电弧产生的原理.doc

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1、電弧一電弧的產生1.熱電子發射&強電場發射當開關斷開時﹐電觸頭分離過程中﹐由於動靜觸頭間的壓力和接觸面積不斷下降﹐接觸電阻迅速增大﹐使觸頭急劇發熱﹐溫度升高。在觸頭分開的瞬間﹐觸頭間立即充滿了不導電的介質(如空氣)﹐電流不能通過﹐即電路在一瞬間被切斷。但是由於這時觸頭溫度很高﹐金屬觸頭內的一部分自由電子﹐因具有較大的動能而從觸頭表面逸出﹐稱為“熱電子發射”。同時由於觸頭分斷的瞬間距離很小﹐觸頭間電場強度很高﹐在強大電場力作用下﹐將陰極觸頭內的一部分電子從陰極表面拉出﹐稱“強電場發射”。這樣就使觸頭之間的介質中出現了自由電子。

2、2.碰撞遊離自由電子在電場力作用下﹐逐漸加速運動﹐迅速奔向陽極﹐自由電子在向陽極高速運動的過程中﹐不斷與氣體分子發生碰撞﹐運動中的自由電子積累足夠大的動能時﹐碰撞會使中性的氣體分子分離成正離子和自由電子﹐稱“碰撞遊離”。3.電弧新產生的自由電子和原有的自由電子一起在電場中加速運動﹐又與其他的中性氣體分子碰撞﹐再次發生碰撞遊離﹐如此碰撞遊離連鎖發展下去﹐氣體介質中帶電質點大量增加﹐使原本絕緣的氣體間隙﹐由於存在著大量導電的自由電子和正離子﹐在電路電壓的作用下﹐失去絕緣而導電﹐稱為“擊穿”﹐形成電弧。4.熱遊歷電弧放電時﹐電流的

3、密度大﹐溫度高﹐弧柱溫度高達5000~13000℃。弧柱中的高溫氣體分子本身具有極高的動能而作劇烈的熱運動﹐在無規則的熱運動中相互碰撞而遊離﹐稱為“熱遊歷”。弧柱中導電的正離子和自由電子﹐就是靠熱遊歷來維持的。電弧越強﹐溫度越高﹐電弧就越穩定。5.電弧電壓開關觸頭分斷電路時產生電弧﹐其強弱除與電路的電壓有關外﹐還決定於被切斷電流的大小﹔電弧形成後﹐維護電弧穩定燃燒的電壓稱為電弧電壓﹐。電弧電壓沿整個弧長非均勻分佈﹐分為陰極壓降區﹐弧柱和陽極壓降區三部分﹐陰極壓降區只占弧長很少的一部分﹐但是電壓比較高﹐約10~~20V﹐陽極壓

4、降區的電壓一般小於陰極壓降區的電壓﹐且隨電弧電流的增大而減小﹐甚至接近於零﹐弧柱雖然占弧長的大部分﹐電壓變化卻不大。陰極壓降對滅弧﹐尤其是低壓電路中的滅弧﹐具有重大意義。二電弧的熄滅1.電弧熄滅的基本條件中性氣體分子的游離﹐是產生電弧和維持電弧的必要條件。在游離的同時﹐也存在著質點(正離子負離子或自由電子)相互中和為不帶(導)電中性質點的過程。這種游歷的反過程﹐叫做“去游離”。在電弧燃燒過程中﹐游離和去游歷同時存在﹐當游歷作用大于去游歷作用時﹐弧柱內離子增加﹐電流增大﹔反之﹐電弧電流減小熄滅﹔兩者作用平衡時﹐電弧穩定燃燒。因

5、此﹐電弧熄滅的基本條件是﹕使電弧的去游歷作用大于游歷作用。要使電弧迅速熄滅﹔必須人為加強去游歷的條件。2.去游歷方式電弧的去游歷方式有復合和擴散兩種﹐復合是使兩個帶異號電荷的質點中和﹐條件是兩個質點在一定的時間內必須處于相近的距離﹔由于電子運動速度很快﹐約為離子的1000倍﹐與正離子復合的機會少的多﹐讓電弧與固體表面接觸﹐使電子首先附著在其表面﹐會很容易吸引正離子進行復合。拉長和冷卻電弧﹐降低帶電質點的運行速度﹐有助於復合的加強。擴散是帶電質點從弧柱中逸出的現象﹐是由于電弧與周圍介質存在著很大的溫度差與濃度差的結果。不斷用較

6、冷又沒有游歷的氣體吹動電弧或使之在周圍介質中移動﹐不僅使電弧加速冷卻﹐還會加大電弧與介質間的溫差和離子濃度差﹐使擴散增強。拉長電弧﹐增大電弧周長與截面的比值﹐擴散也會加強。三熄滅電弧的措施1.加速觸頭的分離速度﹐迅速拉長電弧交流電路中﹐每隔半個周期電流經過零值一次﹐在電流過零瞬間﹐電弧自然熄滅。然后弧隙間介質的電場強度開始恢復﹐同時觸頭間的電壓也隨之按正弦規律恢復﹐當電壓增加到大于弧隙間介質的絕緣強度時﹐弧隙被再次擊穿﹐電弧重燃。加速觸頭的分離速度﹐可增大觸頭間的距離﹐迅速拉長電弧可增強弧隙的去游離作用﹐加大弧隙介質絕緣強度

7、的恢復速度。當電壓的增長值小于弧隙間介質的絕緣強度時﹐電弧不能重燃。具體方法可采用強力跳閘彈簧。2.將長電弧分成几個短電弧在電弧途徑的旁邊與電弧垂直放置一些金屬柵片﹐3.利用氣體縱向或橫向吹動電弧4.使電弧在周圍介質中移動5.利用固體介質的狹縫或狹溝