電弧的產(chǎn)生

　　當斷路器開斷電路時，只要電路中電壓大于10）2OV。電流大于80）100mA。動、靜觸頭間就會出現(xiàn)電弧。此時觸頭雖已分開，但是電流通過觸頭間的電弧繼續(xù)流通，一直到觸頭分開到足夠的距離，電弧熄滅后，電路才開斷，因此，電弧是高壓斷路器開斷過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象。

　　開關(guān)觸頭分離時，觸頭間距離很小，電場強度E很高（E=U/d）。當電場強度超過一定數(shù)值時？陰極表面的電子就會被電場力拉出而形成觸頭空間的自由電子。

　　從陰極表面發(fā)射出來的自由電子和觸頭間原有的少數(shù)電子，在電場力的作用下向陽極作加速運動，途中不斷地和中性質(zhì)點相碰撞。只要電子的運動速度v足夠高，電子的動能A=2mv足夠大？就可能從中性質(zhì)子中打出電子，形成自由電子和正離子。這種現(xiàn)象稱為碰撞游離。新形成的自由電子也向陽極作加速運動，同樣地會與中性質(zhì)點碰撞而發(fā)生游離。碰撞游離連續(xù)進行的結(jié)果是觸頭間充滿了電子和正離子，具有很大的電導（在外加電壓下，介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧，電路再次被導通。

　　當高壓斷路器開斷高壓有載電路時之所以產(chǎn)生電弧，原因在于觸頭本身及其周圍的介質(zhì)中含有大量可被游離的電子。當分斷的觸頭間存在足夠大的外施電壓條件下，電路電流也達到最小生弧電流時？會因強烈的游離而產(chǎn)生電弧。電弧的形成是觸頭間中性質(zhì)子（分子和原子）被游離的過程。

　　這種有強烈的聲、光和熱效尖的弧光放電，就是電弧的形成過程。所以，電弧實質(zhì)上就是一種能導電的電子、離子流，其中還包括燃燒著的銅分子流。

　　電弧的主要特性

　　1.電孤是種能量集中、溫度高、亮度大的氣體放電現(xiàn)象。如前所述10kV少油斷路器開斷20KA時電弧功率高達一萬千瓦已上。這樣大的能量在很短的時間內(nèi)幾乎全部變成熱能，造成電弧及其附近區(qū)域強烈物理、化學變化。

　　2.電弧由三部分組成陰極區(qū)、陽級區(qū)和弧柱區(qū)。在電弧的陰極和陽極區(qū)溫度常超過金屬氣化點，弧柱是在陽極、陰極之間明亮的光柱，弧柱中心溫度可高達七干度，弧柱的直徑很小，一般只有幾毫米到幾個厘米。在弧柱周圍溫度較低？亮度明顯減弱的部分稱為孤焰，電流幾乎都在弧柱內(nèi)流通。

　　3.電弧是一種自持放電現(xiàn)象。只要很低的電壓就能維持電弧穩(wěn)定燃燒而不熄滅。如大氣中一厘米的直流電狐的維持電壓只有15--30V，在變壓器油中也不過100--2OOV。

　　4.電弧是一束游離的氣體，質(zhì)量極輕，容易變形。在外力作用下。如氣體、液體的流動作用，以及在電動力的作用下，電弧能迅速移動、伸長及卷曲，對敞露在大氣中的電弧尤其明顯。

　　5.電弧是高溫高導電率的游離氣體。觸頭間電弧燃燒的間隙稱為弧隙。電弧形成后，弧隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足

　　電弧中心部分維持的溫度可夠的能量而向外發(fā)射，形成熱電場發(fā)射。同時在高溫的作用下（達10000以上）氣體中性質(zhì)點的不規(guī)則熱運動速度增加。當具有足夠動能的中性質(zhì)點相互碰撞時，將被游離而形成電子和正離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離。隨著觸頭分開的距離增大，觸頭間的電場強度E逐漸減小，這時電弧的燃燒主要是依靠熱游離維持的。

　　在開關(guān)電器的觸頭間，發(fā)生游離過程的同時，還發(fā)生著使帶電質(zhì)點減少的去游離過程。工業(yè)配電系統(tǒng)主要是交流系統(tǒng)，所以電弧也主要是交流電弧，其性質(zhì)是半個周期要經(jīng)過零值一次，而電流過零時，電弧要暫時熄滅。因此？大多數(shù)交流開關(guān)電器的滅弧方法中，都利用了交流電流過零時電弧暫時熄滅這一特性。

　　電弧的組成

　　1、弧柱區(qū)

　　弧柱區(qū)呈電中性它是由分子、原子、受激的原子、正離子、負離子及電子所組成其中帶正電荷的離子與帶負電荷的離子幾乎相等，所以又稱為等離子體。帶電的粒子在等離子體定向移動基本上不消耗能量？所以才能夠在低電壓條件下傳輸大電流。傳輸電流的主要帶電粒子是電子大約占帶電粒子總數(shù)的99.9%？其余為正離子。

　　因為陰極區(qū)和陽極區(qū)的長度極短？所以可以認為弧柱區(qū)長度為電弧長度。弧柱區(qū)的電場強度較低通常只有5）10V/cm。

　　2、陰極區(qū)

　　陰極被認為是電子之源。它向弧柱提供99.9%的帶電粒子~電子。陰極發(fā)射電子的能力，對電弧穩(wěn)定性影響極大。陰極區(qū)的長度為10-5）10-6cm，如果陰極壓降為10V，則陰極區(qū)的電場強度為106）107V/cm。

　　3、陽極區(qū)

　　陽極區(qū)主要是接受電子，但還應(yīng)向弧柱提供0.1%的帶電粒子~正離子。通常陽極區(qū)的長度為10-2）10-3cm，則陽極區(qū)的電場強度為103）104V/cm。由于陽極材料和焊接電流對陽極區(qū)壓降影響很大，它可以在0）10V之間變化。例如當電流密度較大，陽極溫度很高，使陽極材料發(fā)生蒸發(fā)時，陽極壓降將降低，甚至到0V。

　　電弧的危害

　　滅弧裝置就是為了防止由于觸點斷開時產(chǎn)生的電弧火花造成不必要的損失而設(shè)置的。在一此大電流電路上，觸頭或開關(guān)的通斷都會產(chǎn)生電弧火花，可能會造成以下危害：

　　1、燒傷觸點觸頭等，久而久之使電路接觸不良，造成電路的損壞。

　　2、可能對人的眼、皮膚等造成電弧灼傷，對人體造成不可臆測的危害。

　　3、在一些對電弧火花敏感的地方，如煤氣廠或充置可燃性氣體的地方，一丁點的電弧火花都可能引起爆炸等。

　　4、電弧火花可能隨著電路對一些電子產(chǎn)品（如集成電路）造成擊穿損壞等。

　　所以為了安全起見，在有大電流可能引起的觸點觸頭等地方都要加裝一個金屬盒來屏蔽電弧火花的產(chǎn)生，在交流接觸器最為常見。

　　電弧的消除

　　1、速拉滅弧

　　當交流電流經(jīng)過零值的瞬間拉大觸頭間距離當觸頭間所加電壓不足以擊穿其間距時，電弧就不會重新點燃。觸頭的分離速度越快電弧熄滅就越快通常在高壓斷路器中裝設(shè)強力的跳脫彈簧來加快觸頭分開的速度。

　　2、吹弧滅弧法

　　a）利用外力~如氣流、油流或電磁力來吹動電弧使電弧加速冷卻，同時拉長電弧降低電弧中的電場強度加速電弧的熄滅按吹弧的方向來分有橫吹和縱吹兩種。b）當?shù)蛪旱堕_關(guān)迅速拉開刀闡時？不僅迅速拉長了電弧同時使本身回路電流產(chǎn)生的電動力作用于電弧吹動電弧使其拉長電弧直到電弧熄滅。

　　c）如果開關(guān)利用專門吹弧線圈來吹動電弧使電弧移動電弧移動的力實際上是電弧電流在線圈磁場中產(chǎn)生的電動力。

　　d）也有的開關(guān)利用鐵磁物質(zhì)~鋼片等來吸動電弧。

　　3、冷卻滅弧法

　　降低電弧的溫度使正負離子的復(fù)合增強有助于電弧迅速熄滅這是一種基本的滅弧方法。

　　4、短弧滅弧法

　　利用金屬片將長弧切成若干短弧，則電弧上的壓降將近似地增大若干倍。當外施電壓小于電弧上的壓降時？則電弧就不能維持而迅速熄滅。通常采用鋼滅弧柵？讓電弧進入鋼片

　　一是利用了電動力吹弧二是利用了鐵磁吸弧同時鋼片對電弧還有冷卻作用。

　　5、狹縫滅弧法

　　電弧在固體介質(zhì)所形成的窄溝內(nèi)燃燒將電弧冷卻，同時電弧在狹縫窄溝中燃燒壓力增大有利于電弧的熄滅。有的熔絲在熔管內(nèi)充填石英砂就是利用這種狹溝滅弧原理還有一種用耐弧的絕緣材料~陶瓷類制成滅弧柵也是利用了這種滅弧原理。

　　6、真空滅弧法

　　真空具有較高的絕緣強度，如果將開關(guān)觸頭裝置置于真空容器則在電流過零時即能熄滅電弧。為防止產(chǎn)生過電壓應(yīng)當不使觸頭分開時？電流突變?yōu)榱恪Ｒ话銘?yīng)在觸頭間產(chǎn)生少量金屬蒸汽形成電弧通道。當交流電流自然下降過零前后這些等離子態(tài)的金屬蒸汽便在真空中迅速飛散而熄滅電弧。