电场触发的液态金属自收缩与限流器效应探究

镓铟锡合金作为有自恢复特性的液态金属限流器中的填充介质，具有无毒、环境友好等优点。该液态金属限流器是基于填充介质的自收缩效应来工作的［21］，具有结构简单、可反复使用、电极损坏小的优点，结构原理如图9.16所示。

这种限流器由密封外壳、固态电极、液态金属、绝缘隔板和通流孔组成，绝缘隔板将壳体内部的空间分割开，由通流孔和隔层形成搜索扩张结构，从而引起限流器中电流密度和磁场的不均匀分布［21］。当电路短路时，由于通流孔的结构所致，其内的电磁力将随着电流的突然增大而剧烈增强，并使得液态金属发生自收缩效应，从而在孔内产生电弧。很明显，由于多孔串联，故可产生高于系统所加电压的电弧电压，从而起到限制短路故障的作用。

图9.16　液态金属限流器的工作原理［21］(www.xing528.com)

a.限流器结构；b.自收缩效应原理。

这里对电弧在液态金属中的起弧作简要介绍［21］。一方面，因收缩效应导致液态金属的自由表面出现凹陷（图9.16），从而形成气泡并在通流孔不断向下延伸，将其下方液态金属挤压，最终挤断孔中的液态金属柱；另一方面，短路电流产生的焦耳热集中于被气泡挤断前的最后一个液滴上，可使其快速升温至沸点，从而导致爆炸式气化，最终导致液态金属被挤断的间隙中充满了镓铟锡金属高温蒸汽，进而形成电弧。

这种自复式熔断器可以反复使用，使用寿命较长。