电弧的产生及熄灭

第 1 页 共 1 页 电弧的形成及其危害

1、电弧的形成电弧当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。

因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。

电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过310^6V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。

从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A=1/2mv^2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。

触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000℃

第 1 页 共 1 页 以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。

随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。

在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程

2、 电弧的危害 灭弧装置就是为了防止由于触点断开时产生的电弧火花造成不必要的损失而设置的。在一此大电流电路上，触头或开关的通断都会产生电弧火花，可能会造成以下危害：

1、烧伤触点触头等，久而久之使电路接触不良，造成电路的损坏。

模块二

任务四：掌握交流电弧的熄灭原理

（1） 说明交流电弧伏安特性的特点。

交流电流的瞬时值随时间变化，每周期内有两次过零点。电流经过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降并自然熄灭。而后随着电压和电流的变化，电弧重新燃烧。因此，交流电弧的燃烧，实际上就是电弧点燃、熄灭的循环过程，这个特点也反映在它的伏安特性中。

（2） 说明交流电弧的熄灭原理。

交流电弧电流通过零点时，由于电源停止供给电弧能量，热游离迅速下降，为电弧的最终熄灭创造了最有利的条件，此时只要采取一定的消游离措施，使少量的剩余离子复合，就能防止电弧在下半周重燃，使电弧最终熄灭。

（3） 什么是近阴极效应。

电流过零后，两级改变极性，原来的阴极改变为新的阳极，而原来的阳极改变为新的阴极。电场方向的改变，弧隙中剩余电子和离子的运动方向也应随之改变。但是由于电子的质量远比正离子质量小得多，因而电子的运动方向改变要远比正离子灵敏得多，形成电流很快向新的阳极运动，而正离子在此瞬间几乎停止在原地，来不及向新的阴极运动。新的阴极此时还不能形成强电场发射与热发射。因此，在新的阴极附近就存在一层没有电子而只有正离子的空间，相当于形成了一薄层绝缘介质。从电路的角度来看，必须加一定的电压才能将此绝缘薄层击穿，电弧才会重燃，弧隙重新导电。这个击穿电压值称为弧隙的起始介质强度。起始介质强度在电流过零后就会出现，这种在交流电弧电流过零后弧隙几乎立即出现一定的介质强度现象，称为交流电弧的近阴极效应。

（4） 说明电弧的熄灭过程。

交流电弧过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降，自然熄灭。

在交流电弧熄灭过程中有两个方面的因素要加以考虑。

1. 交流电弧电流过零是最有利的灭弧时机，这是输入弧隙的功率趋近去零，如电弧散失的功率大于此时由电源输入的功率，电弧就会熄灭。如果熄弧措施太强，使电弧电流提前强制过零，这时交流电弧的熄灭原理与直流电弧相同，会造成熄弧困难。

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开关电器中电弧的产生的原因和熄灭方法浅析

作者：张月华

来源：《硅谷》2010年第09期

摘要: 电弧是电力系统及电能利用工程常见的物理现象,对开关电器中开断电路时产生的电弧进行了解、分析,采取有效的措施熄灭电弧,这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。

关键词: 开关电器;电弧;去游离;弧光放电

中图分类号:TM91文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0510032-01

开关电器是用来接通或开断电路的电气设备。在发电厂与变电所中运行的发电机、变压器、进出线等回路,经常需要进行投入运行或退出运行,因此在发电厂与变电所中需装设必须的开关电器。在开关电器触头接通或分开时,触头间可能出现电弧,电弧是电力系统及电能利用工程常见的物理现象。对电弧的了解、分析,采取有效的措施熄灭电弧,这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。

1 电弧的危害和特点

电弧实际上是一种气体放电现象。是在某些因素作用下,气体强烈游离、由绝缘变为导通的过程。电弧形成后,由电源不断地输送能量,维持它燃烧,并产生很高的高温。电弧燃烧时,中心区温度可达到10000K以上,表面温度也有3000～4000K。同时发出强烈的白光,故称弧光放电为电弧。电弧的高温,可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。如果电弧较长时间不能熄灭,将会引起电器被烧毁甚至有爆炸的可能,危及电力系统的安全运行,造成人员的伤亡和财产的重大损失。

由于电弧是一种气体导电现象,所以在开关电器中,虽然电器触头已经分开,但是在出头间只要有电弧的存在,电路就没有断开,回路电流仍然存在,即开关电器失去了开断电路的作用。影响电力系统的可靠运行。

2 电弧的产生和熄灭条件

电弧的产生和熄灭过程,实际上是气体介质由绝缘变为导通和由导通又变为截止的过程。 龙源期刊网

电弧的产生、危害及消除措施

一电弧的产生当断路器开断电路时，只要电路中电压大于102OV。电流大于80100mA。动、静触头间就会出现电弧。此时触头虽已分开，但是电流通过触头间的电弧继续流通，一直到触头分开到足够的距离，电弧熄灭后，电路才开断因此，电弧是高压断路器开断过程中产生的现象。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E=)。当电场强度超过一定数值时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A=mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。当高压断路器开断高压有载电路时之所以产生电弧，原因在于触头本身及其周围的介质中含有大量可被游离的电子。当分断的触头间存在足够大的外施电压条件下，电路电流也达到最小生弧电流时，会因强烈的游离而产生电弧。电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。这种有强烈的声、光和热效尖的弧光放电，就是电弧的形成过程。所以，电弧实质上就是一种能导电的电子、离子流，其中还包括燃烧着的铜分子流。二电弧的特性电孤是一种气体放电现象，电弧放电现象的主要特性如下。

1.电孤是种能量集中、温度高、亮度大的气体放电现象。如前所述，10kV少油断路器开断20KA时，电弧功率高达一万千瓦已上。这样大的能量在很短的时间内几乎全部变成热能，造成电弧及其附近区域强烈物理、化学变化。

2.电弧由三部分组成：阴极区、阳级区和弧柱区。在电弧的阴极和阳极区，温度常超过金属气化点，弧柱是在阳极、阴极之间明亮的光柱，弧柱中心温度可高达七干度，弧柱的直径很小，一般只有几毫米到几个厘米。在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分称为孤焰，电流几乎都在弧柱内流通。