开关电器中电弧产生原因及灭弧方法通用版

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。

2.1 电弧的产生条件。

1)触头开断初瞬间自由电子的生成。

触头刚分离时,由于触头间的间隙很小,在电压作用下其间形成很高的电场强度,当电场强度超过3×106V/m时,阴极触头表面的自由电子在强电场力的作用下,被拉出金属表面,强电场发射电子;同时,触头刚刚分离时,触头间的接触压力和接触面减小、接触电阻增大,使接触表面剧烈发热,局部高温,使此处电子获得动能发射出来。

开关电器中电弧产生原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的?电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路连续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严峻事故，所以必需实行措施，快速熄灭电弧。

电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度上升，产生热电子放射。

当触头刚分别时，由于动、静触头间的间隙微小，消失的电场强度很高，在电场作用下金属外表电子不断从金属外表飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致放射。

热电子放射、场致放射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。

由于碰撞游离的连锁反响，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。

由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生剧烈不规章的热运动，在中性质点相互碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。

热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。

产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。

开关电器中电弧熄灭常用哪些方法?开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：(1)利用气体或油熄灭电弧。

在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被剧烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便快速熄灭。

气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。

不少断路器采纳纵横混合吹弧方式，以取得更好灭弧效果。

开关的灭弧原理
开关的灭弧原理是通过特定的构造和材料选择来消除或减小断开电流时产生的电弧。

灭弧过程中有以下几个主要的原理：
1. 空气扩散灭弧原理：在断开电路时，电流导体间的间隙会产生弧光。

通过增大电流间的间隙，例如使用均匀分布和绝缘性能较好的材料，可以提高空气在间隙中的自然对流和扩散效果，使电弧能够自然扩散并熄灭。

2. 磁场强制灭弧原理：在开关内部有特定的电磁线圈或磁场辅助装置，当电流降至断开值时，磁场会产生一个恒定的力，将弧光强制移动到较长的电弧室或电弧盘中。

这样可以减少弧光对金属接点的烧蚀，提高开关的寿命。

3. 中性点过零灭弧原理：某些开关设计中，电流降至零时，可使电弧在金属接点之间熄灭。

这一原理适用于交流开关，通过合理设置断开点的位置和结构，可以在电流过零时破坏电弧形成的电路并实现快速灭弧。

4. 高速断开灭弧原理：快速断开电路可以减小电弧的持续时间和能量，从而减小对开关和电气设备的损伤。

高速断开可以通过设计断开部件的特殊构造和预压机构来实现，确保迅速分离接触器，同时限制电弧的能量传播。

上述原理的应用可以减小电弧的产生和影响，保持开关的正常运行，提高开关的安全性和可靠性。

但具体的设计和实施方式会因不同类型的开关而有所不同。

开关电器灭弧原理开关电器主要用于控制电力系统中的电流，常用于开断电路中的负载电流。

在开关操作时，由于电流的存在，容易产生电弧，电弧会造成电器设备的损坏和短路等严重后果。

为了有效地避免电弧的产生和减小其对电器设备的危害，开关电器要具备灭弧功能。

灭弧原理主要包括了以下几个方面：1.快速分离快速分离是灭弧过程中的重要步骤，通过迅速分离开关触点，使得电弧路径拉长并被截断，从而有效地控制和消除电弧。

2.电磁吹弧电磁吹弧是一种常用的灭弧原理，通过电磁力将电弧移动到一个特定的区域，使其失去能量进而熄灭。

电磁吹弧装置一般由电磁线圈和吹气装置组成，电磁线圈产生磁场，吹气装置将气流送到电弧区域，通过电磁力和气流的共同作用，将电弧吹灭。

3.喷雾灭弧喷雾灭弧原理是利用高压喷射的液体或气体来吹灭电弧。

当电弧产生时，喷雾装置会将喷雾剂喷射到电弧区域，喷雾剂会瞬间蒸发，生成高压气体或液体冷却电弧，使其熄灭。

4.空气灭弧空气灭弧原理是利用高速流动的空气将电弧吹灭。

当开关触点分离时，电弧产生，同时启动空气灭弧装置，通过高速流动的空气将电弧吹灭。

5.液体灭弧液体灭弧原理是利用液体对电弧进行冷却和吸收能量，使其失去运动能量而熄灭。

液体灭弧主要使用矿油或硅油等绝缘材料进行灭弧。

6.气体灭弧气体灭弧原理是利用高纯度的惰性气体对电弧进行灭弧。

当电弧产生时，气体灭弧装置将惰性气体喷入电弧区域，气体会吸收电弧能量并抑制电弧继续燃烧，从而实现灭弧。

综上所述，灭弧原理主要包括快速分离、电磁吹弧、喷雾灭弧、空气灭弧、液体灭弧和气体灭弧等。

不同的灭弧原理适用于不同的开关电器和工作环境，通过选择合适的灭弧原理可以有效地控制和消除电弧，确保电器设备的安全运行。

列举现代开关电器采用的灭弧方法
现代的开关电器采用的灭弧方法各具特色，它们在提高了安全性、可靠性和功耗方面起到
巨大的作用。

下面我们从几种典型的灭弧方法来谈谈：
一、空气灭弧
空气灭弧是一种在开关导体之间形成电流弧的过程，当异常电流达到某个值时，空气电弧
会自动开始被分解，并在空气中消失，从而起到终止有害电弧的作用。

空气灭弧可以很好
地降低开关电器的功耗，而且电器本身不会被损坏，因此具有很高的可靠性。

二、油浸灭弧
油浸灭弧是一种用油浸没的开关电器来灭弧的方法，这种电器包含了一定数量的油浴，在
这种条件下，当异常电流通过时，油浴中的灰尘会和电流一起产生火花现象，从而使电弧
分解而熄灭。

这种方法的灭弧效果较为完善，可靠性高，但油浴的使用可能带来安装和维
护的不便。

三、温度灭弧
温度灭弧也被称为温度熔断，是指采用异步电机的温度检测机制来熔断特定电流，使电流
通断从而灭弧。

这种方法可以有效降低功耗，可以阻止大异常电流出现，相较于传统的灭
弧方法具有更高的安全性和可靠性。

以上三种灭弧方法都可以用于现代的开关电器，起到非常重要的作用，不仅可以节约能源、提高效率，而且可以在很大程度上保障用户的安全。

加速开关电器灭弧措施和主要方法开篇要说，电器灭弧这事儿，听起来可能有点儿高大上，但其实它就像我们生活中的一些小细节，虽不起眼，却能让你省心不少。

想想看，家里的电器就像家里的宠物，能给你带来便利，但如果没照顾好，嘿嘿，麻烦就来了！今天我们就来聊聊那些让电器安全“生活”的灭弧措施，保证你听了不犯困。

1. 什么是电器灭弧？首先，我们得明白，什么是灭弧。

简单说，电弧就像是电流在空气中跳舞的小火花，虽说看着热闹，但其实很危险啊！一旦电流强烈到一定程度，就容易引发短路，甚至着火。

这就像你不小心把香烟丢在了干草堆上，后果可想而知。

所以，灭弧措施就是要把这场“火花派对”给结束掉，让它不再肆意妄为。

1.1 电弧的成因你可能会问，电弧到底是怎么来的？哎，简单来说，它就像是电流对空气的“挑衅”。

当电流经过开关电器时，开关接触不良、磨损、灰尘等问题就可能导致电弧的产生。

想象一下，开关就像你和朋友之间的互动，如果总是没默契，那麻烦可就大了。

1.2 电弧的危害接着，咱们再来聊聊电弧带来的危害。

电弧产生的瞬间高温，能让绝缘材料融化，甚至直接烧毁设备，这可不是闹着玩的。

再加上它还可能引发电击，真是“乌鸦嘴”了！这就像是你在厨房煮东西时，不小心把水煮干了，锅底烧焦，最终不仅锅坏了，还得重新洗锅，真心麻烦！2. 灭弧的主要方法说到灭弧的方法，咱们就得从技术层面入手了。

这就像是厨师调料，得找对方法才能做出好菜。

2.1 选择合适的材料首先，选材料是个重要环节！你想啊，好的材料就像是好食材，能为你的电器“健康”打下基础。

现在的灭弧材料种类繁多，比如采用高性能绝缘材料或者特殊的导电材料，这样就能大幅度降低电弧的产生。

就像做菜，调料选得好，味道自然好。

2.2 采用灭弧技术除了材料，技术也不能忽视。

比如，有些电器会采用快速断开技术，能在电弧形成之前就先切断电源。

这样一来，就能把火花灭得干干净净。

再者，现代开关电器还可以配备灭弧室，里面有特殊设计，能够有效吸收和消散电弧产生的热量。

电力开关中电弧的产生机理及其灭弧措施摘要：当前我国经济的快速发展对电力的需求也在不断提高，电力开关系统在应用过程中会受到电弧的影响对系统的正常使用带来不便。

因此，要提高对电弧的控制。

关键词：电力开关；电弧；发展；灭弧；测量1电弧发展过程绝缘材料上的电应力是由局部放电和过电压引起。

绝缘子或绝缘体表面脏污或者内部缺陷在高电压下都会产生局部放电。

在空气绝缘开关柜中，沿面放电所占比例较大。

局部放电的进一步发展，可导致局部化学污染(臭氧和硝酸)。

这些污染很容易从化学和机械方面劣化绝缘材料，最终导致相对地或相间电弧故障。

过电压是绝缘材料通常承受的另一种电应力。

每种绝缘材料都有一个最大的耐受场强，一旦所施加的场强超过该值，绝缘就会被永久性破坏。

绝缘材料的局部击穿电压水平称为其电介质强度或击穿电压。

当施加足够高的电压后，绝缘材料本体中将会有自由电子流过。

一旦电流强制流过绝缘介质，就会发生绝缘材料的击穿。

击穿后，因为物质的分子结构被改变了，该物质可能具有有限的绝缘特性也可能失去绝缘特性；此时，即使较低的过电压水平也将引起绝缘的逐步劣化，这会导致局部放电的产生，并最终形成电弧故障。

此外，环境应力也会导致开关柜绝缘故障。

用在腐蚀环境和石油化工行业中的电气设备，其预期寿命会远小于用在空气清新的环境中的同类设备。

此外，电气设备周围环境中的机械振动也会造成绝缘材料的机械破坏。

2利用结构改变熄弧利用隔板将开关设备分隔为多个空间以减少电弧的产生。

图1是带有灭弧栅的大电流低压开关。

不同形式的栅片对电场分布影响很大,其最大电场强度也有很大差别。

图1的结构a中,栅片长度相同且平行放置,在动触头和栅片之间等位线最密集,这一区域的电场强度最大,并且这种结构的电场分布最不均匀。

结构b和结构c中,将栅片改为不同长度,可明显改善等位线的密集程度,使电场分布变得均匀。

这两种结构的最大电场强度值相差不大,位置略有变化,在动触头和最接近的栅片间电场强度最大。

电弧的产生、危害及消除措施电弧的产生、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10)2OV。

电流大于80)100mA。

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 = U/d)。

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 = 2mv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。

开关电器电弧的形成及灭弧方法一、电弧的形成开关电器触头刚分开瞬间，阴极在强电场和高温的作用下发射电子，自由电子在触头电压作用下高速运动，产生碰撞游离导致介质击穿形成电弧。

电弧形成后，由于弧柱温度很高，介质产生游离使电弧得以维持和发展，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。

二、电弧的熄灭要熄灭电弧，必须采取措施加强去游离作用而削弱游离作用。

1、复合去游离复合去游离是带正电的质点和带负电的质点彼此交换本身多余的电荷，成为中性质点的过程。

带电质点运动速度快，出现复合的机会少，反之复合机会多，加快复合的方法有以下几种：1）快速拉长电弧，可使电场强度下降，离子运动速度变慢，复合机会增多；2）加快电弧冷却，可使离子运动速度变慢，复合机会增多；3）加大气体压力，提高气体介质的浓度，使离子间自由行程缩短，复合的机率增加；4）使电弧接触固体介质表面，促进带电质点复合。

2、扩散去游离1）浓度扩散带电粒子从弧心浓度高的地方向弧边周围浓度低的地方扩散，使弧隙中带电粒子减少；2）温度扩散弧道中的高温粒子向弧道周围温度低的介质中扩散，使弧道中的带电粒子减少；3）气流吹拂高速气流吹拂电弧，将弧柱中的带电粒子吹走。

三、开关电器的常用灭弧方法1、速拉灭弧加快开关电器的触头分离速度可以迅速拉长电弧，拉长电弧可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面积突然增大，有利于电弧的冷却及带电质点的扩散和复合，从而加速电弧的熄灭。

2、狭缝灭弧狭缝灭弧原理：由于电弧在介质的狭缝中运动，一方面受到冷却，加强了去游离作用；另一方面电弧被缩短，弧径被压小，弧电阻增大，促使电弧熄灭。

3、外力吹弧产生吹灭电弧的外力，常见的有电磁力、油流、气流等。

外力吹弧可以很好地冷却电弧，提高电弧区的压力，很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。

4、利用金属栅片灭弧横向金属栅片又称去离子栅，使用磁性材料的金属片置于电弧中，将电弧分成若干短弧，利用交流电弧的近阴极效应和直流电弧的近极压降来达到熄灭电弧的目的。

电弧的形成及灭弧措施电弧的热效应在实际生产中应用很充分，比如：电焊机、电弧炼钢炉等，都是利用电弧产生的巨大热量使金属熔化。

但在电器中，电弧的存在却是百害而无一利。

电弧产生的高温会使触头熔化、变形，进而影响其接通能力，大大降低电器工作的可靠性和使用寿命，因而在电器中，必须采取适当的灭弧措施。

1、电弧的产生电弧的产生实际上是弧光放电到气体游离放电的一个演变过程。

触头分离时，触头导电截面由面到点发生变化，在触头即将分离的瞬间，全部负载电流集中于未断开的一个点，从而形成极高的电流密度，产生大量热量，使触头的自由电子处于活跃状态。

触头分离后的那一刻，两触头间间隙极小，形成了极高的电场强度。

活跃的电子在强电场力的作用下，由阴极表面逸出，向阳极发射，这个过程产生了弧光放电。

高速运动的电子撞击间隙中的气体分子，使之激励和游离，形成新的带电粒子和自由电子，使运动电子的数量进一步增加。

这个过程如同滚雪球一般，会在触头间隙中形成大量的带电粒子，使气体导电而形成了炽热的电子流即电弧。

后面的过程就是气体游离放电过程。

电弧一经产生，便在弧隙中产生大量的热量，使气体的游离作用占主导地位，特别是当高温产生的金属蒸气进入弧隙后，气体热游离作用更为显著。

所以电压越高、电流越大，电弧区的温度就越高，电弧的游离因素也就越强。

与此同时，也存在抑制气体游离的因素。

一方面，已经处于游离状态的正离子和电子会重新复合，形成新的中性气体分子；另一方面，高度密集的高温离子和电子，要向周围密度小、温度低的介质扩散，使弧隙内离子和自由电子的浓度降低，电弧电阻增加、电弧电流减小，热游离减弱。

当以上去游离过程与气体热游离过程平衡时，电弧将处于稳定燃烧状态。

电弧的应用就是保持这种状态。

2、灭弧措施对电器来讲，尽快熄灭电弧，防止电弧对触头系统造成损害是必需的。

那么，如何熄灭电弧呢？先看维持电弧燃烧的条件。

维持电弧燃烧的条件主要有两点，一是保持电弧的燃烧温度，从而保持足够的自由电子浓度；二是保持维持整个弧柱的电动势，从而保持电子的高速运动。