電弧產(chǎn)生的原因及危害

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(fù)離子及電子所組成，其中帶正電荷的離子與帶負(fù)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(rèn)為弧柱區(qū)長度為電弧長度?；≈鶇^(qū)的電場強(qiáng)度較低？通常只有5）10V/cm。

2、陰極區(qū)

陰極被認(rèn)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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)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。

電弧的產(chǎn)生

當(dāng)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(qiáng)度E很高（E=U/d）。當(dāng)電場強(qiáng)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(jìn)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(dǎo)（在外加電壓下，介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧，電路再次被導(dǎo)通。

當(dāng)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(dāng)分?jǐn)嗟挠|頭間存在足夠大的外施電壓條件下，電路電流也達(dá)到最小生弧電流時，會因強(qiáng)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(qiáng)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(dǎo)電的電子、離子流。其中還包括燃燒著的銅分子流。

電弧的危害

它不僅對觸頭有很大的破壞作用，而且使斷開電路的時間延長。在低壓設(shè)備，開關(guān)設(shè)備中，故障電弧會在10ms內(nèi)將溫度升高到13000k，同時在約15ms內(nèi)將壓力上升到約2×105pa~3×105pa。設(shè)備內(nèi)的零部件如門在這樣的高壓力作用下會脫離它們的固定機(jī)構(gòu)并被掀開。高溫還在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生熔化和蒸發(fā)過程。結(jié)果產(chǎn)生毒氣，毒氣又在壓力作用下向外排出。這樣對附近的工作人員就有生命的危險。工作人員吸入毒氣造成死亡的例子不少。更多的情況是燒傷皮膚和使人目眩。

除了人身傷害外，還有設(shè)備的損壞，如建筑內(nèi)的設(shè)備，開關(guān)設(shè)備和二次部分部分或全部地被破壞。即使破壞過程結(jié)束了，用戶還要承受長時停產(chǎn)及高昂的事故費用。

電弧的消除

1．速拉滅弧

快速拉大觸頭間距離，當(dāng)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(qiáng)力的跳脫彈簧來加快觸頭分開的速度。

2．吹弧滅弧法

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(qiáng)度，加速電弧的熄滅，按吹弧的方向來分，有橫吹和縱吹兩種。

3．冷卻滅弧法

降低電弧的溫度，使正負(fù)離子的復(fù)合增強(qiáng)，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(dāng)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(jìn)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(qiáng)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(dāng)不使觸頭分開時，電流突變?yōu)榱?。一般?yīng)在觸頭間產(chǎn)生少量金屬蒸汽，形成電弧通道。當(dāng)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。

審核編輯 黃昊宇