有正的伏安>100特性不像高气压下的电150弧，电狐电压是随着电流的20增加而下降的负伏安特性。L102103104图1.2-5所示为用铜作电极、电弧电流/A直径为2.5cm、开距为图1.2-5真空电弧的伏安特性0.5cm所作试验的结果1*。1一电极熔化前的电弧电压图中示出了三个不同电流区2一电极熔化后的电弧电压域的伏安特性。区域1：电流在0~1000A之间，电弧电压儿乎不随电流变化，这足由于电流较小，阴极斑点不多，等离子锥几乎没有重叠，实际上只是一些独立的小电弧并联燃烧，电子电荷几乎完全被正电荷中和，因而等离子区的压降不随电流变化而变化，区域：电流在1000~6500A之间，电弧电压随电流的增加而明显提高，电弧电路从20V左右平稳地提高到差不多40V。电孤电压升高的原因是由于等离子区蒸气密度逐渐提高，粒子间的碰撞变得越来越频繁，因而等离子区的电压降逐渐增大。区域Ⅲ：电流超过6500A时，电弧电压突然升高，可达100V以上。电弧电压的升高是由于出现阳极压降造成的。一且阳极压降形成以后，电弧电压的变化就变得很不稳定。阳极压降形成后不久，电极就产生严重熔化，电弧电压可能重新降低。真空电弧电乐在小电流下也是止伏安特性，这在前边已提到，只
30真空开关技术与应用30 不过变化较为微小面28已。戴维斯（Davis）和Mo_Ta26米勒（Miller）[7]在电极24ZT直径为1.27cm、开距为V22ESAT0.5cm条件下，用几种20Ni不同阴极材料作了小电18流下的伏安特性试验，S16C如图1.2-6所示，从图14Ca中可以看出，它们都是.1210趋向于上升的正伏安特0性。电弧电压平均值最200100400300电弧电流/A低的是金属钙，为12V左右，最高的是钼，也图1.2-6几种不同阴极材料在小电流下的伏安特性不过25V左右。2.2.3交流真空电弧电压特性上面所讨论的是直流真空电弧下的电弧电压特性，下面我们将介绍交流真空电驱下的电弧电压特性：交流真空电弧与直流真空电孤从本质上分析没有多大差别，仅仅是交流真空电弧孤的电压在半周波内随着电流的正弦变化雨变化。在5000A以下的交流电流与电弧电压的波形如图1.2-7a所示，图中真空电孤电压差不多随着电流变化，计附加有微小的高频噪声电压分量。当电流大于5000A时可能出现两种情况第-一种情况姐图1.2-7b所示，在电流峰值附近出现电弧电压的突然上升，这是由于阳极形成了阳极压降，并且变得十分不稳定，有显著高频噪声电压分量。这时电弧已变成了集聚型真空电弧，但时间很短，阳极和阴极熔区熔化程度十分轻微。当电流降低到形成极压降以下时，电孤形态又重新变成典型的扩散型真空电弧。第二种情况如图1.2-7c所示，前面的一段过程基本上与第一种情况相同，所不同的地方是在变成集聚型真空电孤后，经过一段不长的时间，电弧电压很快地下降，并变得稳定。电瓣电压下降的原因是因为阳极和阴极上形成大块的熔
31第1部分真空开关的基础理论r.u区1电极产生严重熔化并出现阳极斑点。在工频半周波的其余时间里电流零线便一直维持集聚型形态，不再可能电压零线回复到扩散型真空电弧。a)伏夏尔（Voshall）i9]用铜作触1.t头，直径为8.6cm，在真空没有外磁场，交流电流在100～25000A电流零线电压琴线（有效值）的范围内作了电流与电弧电压的伏安特性。在小电流情况b)I.U下，电弧电压差不多是一个常数，与电流瞬时值无关。但在大电流情况下，有显著差异。拍摄下来的波电流零线电压零线形图如图1.2-8所示，可区分为三c)个阶段：①建立电弧电压的起始阶图1.2-7不同电流下的交流段；②电弧电压达到峰值阶段；真空电弧电压波形③电弧熄灭前的最终阶段。试验电a）扩散型真空电弧流为15kA，试验电压为1200V。在b）过渡型真空电弧c）集象型真空电弧不同电流下的电弧电压起始和最终注：时间一每格2u8值的关系如图1.2-9所示，电孤电电流！每格5kA电压U—每格25V。压差不多与电流无关。而电弧电压的峰值则与电孤电流有密切的关系，如图1.2-10所示。当电流小于5kA时，电弧电压变动较小（接近为26V左右），实际上接近等于阴极压XS降。当电流大于5kA以后，电弧电压差不多与电流成线性增长。在大电流下的交流电弧，当电流达到峰值以后，除了上述的因素图1.2-8大电流情况下，会使电弧电压显著增长外，电弧孤电电弧电压的三个阶段压还往往由于电极结构的原因，使1初始阶段2峰值阶段电弧自身产生一个向电极四周作扩3一最终阶段
32真空开关技术与应用展运动的电动力、，拉长50A/40电弧，造成电弧电压增出30)长。在电孤运动的过程20210中，电弧是经过冷电极2468101214161820222426表面伸长到边缘面使电瓶电流（rms)/kA弧柱圣弯曲形状，这无凝拉长了电弧的长度。图1.2-9电弧电压初始值和最终值伊藤【]的试验报售证实与电弧电流的关系1一初始2一最终了这一论点。图1.2-11所示就是伊藤在交流电流峰值为24.6kA，用直径为100mm的铜电极所作试验的结果。从图中可以看出，电孤电压峰值已超出100V。180140A/120:140Z.10080100上市60960402022C6108121620242849n时间/ms电邮电流（tms)/kA图1.2-10电弧电压峰值与电图 1.2-11电弧电乐与燃弧时的特性弧电流的关系1~电弧电流V--电弧电压2.2.4纵向磁场下的真空电弧电压特性近十几年在研究纵问磁场对电弧电压的影响方面已作了大量的工作，不论是理论分析还是实验记录都已证实：当外加纵向磁场强度适当时，将有显著降低电压的效果。这对提高真空断路器的分断能力具有上分要的经济意义。当前这一研究已在实际的真空灭弧室中推广应用、我们将在后面几章中详细讨论这些具体间问题。这里只阐述外加纵向磁场后对电弧电压的影响。我们以日本兰菱公司伊藤等："！所做的试验为例：当在电孤的轴
3.3第1部分真空开关的基础理论向外加稳定的磁场后，60磁场抑制了弧柱的运50动，使得弧柱等离子体AAO/出电题电3.向外扩散的作用大为变30慢，从而降低了径向离29子和电子的损失，弧柱10的电弧电压得到了降102003040低。图1.2-12所示为电电弧电流峰值/kA弧电压与电弧电流的关图1.2-12外加纵向稳定磁场后，系，尽管电弧电压随着电弧电压与电弧电流间的关系1间院为30mm2间隙为10mm电流的增加而增加，但3一伊骤所作的试验结果其绝对数值比没有外加[-电弧电流V-电瓶电旺纵向磁场时要低得多。典型的电弧电压波形可分三个阶段来说明：第一个阶段是电弧电压剧烈增长的部分，这是由于外来磁场较弱，以及电流的剧增，电弧急速变宽：第二个阶段是电弧电压平坦的部分、电流变化率变低，稳定磁场比较强的部分：第一个阶段与第一个阶段的情况相反，是电流急速下降，电弧半径变大，因此对有效电场E+UB。的后一项UB。影响较大（U为沿着电弧半径方向护展的速度，B。为圆周方向的磁场），综合的影响使电弧电压下降变缓。2.3真空电弧的阳极斑点2.3.1阳极斑点的形成及原因研究真空电弧的阳极班点现象主要是分析其原因利它对真空开关分断能力的影响，尤其是在出现阳极斑点的同时往往遭致触头严重熔化，并产生过量的金属蒸气。当用真空开关分断工频交流电路时，这些过量的金属蒸气还会在触头间于电流过零后持续一段时间，并使介质恢复的速度降低，从而可能造成真空开关分断失败。下面我们将分析出现阳极斑点现象的有关问题。利许（Rich）"：、肯勃林（Kimblin）i2/3和密许尔（Mitch-