真空灭弧室的结构及工作原理

真空灭弧室结构图

1—静端盖板; 2—主屏蔽罩; 3—触头; 4—波纹管; 5—动端盖板; 6—静导电杆; 7—绝缘外壳; 8—动导电杆

真空灭弧室是真空开关的核心部件，真空开关的合、分操作，是通过位于真空灭弧室外的操动机构使真空灭弧室内的一对对置触头闭合或分离来完成的。真空灭弧室的基本结构如上图，其外壳由陶瓷或玻璃等无机绝缘材料制成，呈圆筒状，两端用金属盖板封接组成一个密闭容器；内部有一对触头，静触头固定在静导电杆上，动触头固定在动导电杆上。由于动导电杆和金属盖板之间密封有波纹管，所以动导电杆可以沿轴向运动从而带动触头完成合、分动作。为均匀内部电场分布，在触头和波纹管周围都设有屏蔽罩。真空灭弧室内部为高真空（≤1x10-3Pa）。当动触头在操动机构作用下合闸时，动、静触头闭合，电源与负载接通，电流流过负载。反之当动触头在操动机构作用下带电分闸时，触头间产生真空电弧，真空电弧依靠触头上蒸发出来的金属蒸汽维持。当工频电流过零时，金属蒸汽将停止蒸发，同时由于真空电弧的等离子体快速向四周扩散，电弧就被熄灭，触头间隙很快地变为绝缘体，于是电流就被分断。
真空电弧不是靠电极间气体分子的电离来维持的，它是依靠电极材料蒸发所形成的金属蒸汽的电离维持的。当真空灭弧室的触头在真空中带电分离时，电接触表面积迅速减小，最后只留下一个或几个微小的接触点（金属桥），在金属桥上电流密度非常大。随着金属桥缩小，其电流密度增大，温度也越来越高。最后金属桥熔化并蒸发出大量的金属蒸汽。金属蒸汽温度很高，同时又存在很强的电场，这样就会导致强烈的场致发射和金属蒸汽的电离，从而发展成真空电弧。由于触头的特殊构造，可使电弧均匀分布在触头表面，从而减小电弧能量和触头的电腐蚀速度，并使真空灭弧室具有较高的弧后介质强度恢复速度。燃弧过程中产生的金属蒸汽被屏蔽罩表面冷凝，释放的少量气体中的一部分被凝聚的金属蒸汽所吸收，一部分被管内吸气剂吸收，使真空灭弧室内一直维持高的真空度。