电弧产生的气动斥力研究及实验结果探讨

2025-09-29 百科知识版权反馈

【摘要】：一旦电动斥力的数值超过触头预压力，动触头即斥开并在触头间产生电弧。此后，Holm力即消失，然而与此同时，由于电弧与电极、器壁等之间的相互作用，会在动触头上作用另外一个力，称之为气动斥力FB，其方向和动触头的运动方向相同。FB=Δp×Ac Shea[6-1]和Zhou[6-2]结合实验，从理论上给出了气动斥力的分析和计算方法。以下主要介绍气动斥力的实验研究结果。

一旦电动斥力的数值超过触头预压力，动触头即斥开并在触头间产生电弧。此后，Holm力即消失，然而与此同时，由于电弧与电极、器壁等之间的相互作用，会在动触头上作用另外一个力，称之为气动斥力F_B，其方向和动触头的运动方向相同。气动斥力可用式（6-12）所示的简单公式来描述，其中Δp为净压力，A_c为动触头的表面积。

F_B=Δp×A_c （6-12）

Shea^[6-1]和Zhou^[6-2]结合实验，从理论上给出了气动斥力的分析和计算方法。他们的主要出发点均是电弧能量的70%是辐射耗散掉的，然后各自从能量平衡的角度建立了自己的分析模型。Shea提出方法的理论基础是：由于纯断路器电弧的电导率与压力和温度的关系已确定，只要知道电弧的温度和电导率，就可以通过插值得到电弧的压力。这样，根据Stefan-Boltzman公式以及能量平衡，有式（6-13）所示的关系成立。其中η为通过辐射消耗的能量占总电弧能量的比例，U×I为电弧的输入功率，ε为辐射散射系数（对空气开关电弧来说，一般为0.1～1），a为波尔兹曼常数，A_s为电弧的表面积，T为电弧温度，L和d分别为电弧长度和直径。

η·U·I=ε·α·A_s·T⁴，T=（η·U·I/（ε·a·π·L·d））^1/4（6-13）

然后，根据欧姆公式可以写出电导率σ的表达式，如式（6-14）所示，其中A_x为电弧的截面积。这样，对一定的电弧电流和电压以及触头间距等条件下，就可以计算出电弧的温度和电导率，从而得到灭弧室内的压力值。(https://www.chuimin.cn)

然而，Shea利用该方法计算出温度及其对应的电导率值数据点并不能得到合理的压力结果，这直接影响了气动斥力的计算。他认为，这是由多种原因造成的，包括电弧的形状参数、辐射占电弧总能量的百分比以及散射系数的影响等。

针对这种情况，Zhou对这个模型进行了改进，并提出了式（6-15）的经验公式。其中，F_B为气动斥力，ε₀为一个大气压下的辐射散射系数，A_arc为电弧或者灭弧室的截面积，s为动静触头之间的距离，A为触头的截面积，P₀为一个标准大气压的值。

可以看出，气动斥力和电弧的输入功率及触头的截面积成正比例，而和灭弧室或者电弧的直径及触头开距成反比。但值得指出的是，在3000～8000A电流时，电弧温度一般为16500～18500K，这时ε₀这一与压力和温度有关的物理量一般可取为3×10¹¹W/m³。

以下主要介绍气动斥力的实验研究结果。

电弧产生的气动斥力研究及实验结果探讨

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