真空开关的触头在真空中接通和分断 电流时周围的介质是真空。实际上是高度稀薄的空气, 所以在触头间形成了真空电弧。真空电弧靠触头材料 所生成的金属蒸气来维持。由于周围气体压力低,电弧 等离子体中的电子、离子或金属粒子具有强烈的扩散 作用,因此真空电弧很容易被熄灭,并且触头间隙的介 质强度恢复速度很高。真空电弧有扩散型和集聚型两 种基本形态。扩散型真空电弧通常在数千安培以下的 电流范围内产生,它没有显著的阳极位降区,而阴极斑 点不断向四周迅速扩散。集聚型真空电弧在电流超过 某个数值(一般在10kA以上)时产生,阴极上所有斑 点相互吸引而集聚在一起,其运动变得很缓慢,并出现 阳极斑点和位降区。
扩散型交流真空电弧一般在第一次电弧电流过零 时就熄灭,这是因为扩散型电弧在电流过零后,触头不 会再产生新的阴极斑点,间隙的介质强度恢复很快。当 触头距离足够大时,不会发生电弧重燃现象。集聚型真 空电弧由于阳极斑点的形成,阴极和阳极表面都有较 大面积和一定深度的熔融区,电极的熔融区在一定时 间内仍向弧柱提供大量的金属蒸气,使得在恢复电压 上升过程中,弧区内仍是一个充满金属蒸气的间隙,不 可避免会发生间隙的击穿而使电弧重燃。为此,设计要 求分断较大电流的真空开关时要采取措施,使在被分 断电流范围内始终保持扩散型真空电弧,从而使真空 电弧在电流过零后不再引起重燃。所以一般交流真空 电弧在以第一次过零时即可熄灭,燃弧时间约半个周 波(10ms)。然而,对直流真空电弧电流,必须创造一 个过零的机会,迫使其熄灭。通常采用电流换向装置或 提供等量的反向电流来迫使直流真空电弧电流过零, 比较复杂。