[科普中国]-磁吹灭弧

利用磁场对电流的作用力达到灭弧的方法称为磁吹灭弧。当需要较大的电动力将电弧吹入灭弧室时，采用专门的磁吹线圈立足够强的磁场。它通常有一匝到数匝，与触头串联(虽也可与电源并联，但很少见)。为使磁场较集中地分布在弧区以增大吹弧力，线圈中央穿有铁心，其两端平行地设置夹着灭弧室的导磁钢板。串联磁吹线圈的吹弧效果在触头分断大电流时很明显，分断小电流时则差一些。1

电弧在开关电器的触头间燃烧，为了减少电弧对触头的烧损和限制电弧燃烧的空间，一般要采用具有较强灭弧能力的灭弧装置来包围，它们采用不同的工作原理，通常有以下几种：

(1)在大气中依靠机械外力将触头分开，拉长电弧。

(2)利用渡过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区域产生磁场，驱动电弧旋转移动或拉长。

(3)依靠磁场的作用，将电弧推进耐弧材料制成的狭缝中加以冷却和消电离。

(4)用绝缘栅片或金属栅片来灭弧。

(5)采用固体产生式材料做封闭灭弧室，一方面提高灭弧室压力，同时也可以利用气体进行吹弧。

(6)采用石英砂等固体颗粒来限制电弧发展和加强冷却。

(7)利用电弧自身能量，分解油气或阻塞弧道，产生高压气体进行吹弧。

(8)利用高压气体吹弧，主要有空气或SF6气体。

(9)采用真空灭弧室进行灭弧。

一般开关电器可以采用其中一种灭弧方式，也可以采用几种方式结合使用。

电弧在磁场中燃烧时，会产生电磁力，即洛伦兹力，这可以应用于熄弧过程。最简单的方法是用电磁力来影响电弧并将电弧导人特殊发散形状的引弧角，从而拉长电弧。电弧的运动和拉长有助于弧柱的冷却和消电离。

增加电弧电压的更有效控制方法是增加电弧隔板。其主要功能如下：

1、使电弧运动和拉长；

2、在绝缘侧壁之间挤压；

3、利用产气材料冷却；

4、利用金属栅片将电弧分割成多个串联短弧，或者利用绝缘栅片阻挡来增加电弧长度。

大部分电弧隋板至少包含上述两种功能。

电弧隔板有两种最基本的类型，每一类型的主要特征是其所采用的电弧栅片的材料不同：

1)采用金属栅片的电弧隔板；

2)采用绝缘栅片的电弧隔板。

采用金属栅片的电弧隔板把电弧分割成在一组平行栅片之间燃烧的多个短弧。利用多个阳极和阴极压降使电弧电压增加，每一短弧在15~20V的量级。弧柱压降取决于决定电弧分割长度的栅片间隔。通过栅片的热传导，电弧冷却作用得到增强。无论电弧电流数值大小，当这些短弧上的电弧电压值低于某一水平而不足以维持阳极和阴极压降时，电弧会自动熄灭。

金属栅片一般是用钢制作的，这是因为钢的铁磁特性有助于吸引电弧并使电弧停留在叠片内部。对于这一类型的电弧隔板，电弧起始时通过发散的引弧角引入到栅片内部，引弧角仅是一对专门设计的用于燃弧的角状物。随后，由电流回路产生的电磁力将使电弧更加深入地运动到隔板内。2

磁吹灭弧装置由磁吹线圈、磁吹铁心、导磁夹板和导弧角等组成。磁吹线圈串联在触头回路中，通过线圈的电流就是电弧电流，线圈电流产生磁通，经铁心、导磁夹极、两触头间形成回路。在两触头间产生较强的磁通，电弧在磁场中受力而运动，很快离开触头而导致在灭弧角上拉长冷却，迫使电弧熄灭。

在大容量的低压开关中，有时需要较大的电动力来驱动电弧进入灭弧室，就可以使用下图所示的磁吹线圈来进行工作。这种线圈一般是与静触头串联，采用较少的匝数绕成，在线圈中间加装铁心是为了减小磁阻以增大磁通，线圈夹在导磁钢板当中，当触头分开时，磁场垂直于电弧，产生的电动力驱使电弧向一个方向运动，转移到引弧角等处进行熄弧。

对于采用线圈磁吹的方式灭弧，存在一种矛盾的情况，就是在开断大电流和小电流之间的平衡关系。如果线圈磁场的设计在较大电流下适当的话，那么在较小电流时，就会造成由于电流产生的磁场力不够大而不能有效地把电弧推动到引弧角等处。而如果按照小电流磁吹的设计参数，又会使得在较大电流情况磁吹过于强烈，把触头上的金属液桥等吹到接触区以外，这样会加速触头的磨损。为了解决这一矛盾，在设计上可以适当选择线圈匝数和铁心截面积等参数，使得在开断小电流时磁场较 合适，而在开断大电流时磁路有部分的饱和而不会导致磁场过强。

现在除了在低压领域中使用线圈磁吹原理，在中、高压领域中也有较多的使用，比如日本安川电器的24kV的SF6负荷开关等开关设备都使用了此种灭弧原理。3

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