开关电器电弧的形成

一、电弧的形成

开关电器触头刚分开瞬间，阴极在强电场和高温的作用下发射电子，自由电子在触头电压作用下高速运动，产生碰撞游离导致介质击穿形成电弧。电弧形成后，由于弧柱温度很高，介质产生游离使电弧得以维持和发展，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。

二、电弧的熄灭

要熄灭电弧，必须采取措施加强去游离作用而削弱游离作用。

1、复合去游离

复合去游离是带正电的质点和带负电的质点彼此交换本身多余的电荷，成为中性质点的过程。带电质点运动速度快，出现复合的机会少，反之复合机会多，加快复合的方法有以下几种：

1）快速拉长电弧，可使电场强度下降，离子运动速度变慢，复合机会增多；

2）加快电弧冷却，可使离子运动速度变慢，复合机会增多；

3）加大气体压力，提高气体介质的浓度，使离子间自由行程缩短，复合的机率增加；

4）使电弧接触固体介质表面，促进带电质点复合。

2、扩散去游离

1）浓度扩散

带电粒子从弧心浓度高的地方向弧边周围浓度低的地方扩散，使弧隙中带电粒子减少；

2）温度扩散

弧道中的高温粒子向弧道周围温度低的介质中扩散，使弧道中的带电粒子减少；

3）气流吹拂

高速气流吹拂电弧，将弧柱中的带电粒子吹走。

三、开关电器的常用灭弧方法

1、速拉灭弧

加快开关电器的触头分离速度可以迅速拉长电弧，拉长电弧可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面积突然增大，有利于电弧的冷却及带电质点的扩散和复合，从而加速电弧的熄灭。

2、狭缝灭弧

狭缝灭弧原理：由于电弧在介质的狭缝中运动，一方面受到冷却，加强了去游离作用；另一方面电弧被缩短，弧径被压小，弧电阻增大，促使电弧熄灭。

3、外力吹弧

产生吹灭电弧的外力，常见的有电磁力、油流、气流等。外力吹弧可以很好地冷却电弧，提高电弧区的压力，很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。

4、利用金属栅片灭弧

横向金属栅片又称去离子栅，使用磁性材料的金属片置于电弧中，将电弧分成若干短弧，利用交流电弧的近阴极效应和直流电弧的近极压降来达到熄灭电弧的目的。

5、采用多断口灭弧

开关电器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，使电弧易于熄灭。采用多断口串联，可把电弧分割成多段，在相同的触头行程下电弧拉长速度和长度比单断口大，从而弧隙电阻增大，同时加在每个断口上的电压降低，使弧隙恢复电压降低，因而有利于灭弧。

6、真空灭弧

真空灭弧是使触头电弧的产生和熄灭在真空中进行，它是依据零点熄弧原理，以真空为熄弧介质工作的。真空气体压力低于133.3×10－4Pa，气体稀薄，弧隙中的自由电子和中性质点都很少，碰撞游离的可能性大大减少，而且弧柱内与弧柱外带电粒子的浓度差和温差都很大，有利于扩散。其绝缘能力比变压器油、1个大气压下的SF6 、空气都大。

7、新介质灭弧

利用灭弧性能优越的新介质，例如六氟化硫断路器利用SF6气体，氟原子吸附电子能力很强，能迅速捕捉自由电子形成负离子，对复合有利。