开关电弧的形成_电弧熄灭及灭弧的基本方法

【开关电弧的形成_电弧熄灭及灭弧的基本方法】

断路器切断通有电流的回路时，只要电源电压大于10～20V，电流大于80～100mA，在动、静触头分开瞬间，触头间隙就会出现电弧。

此时，触头虽然已分开，但是电路中的电流还在继续流通，只有熄灭电弧，电路才真正断开。本节介绍开关电弧的基本知识与各种灭弧方法的原理。

一、电弧的形成

电弧的产生和维持是触头间隙的绝缘介质的中性质点(分子和原子)被游离的结果，游离是指中性质点转化为带电质点。电弧的形成过程就是气态介质或液态介质高温气化后的气态介质向等离子体态的转化过程。因此，电弧是一种游离气体的放电现象。

强电场发射是触头间隙最初产生电子的主要原因。在触头刚分开的瞬间，间隙很小，间隙的电场强度很大，阴极表面的电子被电场力拉出而进入触头间隙成为自由电子。

电弧的产生是碰撞游离所致。阴极表面发射的电子和触头间隙原有的少数电子在强电场作用下，加速向阳极移动，并积累动能，当具有足够大动能的电子与介质的中性质点相碰撞时，产生正离子与新的自由电子，这种现象不断发生的结果，使触头间隙中的电子与正离子大量增加，它们定向移动形成电流，介质强度急剧下降，间隙被击穿，电流急剧增大，出现光效应和热效应而形成电弧。

热游离维持电弧的燃烧。电弧形成后，弧隙温度剧增，可达6000℃～10000℃以上。在高温作用下，弧隙中性质点获得大量的动能，且热运动加剧，当其相互碰撞时，产生正离子与自由电子。这种由热运动而产生的游离叫热游离。一般气体游离温度为9000℃～10000℃，金属蒸气热游离温度约为4000～5000℃。因此热游离足以维持电弧的燃烧。

二、电弧的熄灭

在中性质点发生游离的同时，还存在着使带电质点不断减少的去游离。去游离的主要形式是复合与扩散。

1．复合

复合是异性带电质点彼此的中和。复合速率与下列因素有关：

1)带电质点浓度越大，复合机率越高。当电弧电流一定时，弧截面越小或介质压力越大，带电质点浓度也越大，复合就强。故断路器采用小直径的灭弧室，可以提高弧隙带电质点的浓度，增强灭弧性能；

2)电弧温度越低，带电质点运动速度越慢，复合就容易。故加强电弧冷却，能促进复合。在交流电弧中，当电流接近零时，弧隙温度骤降，此时复合特别强烈；

3)弧隙电场强度小，带电质点运动速度慢，复合的可能性就增大。所以提高断路器的开断速度，对复合有利。

2．扩散

扩散是指带电质点从弧隙逸出进入周围介质中的现象。扩散去游离主要有两种。

l)温度扩散。

弧隙与其周围介质的温差越大，扩散越强。用冷却介质吹弧，或电弧在周围介质中运动，都可增大电弧与周围介质的温差，加强扩散作用。

2)浓度扩散。

电弧与周围介质离子的浓度相差越大，扩散就越强烈。

当游离大于去游离时，电子与离子浓度增加，电弧加强；当游离与去游离相等时，电弧稳定燃烧；当游离小于去游离时，电弧减少以致熄灭。所以要促使电弧熄灭就必须削弱游离作用，加强去游离作用。断路器综合利用上述原理，制成各式灭弧装置，能迅速而有效地熄灭短路电流产生的强大电弧。

三、交流电弧的开断

交流电弧电流每周自然过零两次。在电流过零时，电弧暂时熄灭。因此熄灭交流电弧，就是让交流电弧过零后电弧不重燃。

交流电弧过零时自然熄灭，过零后是否重燃，取决于电源加在弧隙上的恢复电压与弧隙介质强度的耐压能力的恢复情况。