电弧的产生、危害及消除措施.doc

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1、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

2、子的动能A=mv2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

3、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。在弧柱周围温度较低，亮度

4、明显减弱的部分称为孤焰，电流几乎都在弧柱内流通。3.电弧是一种自持放电现象。只要很低的电压就能维持电弧稳定燃烧而不熄灭。如大气中一厘米的直流电狐的维持电压只有15--30V，在变压器油中也不过100--2OOV。4.电弧是一束游离的气体，质量极轻，容易变形。在外力作用下。如气体、液体的流动作用，以及在电动力的作用下，电弧能迅速移动、伸长及卷曲，对敞露在大气中的电弧尤其明显。5.电弧是高温高导电率的游离气体。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℃

5、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。工业配电系统主要是交流系统，所以电弧也主要是交流电弧，其性质是半个周期要经过零值一次，而电流过零时，电弧要暂时熄灭。因此，大多数交流开关电器的灭弧方法中，都利用了交流电流过零时电弧暂时熄灭这一特性。电弧是由3部分组成，即弧柱区、阴极区和阳极区。1、弧柱区弧柱区呈电中性，它是由分子、原子

6、、受激的原子、正离子、负离子及电子所组成，其中带正电荷的离子与带负电荷的离子几乎相等，所以又称为等离子体。带电的粒子在等离子体定向移动，基本上不消耗能量，所以才能够在低电压条件下，传输大电流。传输电流的主要带电粒子是电子，大约占带电粒子总数的99.9%，其余为正离子。因为阴极区和阳极区的长度极短，所以可以认为弧柱区长度为电弧长度。弧柱区的电场强度较低，通常只有5～10V/cm。2、阴极区阴极被认为是电子之源。它向弧柱提供99.9%的带电粒子（电子）。阴极发射电子的能力，对电弧稳定性影响极大。阴极区的长度为10-5～10-6cm，如果阴极压降为10V，则阴极区的电场强度为10

7、6～107V/cm。3、阳极区阳极区主要是接受电子，但还应向弧柱提供0.1%的带电粒子（正离子）。通常阳极区的长度为10-2～10-3cm，则阳极区的电场强度为103～104V/cm。由于阳极材料和焊接电流对阳极区压降影响很大，它可以在0～10V之间变化。例如当电流密度较大，阳极温度很高，使阳极材料发生蒸发时，阳极压降将降低，甚至到0V。三．电弧的危害它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。在低压设备，开关设备中，故障电弧会在10ms内将温度升高到13000k，同时在约15ms内将压力上升到约2×1