電弧的產(chǎn)生、危害及消除措施

1、電弧的產(chǎn)生、危害及消除措施一電弧的產(chǎn)生當(dāng)斷路器開斷電路時，只要電路中電壓大于102ov。電流大于 80100ma。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，電場強度e很高(e = u/d)。當(dāng)電場強度超過一定數(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 = mv2

2、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

3、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。二電弧的特性電孤是一種氣體放電現(xiàn)象，電弧放電現(xiàn)象的主要特性如下。1.電孤是種能量集中、溫度高、亮度大的氣體放電現(xiàn)象。如前所述，10kv少油斷路器開斷20ka時，電弧功率高達(dá)一萬千瓦已上。這樣大的能量在很短的時間內(nèi)幾乎全部變成熱能，造成電弧及其附近區(qū)域強烈物理、化學(xué)變化。2.電弧由三部分組成：陰極區(qū)、陽級區(qū)和弧柱區(qū)。在電弧的陰極和陽極區(qū)，溫度常超過金屬氣化點，弧柱是在陽極、陰極之間明亮的光柱，弧柱中心溫度可高達(dá)七干度，弧柱的直徑很小，一般只有幾毫米到幾個厘米。在弧柱周圍溫度較低，亮度明顯減弱的部分稱為孤焰，電流幾乎都在弧柱內(nèi)流通。3.電弧是一

4、種自持放電現(xiàn)象。只要很低的電壓就能維持電弧穩(wěn)定燃燒而不熄滅。如大氣中一厘米的直流電狐的維持電壓只有15-30v，在變壓器油中也不過100-2oov。4.電弧是一束游離的氣體，質(zhì)量極輕，容易變形。在外力作用下。如氣體、液體的流動作用，以及在電動力的作用下，電弧能迅速移動、伸長及卷曲，對敞露在大氣中的電弧尤其明顯。5.電弧是高溫高導(dǎo)電率的游離氣體。觸頭間電弧燃燒的間隙稱為弧隙。電弧形成后，弧隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足夠的能量而向外發(fā)射，形成熱電場發(fā)射。同時在高溫的作用下(電弧中心部分維持的溫度可達(dá)10000以上)，氣體中性質(zhì)點的不規(guī)則熱運動速度增加。當(dāng)具有足夠動能的中性質(zhì)點相互碰撞時，將被游

5、離而形成電子和正離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離。隨著觸頭分開的距離增大，觸頭間的電場強度e逐漸減小，這時電弧的燃燒主要是依靠熱游離維持的。在開關(guān)電器的觸頭間，發(fā)生游離過程的同時，還發(fā)生著使帶電質(zhì)點減少的去游離過程。 工業(yè)配電系統(tǒng)主要是交流系統(tǒng)，所以電弧也主要是交流電弧，其性質(zhì)是半個周期要經(jīng)過零值一次，而電流過零時，電弧要暫時熄滅。因此，大多數(shù)交流開關(guān)電器的滅弧方法中，都利用了交流電流過零時電弧暫時熄滅這一特性。電弧是由3部分組成，即弧柱區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)。 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

6、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)的電場強度較低，通常只有510v/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10-510-6cm，如果陰極壓降為10v，則陰極區(qū)的電場強度為106107v/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10-210

7、-3cm，則陽極區(qū)的電場強度為103104v/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010v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。三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2105pa3105pa。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

8、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。四.電弧的消除1速拉滅弧當(dāng)交流電流經(jīng)過零值的瞬間，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)強力的跳脫彈簧來加快觸頭分開的速度。 2吹弧滅弧法 a)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度，加速電弧的熄滅，按吹弧的方向來分，有橫吹和縱吹兩種。 b)當(dāng)?shù)蛪旱堕_關(guān)迅

9、速拉開刀闡時，不僅迅速拉長了電弧，同時使本身回路電流產(chǎn)生的電動力作用于電弧，吹動電弧，使其拉長電弧直到電弧熄滅。 c)如果開關(guān)利用專門吹弧線圈來吹動電弧，使電弧移動，電弧移動的力實際上是電弧電流在線圈磁場中產(chǎn)生的電動力。 d)也有的開關(guān)利用鐵磁物質(zhì)（鋼片等），來吸動電弧。 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，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