3.5.1 根据阳极燃弧模式图优化分闸特性的方法

根据前面的介绍，真空灭弧室存在一个在不同电流与开距下的阳极燃弧模式图。该分布图与灭弧室的材料，触头直径（包括触头结构以及灭弧室结构）有关，而与分闸速度的关系不大。在分闸速度确定的情况下，真空灭弧室的开断过程仅仅是电流与开距的关系，从而在该阳极放电模式分布图上可以得到一条表征开断过程的燃弧模式曲线，我们通过对该曲线进行选择性优化，可使其尽量避开对开断不利的阳极斑点模式以及强电弧模式区域，确定优化分闸速度曲线，实现灭弧室成功开断。

图3-33是一个图例，表示了一定的灭弧室的燃弧模式图及在不同触头速度下的燃弧模式曲线。假定该真空灭弧室需要开断1650A（峰值）的电流，燃弧时间为9.5ms左右，当动触头以平均速度为2.0m/s的分闸特性开断时，其燃弧模式曲线如图中虚线所示，阳极表面首先为扩散态电弧。当电流增加到984A（瞬时值），开距为4mm时，阳极首先产生点状斑点；随着电流的增大到1490A（瞬时值），点状斑点转变为块状阳极斑点，此时开距为6.7mm。灭弧室的动触头一直处于阳极斑点模式，一直持续到电流过峰值后减小到1006A（瞬时值），开距为15mm时又转变为点状斑点模式。当电流减小到214A（瞬时值），开距为18.7mm时阳极现象从点状斑点模式转换为扩散态电弧模式，最终维持该模式直到电流过零。

图3-33 不同分闸速度下的阳极燃弧模式情况对比

当以动触头平均速度为1.1m/s的分闸特性开断时，其燃弧模式曲线如图中点划线所示，从触头刚分开始，阳极现象维持在强电弧模式区域中，一直持续到电流为1528A（瞬时值），开距为2.4mm时，阳极表面才转变点状斑点模式，该点状斑点一直持续到电流315A（瞬时值），开距为9.6mm时消失，最终以一个扩散态模式直到电流过零。

从大小两种平均速度可以看到，在2.0m/s速度下，燃弧模式曲线会经过一段阳极斑点模式区域，而在1.1m/s速度下，灭弧室从开始燃弧就存在一个较长时间的强电弧模式，两种情况都对真空开断不利。因此，在阳极放电模式分布图的基础上，拟定出一条能够避开强电弧区域以及阳极斑点区域的燃弧模式曲线，如图3-33中所示优化后的燃弧模式曲线（实线）。该曲线在触头分开始很快就为扩散态电弧，开距很小时能够避开强电弧模式，然后当电流为1574A（瞬时值），开距在3.25mm时阳极首先产生点状斑点，并且一直在点状斑点区域中达到电流峰值1650A，然后电流下降为1006A（瞬时值），开距为4.89mm时，阳极现象消失，最后达到电流过零。

将图3-33中的三条分闸燃弧模式曲线转化成与时间相关的分闸特性曲线（见图3-34）后可以看到，平均分闸速度为2.0m/s的分闸特性曲线中，阳极斑点存在的时间为3.6～7.8ms，而阳极有活跃现象的时间从1.9ms持续到9.5ms；平均分闸速度为1.1m/s的分闸曲线中，强电弧模式存在的时间为0～3.8ms，并且直到9.6ms后阳极不再活跃；而优化后的分闸特性曲线开断1650A峰值电流时，阳极表面只出现点状斑点模式，点状斑点从4.1ms持续到4.89ms。该优化后的分闸曲线在分闸初始时需要一个比较快的速度，从而避开强电弧模式，而在电流峰值和电流过零点之间，分闸速度需要降低，从而避免进入阳极斑点模式。

图3-34 三种不同的燃弧模式曲线对应的分闸特性曲线

真空断路器这种刚分速度高，平均分闸速度低的分闸特性曲线从真空电弧大电流阳极放电模式的方面来看，它能够很好地控制在燃弧过程中的阳极表面保持一个良好的状态，降低阳极表面温度，从而提高断路器的电流开断能力。