电弧的形成和熄灭

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1、2.1电弧的形成及灭弧一、电弧的特点和危害：1、电弧概念电弧：是一种气体游离放电现象游离：是指中性质点转化为带电质点的过程。2、电弧特点电弧是开关电器接通或开断负荷电路时不可避免的现象；电弧是一种气体自持放电现象，触头间只要有电弧存在，电路就没有断开；电弧温度极高，可能烧坏触头及触头附近的其它部件；维持电弧稳定燃烧的电压很低，在大气中一厘米长直流电弧的弧柱电压只有15～30V；电弧是一束游离的电子（和带电质点）流，质量极轻，容易变形。不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电3、电弧的危害（1）、电弧的存在延长了

2、开关电器（尤其指断路器）开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。（2）、电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。（3）、由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。二、电弧的形成1、强电场发射开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大，当E＞3×106V/cm时，触头内部的电子在强电场作用下被拉出来，就形成强电场发射。强电场发射是最初产生电子的主要原因阳极U阴极自由电子强电场强电场发射2.热电子发射—

3、当触头分开瞬间，由于触头间的的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子阴极阳极自由电子强电场阴极阳极U自由电子中性质点正离子3.碰撞游离—从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中电子和中性质点相碰撞而使中性质点分裂为带电离子和自由电子的现象。电弧的形成主要是碰撞游离所致。阴极阳极电弧开始燃烧雪崩击穿阴极阳极自由电子中性质点正离子4.热游离—由于温度增加，质点运动加速，动能增加，质点相互碰撞将被游离而形成电子和正离子。电弧形成之后，维持电弧燃烧所需的

4、游离过程是热游离。结论:电弧的形成实际上是一个连续的过程。最初，由阴极借强电场和热电子发射提供起始自由电子，然后，由碰撞游离而导致介质击穿，产生电弧，最后靠热游离来维持。三、游离和去游离在电弧中，介质产生游离的同时还产生去游离的相反过程。去游离：带电质点相互中和为不导电的中性质点，使带电质点减少的现象。弧隙的去游离是靠离子的复合和扩散两种形式进行的1、复合能量较小的电子附着于中性质点，形成负离子，正、负离子相撞成为中性质点的过程。阴极阳极负离子中性质点正离子2、带电质点的扩散：弧柱中的自由电子及离子由于热运动从弧柱内部逸出进入周

5、围介质的一种现象。阴极阳极自由电子扩散的形式有二种：温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点；浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少；3.去游离对电弧的影响去游离>游离电弧电流减小，逐渐熄灭去游离<游离电弧愈旺去游离=游离电弧稳定燃烧温度降低热发射、热游离作用减弱带电质点速度减慢复合加强去游离作用加强电弧温度对去游离的影响四、影响去游离的因素压力增大带电质点间的距离减小复合减弱去游离

6、作用减小电弧燃烧空间的压力对去游离强弱的影响传热能力越强介电强度越大介质热容量越大去游离作用越强熄弧介质与触头材料对去游离强弱的影响触头金属熔点高定义：在直流电路中产生的电弧叫直流电弧1.电弧电压分布图电弧电压＝阴极区压降＋弧柱压降＋阳极区压降五、直流电弧的特性触头间的电弧可以分为三个区域：阴极区弧柱区阳极区Uh=阴极区电压U阴极区+弧柱区UH+阳极区U阳极区——U阴极区，大小与ih无关，在空气中U=8～11V——UH与ih呈线性关系——U阳极区

7、几个mm长、主要由U阴极区+U阳极区组成,UH近似于零五、直流电弧的特性及熄灭2.直流电弧的伏安特性从电路角度看，直流电弧是一非线性电阻，阻值随电流及其它因素而改变。具有电弧的R—L直流电路起弧后电压平衡方程式为：当游离与去游离处于动态平衡，电弧稳定燃烧，则是电路伏安特性；是电弧静伏安特性。两条曲线交于A、B两点，此两点既满足了电路的要求(电弧外部条件)，又满足了电弧静伏安特性的要求(电弧内部条件)。B点称为稳定燃烧点；A点称为视在稳定燃烧点。3、直流电弧的稳定燃烧点及熄灭条件a、直流电弧的稳定燃烧点直流电弧的稳定燃烧点也称工作

8、点。让触头保持一定距离，电弧燃烧达到稳定状态后，电流不随时间变化。b、直流电弧的熄灭条件提高电弧静伏安特性，使它与曲线无交点，则电弧熄灭。可知直流电弧熄灭条件为:此式说明，当电源电压不足以平衡稳态电弧电压及线路电阻压降时，电弧电流减小直至熄灭。当两曲线相切时，为