因此如何合理的設置鐵芯以及如何合理的設計鐵芯結構成為提高真空滅弧室可靠性的關鍵。針對杯狀縱磁真空滅弧室觸頭，本文設計了兩種不同結構的鐵芯，一種是結構為環(huán)狀的鐵芯，為了減小渦流的影響，在環(huán)形鐵芯上開一個間隙為1 mm 的斷口;另一種結構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比分析了兩種不同結構鐵
芯對縱向磁場和剩余磁場以及磁場滯后時間的影響。  觸頭結構模型  文中仿真所采用的兩種不同鐵芯結構的觸頭模型如圖1 所示，觸頭杯均有4 個杯指，為了防止觸頭片上產生渦流，對應的在觸頭片上開有四個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，仿真模型中觸頭開距為10 mm，杯座材料為無氧銅，支撐盤材料為不銹鋼，觸頭片材觸頭在高真空中分離時，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理目前主要有場致發(fā)射、粒撞擊和粒子交換
三種假說，在短間隙真空斷路器的相關研究中，通常由場致發(fā)射效應占主導。在觸頭斷開時刻，整個陰極表面會產生金屬蒸氣。理論上是由于觸頭分開瞬間，電流集中在觸頭表面某點上，導致金屬橋熔化且部分金屬原子發(fā)生電離。隨著觸頭開距的增大，場致發(fā)射與間隙擊穿增強，觸頭表面金屬凸點不斷溶化并向觸頭間隙補充金屬粒子。此時陰極斑點會在陰極表面形成，并有更多的高能等離子體形成并擴散至間隙內。電弧引燃后，充滿等離子體的電極間
隙變成良好導體，同時陽極開始向電弧提供粒子。在縱向磁場作用下，電弧等離子體由觸頭中心向周圍擴散，此過程會維持一段時間。對于交流真空斷路器而言，電流到達峰值后會逐漸減小，兩觸頭向等離子體提供的粒子同樣減少，此時電極間隙內主要為弧后殘存粒子，伴隨著觸頭完全斷開，殘存粒子逐漸擴散至消失，斷路器完成開斷。  真空電弧等離子體的產生過程，可以表現(xiàn)為觸頭開距增大、觸頭表面金屬蒸發(fā)，伴隨場致發(fā)射效應和金
屬電離，由于兩極電子、金屬離子的不斷補充，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，電弧過渡及擴散兩種形態(tài)。胡上茂、姚學玲等利用RC 阻容式電荷收集器，對初始等離子體的觸發(fā)特性進行了研究。舒勝文、黃道春等通過對真空斷路器開斷過程的再研究，提出數(shù)值方針結合實驗的方法，給出開斷過程不同階段所需的數(shù)值仿真方法及關注點。趙子玉等通過C
CD 攝像技術，分析了真空電弧的重燃及抑制措施

對采集數(shù)據(jù)進行形態(tài)學操作，得到內部高能等離子體及電弧外部輪廓的時間-
面積變化曲線。從引弧、穩(wěn)定燃弧、熄弧及弧后介質恢復四個角度，對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外面積差變化。實驗表明，通過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)燃弧及弧后介質恢復的關鍵點，為高壓等級真空斷路器研發(fā)設計及后期電弧形態(tài)診斷提供進一步參考。  隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，真空斷路器的生產數(shù)量逐漸超過中壓SF6開關。由于其體積小、開斷壽命長和電
流容量大等優(yōu)點，真空斷路器的應用范圍越來越多向高壓、超高壓擴展。真空電弧是斷路器觸頭斷開時，依靠蒸發(fā)金屬蒸氣并電離來維持的低溫等離子體，其形成、發(fā)展和后熄滅對開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，對斷路器電場、磁場設計有很好的指導作用。 通過對高速攝像機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)主要為陰極斑點形成和電弧等離子體充滿真?zhèn)€觸頭間隙，因此時兩極不斷向間隙補充電子及高能粒子，故此時雖電弧整體輪廓不斷增大，但擴散現(xiàn)象并不明顯。為更加清晰地展示內外電弧幾何形態(tài)區(qū)別，本文主要對熄滅階段及弧后介質恢復階段的電弧形態(tài)做出
后期處理，對穩(wěn)定燃弧階段的內部高能等離子體形態(tài)未做出細節(jié)分析。t=6.9ms 開始為真空熄弧階段，內外面積差開始激增，內部高能等離子體面積逐漸減小，電弧外部輪廓在縱向磁場作用下維持擴散狀態(tài)，其電弧原始圖像與內部高能等離子體分布二值圖像如圖6。圖中可看出內部高能電弧即將從兩極分斷開來，外部電弧輪廓基本維持在穩(wěn)定擴散狀態(tài)。  t = 7.5 ms 以后熄弧階段開始向弧后介質恢復階段過渡，內部等
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，