摘要：文章介紹了小型化真空滅弧室具有體積小、電性能及機械特性要求高和成本低的特點，文章圍繞這些特點詳細論述了小型化真空滅弧室設計及制造中需要考慮的要點，對小型化真空滅弧室的研發(fā)具有一定的借鑒作用。

　　0引言

　　隨著真空開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)的設計制造水平日益提高，尤其是開關(guān)的機械特性參數(shù)的越來越科學和穩(wěn)定，使得滅弧室設計不必給過多的裕度就可以滿足開關(guān)的性能要求，滅弧室在結(jié)構(gòu)上也可以向小型化方向發(fā)展。同時，由于固封極柱的出現(xiàn)，開關(guān)的體積在減小，那么滅弧室的小型化更是當務之急。另外隨著西門子，伊頓等合資企業(yè)的出現(xiàn)，使得滅弧室的市場競爭愈演愈烈，那么價格的競爭也是非常關(guān)鍵的，而材料成本通常占滅弧室總成本的50%～60%，小型化的產(chǎn)品可以大大降低滅弧室的材料成本，使其具有良好的市場競爭資格，因此小型化真空滅弧室是滅弧室發(fā)展的一種必然趨勢。

　　1 小型化真空滅弧室的特點

　　通常小型化的滅弧室用于固封斷路器中，所以與同等參數(shù)的普通滅弧室比較而言，小型化真空滅弧室具有以下特點。

　　(1)體積小。

　　(2)電性能及機械特性要求高

　　1) 電極小，開斷電流大。

　　2) 絕緣間隙小，絕緣水平高。

　　3) 回路電阻低。

　　4) 機械壽命長。

　　(3)成本低

　　從以上特點可以看出，小型化真空滅弧室的設計和制造要充分考慮開斷過程中電極對電弧的控制能力，電極的導流導熱能力，電極結(jié)構(gòu)的設計，觸頭材料的選用，絕緣系統(tǒng)的設計，波紋管的設計以及零件和整管的制造工藝問題。同時，小型化真空滅弧室配用的斷路器體積相對較小，那么相間距離有限，相間的電動力對電弧的影響較大，因此在設計滅弧室時還要充分考慮屏蔽外磁場。另外小型化的滅弧室考慮其設計和制造成本，以保證其具有良好的市場競爭能力，為公司創(chuàng)造較高得經(jīng)濟效益。

　　2 小型化真空滅弧室電極設計要點

　　2.1 電極結(jié)構(gòu)的選用

　　目前使用過的電極結(jié)構(gòu)總體上有杯狀橫向磁場電極，平板橫向磁場、杯狀縱向磁場、線圈縱向磁場，帶馬蹄鐵的縱向磁場電極以及平板電極。這些電極結(jié)構(gòu)各有優(yōu)點，針對滅弧室使用的場合以及電參數(shù)的不同，我們可以選用不同的電極結(jié)構(gòu)。

　　(1)橫向磁場電極結(jié)構(gòu)的選用：有關(guān)研究資料認為12kV/31.5kA以下的參數(shù)的滅弧室，使用橫向磁場電極開斷能力優(yōu)于同尺寸的杯狀縱磁場電極(見圖1)，而且回路電阻明顯優(yōu)于杯狀或線圈的縱磁結(jié)構(gòu)電極，但是在開斷過程中電弧對觸頭和屏蔽筒的燒蝕比較大，加之目前滅弧室的短路開斷次數(shù)都比較多，多次短路開斷后,橫磁滅弧室的屏蔽筒就會被甩上的電弧嚴重燒損,從而破壞其絕緣系統(tǒng),因此橫磁電極結(jié)構(gòu)可以應用在12kV/25kA以下的小型化產(chǎn)品中。

　　(2)縱磁場電極結(jié)構(gòu)的選用：縱磁電極有杯狀縱向磁場、線圈縱向磁場，帶馬蹄鐵的縱向磁場電極，縱磁電極在開斷時電弧電壓低，電弧能量小，縱磁場控弧能力強，觸頭的燒蝕量小，在分合閘過程中機械參數(shù)相對穩(wěn)定。其中杯狀縱磁電極加工起來比較簡單，通過調(diào)節(jié)斜槽的傾角和轉(zhuǎn)角就可以有效的控制導流能力和短路開斷能力，使二者都達到較好的水平，因此在中壓大容量小型化滅弧室設計時首選杯狀縱磁結(jié)構(gòu)。帶馬蹄鐵的縱向磁場電極，它的開斷能力是有限用的，目前我們都用在低壓或12kV的負荷開關(guān)和接觸器用滅弧室上。線圈縱向磁場電極，該結(jié)構(gòu)難加工，電極路徑長，雖然磁場強但電阻大不易用于小型化滅弧室中，對于低額定工作電流的滅弧室可以采用。

　　2.2 杯狀縱磁電極的小型化設計

　　電極直徑小，那么滅弧室的直徑就可以小，所以合理的優(yōu)化電極可以較好的實現(xiàn)滅弧室的小型化。下面主要討論杯狀縱磁電極的小型化。

　　大量的磁場計算以及裝管實際試驗證明，在杯狀縱磁電極中引進鐵磁物質(zhì)使電極間磁場得以重新分布，使盡可能大的觸頭表面在磁場的控制范圍內(nèi)，從而提高觸頭開斷利用面積，有效減小觸頭直徑。然而鐵芯的引入會使縱向磁場滯后時間增加，對開斷產(chǎn)生負面影響，所以在引入鐵芯時不但要考慮增強縱向磁場，還要充分考慮減小縱向磁場滯后時間，盡量消除鐵芯引入的負面影響。鐵心的結(jié)構(gòu)設計非常重要，我們公司目前普遍使用的鐵心結(jié)構(gòu)就很好。為減小鐵芯的磁滯可以通過阻斷導磁回路的方法降低磁場滯后。合理結(jié)構(gòu)的鐵芯即保證了磁場強度同時磁滯也很低。下表為使用鐵芯的縱磁場電極與通常的縱磁場電極的開斷能力比較。

 
　　上表的數(shù)據(jù)足以說明使用鐵芯可以有效減小觸頭直徑，有利于滅弧室的小型化設計。

　　2.3 觸頭材料的選用

　　小型化真空滅弧室開斷電流相對同參數(shù)的普通滅弧室苛刻的多而且電阻要求較低，因此我們首選CuCr觸頭材料，該種觸頭材料在開斷能力，導流能力，以及耐電壓強度上都表現(xiàn)的比較優(yōu)越。目前，CuCr觸頭材料有多種工藝制造的，包括，真空熱碳還原熔浸法(溶滲法)生產(chǎn)、混粉燒結(jié)、真空感應熔煉快速凝固法(熔鑄法)以及西門子使用的真空電弧熔煉法，那么選那種工藝的好呢?

　　通過以往的使用經(jīng)驗我們可以知道熔滲法制造的觸頭材料很難避免同材富集現(xiàn)象，這樣極不利于開斷，容易產(chǎn)生容焊，不易用于小型化的真空滅弧室。

　　混粉燒結(jié)的觸頭材料金屬顆粒的晶間結(jié)合差，開斷時容易將觸頭表面的材料拉斷形成缺陷，所以也不利于開斷，其切電容的性能也相對差一些，因此不宜選用。

　　真空感應熔煉快