触头结构及电流路径分析：横向、纵向磁场作用下的电弧电流流向

触头的结构对真空开关的开断能力有很大的影响，上述的对接盘式触头，极限开断电流的能力仅能达到数千安，受阳极斑点的限制不能开断过大的电流。为了提高开断电流，推出了横向磁场及纵向磁场的结构型式，开断电流可达到40～50kA。

1.横向磁场触头结构

横向磁场触头结构见图4-2（a）。横向磁场就是与弧柱轴线相垂直的磁场，它与电流的相互作用产生电动力使弧柱运动；避免电极表面局部过热；抑制或推迟阳极斑点的产生，这对提高极限开断能力有明显效果。磁场是靠触头中的电流流线产生的，上、下两触头具有对称的螺旋线。当触头间形成电弧时，电流流经上、下螺旋线，在触头间（弧柱上）产生的磁场为半径方向，在弧柱中的电流作用力作用下驱使电弧沿圆周方向运动，在触头表面不断地旋转，因此电弧产生的热量能均匀地分散在较大范围的面积上，减轻局部过热现象。这类触头在20世纪60年代的真空开关产品中使用取得较好效果，使当时的产品开断能力提高到30～40kA。

横向磁场有阿基米德螺旋槽形和斜槽形两种，见图4-2和图4-3。当电弧电流流经横向磁场触头时，由磁场B产生横向作用力F来驱使真空电弧不断在触头表面运行，使电弧扩散直至灭弧。

图4-2　螺旋槽形横向磁场触头结构

（a）触头；（b）电流路径；（c）磁场力方向1—铜合金基弧触头；2—铜基触头；i—电弧电流；i1，i2—电弧电流分量；F—横向磁场力；B—横向磁场

2.纵向磁场

当电弧电流流经纵向磁场触头时，产生的真空电弧具有扩散型电弧的基本特性，然后再由扩散型电弧转变到集聚型电弧直至灭弧。

（1）单极型纵向磁场（见图4-4）的动、静触头上的线圈完全相同，当电流流过触头及线圈时，其方向一致，电流在弧区内产生纵向磁场，在纵向磁场作用力的作用下进行灭弧，可以大大提高分断能力。

（2）多极型的纵向磁场触头电弧电流的途径、大小、方向以及纵向磁场极性表示在图4-5上。(www.xing528.com)

图4-3　斜槽形横向磁场触头

1—铜合金基弧触头；2—铜基触头；i—电弧电流

图4-4　单极型纵向磁场触头

i—电弧路径；F—纵向磁场力

图4-5　多极型的纵向磁场触头

（a）触头；（b）磁力线极性图
i—电弧电流；F1，F2—纵向磁场力；A，B，C，D—磁场区域；a，b，c，d—电弧电流路径

可见4个磁力线的极性在对角的1/2区域是相同的，同时在轴中心上由于A、B或者C、D区域磁场相互抵消而没有磁场，并不产生涡流效应，而在电弧电流到达峰值时能产生较大的纵向合力磁场，在电流为零时剩余磁场相当低。由此，纵向磁场对提高真空断路器的分断能力是十分有效的。