断路器中电弧的控制（直流电弧）

        交流电弧存在零休现象，但直流电弧却没有。所以说直流电弧的熄灭要比交流电弧难得多。那么具体是根据哪种原理，采用什么方法呢？我们一起来看看吧。

一、直流灭弧原理

        还是上次的伏安特性曲线图，我们再来看下。

        首先我们看伏安特性曲线，《断路器中电弧的控制（基础部分）》中我们提到EK与H1的两个交点中存在着电弧的稳定燃烧点。熄弧就是要使得电弧的稳定燃烧点不存在。

        通过上图我们可以发生两个手段：

        1、拉长电弧，使得H1变为H2，这使得EK与H1无交点，这就不存在稳定燃烧点。其物理意义就是电弧电压大于电源所能够提供的电压，电弧不能维持。

        2、增大回路电阻，使得EK变为EK’，也避免了稳定燃烧点的出现。物理意义同上。

        下面我们来看看电路方程：

        要使得电流呈现减小趋势，在其他条件不变的前提下，我们可增大Uh。Uh可分为近极区压降U0和弧柱区压降El。其公式如下所示：

        其中Uh为电弧电压，U0为近极压降，N为栅片数目，E为电弧弧柱电场强度，L为电弧长度。

        3、将长弧切割成串联短弧，以提高近极压降，来增大Uh，使得电流呈现减小趋势。

        4、增大弧柱电场强度，来增大Uh，使得电流呈现减小趋势。

        1、2、3经过交流灭弧部分的学习大家都好理解，那么增大弧柱电场强度，这该怎么做呢？我们都知道E=Ud，E实质上就是弧柱单位长度上的电压降。那么这就好理解。弧柱的导电性能差（类比电阻大），E就变大。这样我们就好理解了。

二、工程实践中常用的方法

Ⅰ、拉长电弧

        在交流电弧中的吹弧、多断口灭弧、提高断路器触头的分离速度依然有效。这里我再补充两个内容。

①利用绝缘栅片拉长电弧

        其示意图如下所示:

        当电弧进入灭弧罩后，受到绝缘栅片的阻挡，电弧在外力作用下发生弯曲，从而拉长了电弧，并加强了冷却。

        电弧进入灭弧栅后的示意图如下：

        上部绝缘栅板磁阻较大，以电弧下部垂直纸面向里的磁场占主导，电弧AB、BC和CD段所受的电动力都使电弧压向绝缘栅片顶部，增大与栅片表面的接触面积，从而加强了电弧的冷却与去电离作用。而DE段所受的电动力使电弧向上拉长，更加深入栅片间隙，更增加了电弧与绝缘栅片的接触面积。

        除此以外，电弧AB段和CD段相互作用产生一相吸电动力，CD段和EF段相互作用产生一相斥电动力，使AB、CD和EF段压向绝缘栅片；CD段和EF段对DE段相互作用也产生一相相斥电动力，使DE段向上运动。

        这种灭弧装置充分利用了自身磁场产生的电动力。

        注：此种改变磁通分布与金属栅板不同，金属栅板是通过远处更小磁阻，改变磁通分布。而绝缘栅板是近处更高磁阻，改变磁通分布。这两种方法都使得电弧能够按计划进入灭弧结构。

②利用触头回路结构进行吹弧

        上文已经提到通过改变磁通分布来利用自身磁场进行吹弧。下面来看下此图：

        1、6的下部根据右手定则可得磁场方向为垂直纸面向里，左右触头结构中电流流向分别是向上和向下，根据左手定则，可以得到电弧所受电动力方向如上图所示。

Ⅱ、增大回路电阻

        在开断电路时，逐级串入电阻。适用于只适用于开断小电流，高压电器会采用此方法，辅助其他方法，开断电路。如下图所示：

        随手画的，运行时，三个断路器均在合位。出现故障电流时，先分QF1，使第一个R串入回路；再分QF2，使第二个R串入回路；最后由QF3分断故障电流。

Ⅲ、将长弧切割成串联短弧

        其示意图如下所示：

        其原理就是上文中提到公式，增大电弧电压，使得电源供给不足，电弧无以为继。具体介绍请参见《DC1500V直流快速断路器详述之一（灭弧结构）》

Ⅳ、增大弧柱电场强度

        电场强度是单位长度的电位降，增大电场强度，从某种角度上可以视为增加电压，通过使电弧的导电性能变差，即电阻升高，来使得电压增大。常从这三个方向入手：第一，增大气体介质的压力P（如采用压缩空气）；第二，增大电弧与流体介质间的相对运动速度（纵吹和横吹）；第三，加强电弧与耐弧的绝缘材料的密切接触（如纵缝灭弧），这些都在交流灭弧部分有所讲解，不再赘述。

Ⅴ、制造人工过零点

        这个方法比较新颖，具体都是通过半导体器件或LC回路之类，我也不太清楚。看个图，明白它的意思就好。

        当开断故障电路时，在断口处会产生一个电弧电流I1，此时预先充好电的电容被当成电源通过LC回路提供一个与I1方向相反的电流I2，两个电流在主回路上叠加强制电流过零。

三、小结

        至此，关于电弧，灭弧的相关知识都介绍完毕了。接下来，继续看断路器的其他结构吧。