电弧产生的原因及危害

电弧的组成

1、弧柱区

弧柱区呈电中性，它是由分子、原子、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106）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。

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，电子的动能A=2mv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。

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2×105pa~3×105pa。设备内的零部件如门在这样的高压力作用下会脱离它们的固定机构并被掀开。高温还在设备内产生熔化和蒸发过程。结果产生毒气，毒气又在压力作用下向外排出。这样对附近的工作人员就有生命的危险。工作人员吸入毒气造成死亡的例子不少。更多的情况是烧伤皮肤和使人目眩。

除了人身伤害外，还有设备的损坏，如建筑内的设备，开关设备和二次部分部分或全部地被破坏。即使破坏过程结束了，用户还要承受长时停产及高昂的事故费用。

电弧的消除

1．速拉灭弧

快速拉大触头间距离，当触头间所加电压不足以击穿其间距时，电弧就不会重新点燃。触头的分离速度越快，电弧熄灭就越快，通常在高压断路器中装设强力的跳脱弹簧来加快触头分开的速度。

2．吹弧灭弧法

利用外力（如气流、油流或电磁力）来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，加速电弧的熄灭，按吹弧的方向来分，有横吹和纵吹两种。

3．冷却灭弧法

降低电弧的温度，使正负离子的复合增强，有助于电弧迅速熄灭，这是一种基本的灭弧方法。

4．短弧灭弧法

利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的压降将近似地增大若干倍。当外施电压小于电弧上的压降时，则电弧就不能维持而迅速熄灭。通常采用钢灭弧栅，让电弧进入钢片，一是利用了电动力吹弧，二是利用了铁磁吸弧，同时钢片对电弧还有冷却作用。

5．狭缝灭弧法

电弧在固体介质所形成的窄沟内燃烧，将电弧冷却，同时电弧在狭缝窄沟中燃烧，压力增大，有利于电弧的熄灭。有的熔丝在熔管内充填石英砂，就是利用这种狭沟灭弧原理，还有一种用耐弧的绝缘材料（陶瓷类）制成灭弧栅，也是利用了这种灭弧原理。

6．真空灭弧法

真空具有较高的绝缘强度，如果将开关触头装置置于真空容器，则在电流过零时，即能熄灭电弧。为防止产生过电压，应当不使触头分开时，电流突变为零。一般应在触头间产生少量金属蒸汽，形成电弧通道。当交流电流自然下降过零前后，这些等离子态的金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。

审核编辑 黄昊宇