電弧

　　電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，電流通過某些絕緣介質(zhì)(例如空氣)所產(chǎn)生的瞬間火花。具有能量集中、溫度高、亮度大的特點，是一種具有強(qiáng)光和高溫的電游離現(xiàn)象。

　　開關(guān)電器的基本功能是能夠在所要求的短時間內(nèi)分合電路，即起所謂開關(guān)的作用，機(jī)械式開關(guān)設(shè)備是用觸頭來開斷電路電流的，在大氣中開斷電路時，只要電壓超過12~20V，被開斷的電流超過0.25~1A，在觸頭間隙(也稱弧縫)中通常產(chǎn)生一團(tuán)溫度極高、發(fā)出光且能夠?qū)щ姷慕茍A柱形的氣體，這就是電弧。

　　電孤是一種氣體放電現(xiàn)象，它有兩個特點：一是電弧中有大量的電子、離子，因而是導(dǎo)電的，電孤不熄滅電路繼續(xù)導(dǎo)通，要電弧熄滅后電路才正式斷開；二是電弧的溫度很高，弧心溫度達(dá)4000～5000攝氏度以上，高溫電弧會燒壞設(shè)備造成嚴(yán)重事故，所以必須采取措施，迅速熄滅電弧。

　　電弧產(chǎn)生和熄滅的物理過程簡述如下：在開關(guān)斷開過程中，由于動觸頭的運(yùn)動，使動、靜觸頭間的接觸面不斷減小，電流密度就不斷增大，接觸電阻隨接觸面的減小就越來越大，因而觸頭溫度升高，產(chǎn)生熱電子發(fā)射。當(dāng)觸頭剛分離時，由于動、靜觸頭間的間隙極小，出現(xiàn)的電場強(qiáng)度很高，在電場作用下金屬表面電子不斷從金屬表面飛逸出來，成為自由電子在觸頭間運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為場致發(fā)射。熱電子發(fā)射、場致發(fā)射產(chǎn)生的自由電子在電場力作用下加速飛向陽極，途中不斷碰撞中性質(zhì)點，將中性質(zhì)點中的電子又碰撞出來，這種現(xiàn)象稱作碰撞游離。由于碰撞游離的連鎖反應(yīng)，自由電子成倍地增加(正離子亦隨之增加)，大量的電子奔向陽極，大量的正離子向負(fù)極運(yùn)動，開關(guān)觸頭間隙便成了電流的通道，觸頭間隙間介質(zhì)被擊穿就形成電弧。

　　由于電弧溫度很高，在高溫的作用下，處在高溫下的中性質(zhì)點由于高溫而產(chǎn)生強(qiáng)烈不規(guī)則的熱運(yùn)動，在中性質(zhì)點互相碰撞時，又將被游離而形成電子和離子，這種因熱運(yùn)動而引起的游離稱為熱游離。熱游離產(chǎn)生大量電子和離子維持觸頭間隙間電弧。產(chǎn)生電弧主要由碰撞游離，維持電弧主要依靠熱游離。

01電弧是強(qiáng)功率的放電現(xiàn)象

　　在開斷幾十千安短路電流時，以焦耳熱形式發(fā)出的功率可達(dá)10000kW。與此有關(guān)，電弧可具有上萬攝氏度或更高的溫度及強(qiáng)輻射，在電弧區(qū)的任何固體、液體或氣體在電弧作用下都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理及化學(xué)變化。在有的開關(guān)中，電弧燃燒時間比正常情況只多一二十毫秒，開關(guān)就會出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)龘p甚至爆炸。在用滅弧能力很弱的隔離開關(guān)開斷負(fù)荷電路時(屬于誤操作)，電弧能使操作者大面積燒傷。

02電弧是一種自持放電現(xiàn)象

　　不用很高的電壓就能維持相當(dāng)長的電弧穩(wěn)定燃燒而不熄滅。如在大氣中，每厘米長電弧的維持電壓只有15V左右。在大氣中，在100kV電壓下開斷僅5A的電流時，電弧長度可達(dá)7m。電流更大時，可達(dá)30m。因此，單純采用拉長電弧來熄滅電弧的方法是不可取的。

03電弧是等離子體，質(zhì)量極輕、極容易改變形狀

　　電弧區(qū)內(nèi)氣體的流動，包括自然對流以及外界甚至電弧電流本身產(chǎn)生的磁場都會使電弧受力，改變形狀，有的時候運(yùn)動速度可達(dá)每秒幾百米。設(shè)計人員可以利用這一特點來快速熄弧并預(yù)防電弧的不利影響及破壞作用。

　　1. 按電流種類可分為：交流電弧、直流電弧和脈沖電弧；

　　2. 按電弧的狀態(tài)可分為：自由電弧和壓縮電弧(如等離子弧)；

　　3. 按電極材料可分為：熔化極電弧和不熔化極電弧。

　　在一些大電流電路上，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，極少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。

　　1. 利用氣體或油熄滅電弧。在開關(guān)電器中利用各種形式的滅弧室使氣體或油產(chǎn)生巨大的壓力并有力地吹向弧隙，電弧在氣流或油流中被強(qiáng)烈地冷卻和去游離，并且其中的游離物質(zhì)被未游離物質(zhì)所代替，電弧便迅速熄滅。氣體或油吹動的方式有縱吹和橫吹兩種，縱吹使電弧冷卻變細(xì)，然后熄滅;橫吹是把電弧拉長切斷而熄滅。不少斷路器采用縱橫混合吹弧方式，以取得更好滅弧效果。

　　2. 采用多斷口。高壓斷路器常制成每相有兩個或多個串聯(lián)的斷口，使加于每個斷口的電壓降低，電弧易于熄滅。

　　3. 斷路器斷口加裝并聯(lián)電阻。在高壓大容量斷路器中，廣泛利用弧隙并聯(lián)電阻來改善它們的工作條件。斷路器每相假如有兩對觸頭，一對為主觸頭，另一對為輔助觸頭，電阻并聯(lián)在主觸頭上。當(dāng)斷路器在合閘位置時，主、輔觸頭都閉合。當(dāng)斷開電路時，主觸頭先斷開，這時并聯(lián)在主觸頭斷口上的電阻在主觸頭斷開過程中起分流作用，有利于主觸頭斷口滅弧。主觸頭的電弧熄滅后，并聯(lián)電阻串聯(lián)在電路中，有效地降低觸頭上的恢復(fù)電壓數(shù)值及電壓恢復(fù)速度。另外，并聯(lián)電阻對切斷小電感電流或電容電流時，可限制過電壓產(chǎn)生。

　　4. 采用新介質(zhì)。利用滅弧性能優(yōu)越的新介質(zhì)，例如SF6(六氟化硫)斷路器和真空斷路器等。

　　5. 利用金屬滅弧柵熄滅電弧。用鐵磁物質(zhì)制成金屬滅弧柵，當(dāng)電弧發(fā)生后，立刻把電弧吸引到柵片內(nèi)，將長弧分割成一串短弧，當(dāng)電弧過零時，每個短弧的附近會出現(xiàn)150～250伏的介質(zhì)強(qiáng)度，如果作用于觸頭間的電壓小于各個介質(zhì)強(qiáng)度的總和時，電弧就立即熄滅。這種滅弧方法在低壓開關(guān)中用得很多。