因此如何合理的設(shè)置鐵芯以及如何合理的設(shè)計(jì)鐵芯結(jié)構(gòu)成為提高真空滅弧室可靠性的關(guān)鍵。針對(duì)杯狀縱磁真空滅弧室觸頭，本文設(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)的鐵芯，一種是結(jié)構(gòu)為環(huán)狀的鐵芯，為了減小渦流的影響，在環(huán)形鐵芯上開(kāi)一個(gè)間隙為1 mm 的斷口;另一種結(jié)構(gòu)為圓周方向布置的柱狀鐵芯，柱狀鐵芯相互不接觸，因此可以更好的減小渦流的影響。采用有限元分析方法對(duì)比分析了兩種不同結(jié)構(gòu)鐵
芯對(duì)縱向磁場(chǎng)和剩余磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)滯后時(shí)間的影響。  觸頭結(jié)構(gòu)模型  文中仿真所采用的兩種不同鐵芯結(jié)構(gòu)的觸頭模型如圖1 所示，觸頭杯均有4 個(gè)杯指，為了防止觸頭片上產(chǎn)生渦流，對(duì)應(yīng)的在觸頭片上開(kāi)有四個(gè)周向均勻布置的徑向直槽。觸頭外徑尺寸為78 mm，壁厚11 mm，弧柱直徑與觸頭外徑尺寸相同，柱狀鐵芯12 個(gè)，仿真模型中觸頭開(kāi)距為10 mm，杯座材料為無(wú)氧銅，支撐盤(pán)材料為不銹鋼，觸頭片材觸頭在高真空中分離時(shí)，其電弧表現(xiàn)形式與外觀特性都與在空氣中的情形有較大區(qū)別。真空斷路器的擊穿機(jī)理目前主要有場(chǎng)致發(fā)射、粒撞擊和粒子交換
三種假說(shuō)，在短間隙真空斷路器的相關(guān)研究中，通常由場(chǎng)致發(fā)射效應(yīng)占主導(dǎo)。在觸頭斷開(kāi)時(shí)刻，整個(gè)陰極表面會(huì)產(chǎn)生金屬蒸氣。理論上是由于觸頭分開(kāi)瞬間，電流集中在觸頭表面某點(diǎn)上，導(dǎo)致金屬橋熔化且部分金屬原子發(fā)生電離。隨著觸頭開(kāi)距的增大，場(chǎng)致發(fā)射與間隙擊穿增強(qiáng)，觸頭表面金屬凸點(diǎn)不斷溶化并向觸頭間隙補(bǔ)充金屬粒子。此時(shí)陰極斑點(diǎn)會(huì)在陰極表面形成，并有更多的高能等離子體形成并擴(kuò)散至間隙內(nèi)。電弧引燃后，充滿等離子體的電極間
隙變成良好導(dǎo)體，同時(shí)陽(yáng)極開(kāi)始向電弧提供粒子。在縱向磁場(chǎng)作用下，電弧等離子體由觸頭中心向周?chē)鷶U(kuò)散，此過(guò)程會(huì)維持一段時(shí)間。對(duì)于交流真空斷路器而言，電流到達(dá)峰值后會(huì)逐漸減小，兩觸頭向等離子體提供的粒子同樣減少，此時(shí)電極間隙內(nèi)主要為弧后殘存粒子，伴隨著觸頭完全斷開(kāi)，殘存粒子逐漸擴(kuò)散至消失，斷路器完成開(kāi)斷。  真空電弧等離子體的產(chǎn)生過(guò)程，可以表現(xiàn)為觸頭開(kāi)距增大、觸頭表面金屬蒸發(fā)，伴隨場(chǎng)致發(fā)射效應(yīng)和金
屬電離，由于兩極電子、金屬離子的不斷補(bǔ)充，終形成電弧。在電弧等離子體的研究方面，王景、武建文等運(yùn)用連續(xù)光譜法分析了電子溫度和電子密度，并討論了中頻情況下，電弧過(guò)渡及擴(kuò)散兩種形態(tài)。胡上茂、姚學(xué)玲等利用RC 阻容式電荷收集器，對(duì)初始等離子體的觸發(fā)特性進(jìn)行了研究。舒勝文、黃道春等通過(guò)對(duì)真空斷路器開(kāi)斷過(guò)程的再研究，提出數(shù)值方針結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法，給出開(kāi)斷過(guò)程不同階段所需的數(shù)值仿真方法及關(guān)注點(diǎn)。趙子玉等通過(guò)C
CD 攝像技術(shù)，分析了真空電弧的重燃及抑制措施

對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)操作，得到內(nèi)部高能等離子體及電弧外部輪廓的時(shí)間-
面積變化曲線。從引弧、穩(wěn)定燃弧、熄弧及弧后介質(zhì)恢復(fù)四個(gè)角度，對(duì)不同階段的電弧面積變化做出定量分析，并探究電弧熄弧階段電弧內(nèi)外面積差變化。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)分析不同階段的等離子體形態(tài)變化，能夠找到電弧平穩(wěn)燃弧及弧后介質(zhì)恢復(fù)的關(guān)鍵點(diǎn)，為高壓等級(jí)真空斷路器研發(fā)設(shè)計(jì)及后期電弧形態(tài)診斷提供進(jìn)一步參考。  隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，真空斷路器的生產(chǎn)數(shù)量逐漸超過(guò)中壓SF6開(kāi)關(guān)。由于其體積小、開(kāi)斷壽命長(zhǎng)和電
流容量大等優(yōu)點(diǎn)，真空斷路器的應(yīng)用范圍越來(lái)越多向高壓、超高壓擴(kuò)展。真空電弧是斷路器觸頭斷開(kāi)時(shí)，依靠蒸發(fā)金屬蒸氣并電離來(lái)維持的低溫等離子體，其形成、發(fā)展和后熄滅對(duì)開(kāi)斷電路有著重要影響。研究真空電弧等離子體的形態(tài)特征，對(duì)斷路器電場(chǎng)、磁場(chǎng)設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用。 通過(guò)對(duì)高速攝像機(jī)采集到一組真空電弧分析，t= 0.2～6.8 ms 為引弧和穩(wěn)定燃弧階段，此階段電弧形態(tài)主要為陰極斑點(diǎn)形成和電弧等離子體充滿真?zhèn)€觸頭間隙，因此時(shí)兩極不斷向間隙補(bǔ)充電子及高能粒子，故此時(shí)雖電弧整體輪廓不斷增大，但擴(kuò)散現(xiàn)象并不明顯。為更加清晰地展示內(nèi)外電弧幾何形態(tài)區(qū)別，本文主要對(duì)熄滅階段及弧后介質(zhì)恢復(fù)階段的電弧形態(tài)做出
后期處理，對(duì)穩(wěn)定燃弧階段的內(nèi)部高能等離子體形態(tài)未做出細(xì)節(jié)分析。t=6.9ms 開(kāi)始為真空熄弧階段，內(nèi)外面積差開(kāi)始激增，內(nèi)部高能等離子體面積逐漸減小，電弧外部輪廓在縱向磁場(chǎng)作用下維持?jǐn)U散狀態(tài)，其電弧原始圖像與內(nèi)部高能等離子體分布二值圖像如圖6。圖中可看出內(nèi)部高能電弧即將從兩極分?jǐn)嚅_(kāi)來(lái)，外部電弧輪廓基本維持在穩(wěn)定擴(kuò)散狀態(tài)。  t = 7.5 ms 以后熄弧階段開(kāi)始向弧后介質(zhì)恢復(fù)階段過(guò)渡，內(nèi)部等
離子面積分布迅速減小，外部電弧輪廓也出現(xiàn)縮小現(xiàn)象，