电弧产生与熄灭的物理过程

- 1 - 电弧产生过程

电弧是一种高强度的电流放电现象，其产生的过程包括电弧的起始、发展和终止三个阶段。电弧是一种非常重要的现象，广泛应用于电力、照明、焊接、切割等领域。本文将详细介绍电弧产生的过程。

一、电弧起始阶段

电弧起始阶段是电弧产生的第一阶段。当两个电极之间的电势差达到一定值时，电场强度会足够大，使空气分子发生电离，形成等离子体。等离子体是一种由带正电和带负电的离子和自由电子组成的气体，具有很高的电导率和导电性。当等离子体形成后，电流就开始流动，电极之间的电势差也开始下降，电弧开始形成。

电弧起始阶段通常需要一个较高的电势差，一般在几百伏以上。此外，电极的材料、形状、距离等因素也会影响电弧的起始。例如，电极的形状越尖锐，电势差越小，电弧起始的容易；电极之间的距离越小，电弧起始的容易。

二、电弧发展阶段

电弧发展阶段是电弧产生的第二阶段。当电弧起始后，电流会不断增加，电弧的温度也会不断上升，形成高温等离子体。等离子体的温度可以达到几千度甚至更高，产生强烈的光和热辐射，同时也会产生强烈的电磁场和电子束流。

电弧发展阶段的过程中，等离子体会不断向外扩散，形成电弧火焰。电弧火焰的形态取决于电弧的工作条件和环境因素。例如，在空气中工作的电弧火焰呈现为蓝色，而在氩气等惰性气体中工作的电弧 - 2 - 火焰呈现为紫色。

三、电弧终止阶段

电弧终止阶段是电弧产生的最后阶段。当电弧工作条件变化或者电弧能量消耗殆尽时，电弧就会终止。电弧终止的过程包括电弧的熄灭和等离子体的消散。

电弧的熄灭是指电弧火焰消失的过程。电弧熄灭时，电弧火焰会逐渐变暗，直到消失。电弧熄灭的原因包括电弧能量消耗殆尽、电极间距离增大、电流减小等因素。

等离子体的消散是指等离子体吸收能量后逐渐消失的过程。等离子体消散的速度取决于等离子体的密度和温度。当电弧终止后，等离子体会逐渐消散，直到完全消失。

电弧 原理

电弧是指当两个电极之间的电压达到一定程度时，电子在电场的作用下以极高速度跃迁，产生高温、高能量的电流的现象。电弧现象广泛应用于焊接、切割、照明等领域。

电弧的产生原理主要涉及到电离、电流传导、气体电导、电离平衡等过程。首先，当两个电极之间的电压升高到阈电压（击穿电压）时，电离现象开始出现。电离是指原本是中性的气体分子在电场作用下失去或获得电子而变成带电离子。电离过程中，气体分子内部的化学键被打破，产生大量自由电子和正离子。

接下来，自由电子受电场力作用，沿着电场方向加速运动。当自由电子与气体分子碰撞时，会传递动能给气体分子，使其电离。这样就形成了一个电子-离子链。电子和离子之间的相互碰撞以及电子与电场之间的相互作用形成了气体电流。

在电弧中，电流的传导过程是通过带电离子在电场的作用下向电极方向移动而实现的。带电离子在电场力的作用下会加速运动，相对静止的物体也会受到被带电离子撞击而产生力的作用。这种力的产生导致了电弧现象中火花飞溅的现象。

此外，在电弧中，气体也发生了电导现象。气体电导是指导电性质的一种物理现象，当电弧形成的时候，气体中的带电离子数量增加，从而导致了电导性能增强。气体电导还受到环境温度、气体种类、电弧长度等因素的影响。

最后，电离平衡是电弧产生原理中的一个重要概念。电离平衡是指电离和复合过程达到一个动态平衡的状态。在电弧过程中，气体中的自由电子和正离子不断地通过复合过程进行重新组合，同时又因电压作用下的加速而继续产生。这种动态平衡的存在维持了电弧的稳定性。

综上所述，电弧产生原理主要涉及电离、电流传导、气体电导和电离平衡等过程。通过这些过程，电弧能够在两个电极之间产生高温、高能量的电流，发挥其实际应用价值。

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。

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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