电弧有哪几方面组成？及产生的原因是什么会造成哪些危害？

电弧的重要特点是电流增大时,极间电压下降,弧柱电位梯度也低，每厘米长电弧电压降通常不过几百伏，有时在1伏以下。

电弧是由气体电离形成的持续放电现象，主要包含以下几方面：

一、电弧的组成方面：

阴极区：
- 位置： 电弧的负极端（阴极）附近非常狭窄的区域。
- 特征： 产生大量发射电子。电子发射方式主要有：
  - 热电子发射： 阴极斑点（电流集中、温度极高的点）因高温逸出电子。
  - 场致发射： 阴极表面极强的电场将电子“拉”出来。
- 电压降： 存在显著的阴极压降（约10-20V），用于克服逸出功并加速电子。
阳极区：
- 位置： 电弧的正极端（阳极）附近非常狭窄的区域。
- 特征： 接收来自弧柱的高速电子流。这些电子撞击阳极表面形成阳极斑点（同样高温），将动能转化为热能。
- 过程： 电子被阳极吸引、接收，部分能量使阳极材料熔化和蒸发。
- 电压降： 存在阳极压降（通常小于阴极压降，约等于气体的电离电位）。
弧柱区：
- 位置： 位于阴极区和阳极区之间，占据电弧主体部分。
- 特征：
  - 等离子体态： 由几乎等量的自由电子、正离子和中性粒子（原子或分子）组成的电中性、高度电离的高温气体（核心温度可达数千甚至上万摄氏度）。
  - 高电导率： 高度电离使其具有极佳的导电性。
  - 高温、高亮度： 发出强光和大量热辐射。
  - 动态平衡： 持续进行电离（电子与粒子碰撞产生新电子和离子）和消电离（正负粒子复合为中性粒子）过程，维持导电通道。

二、电弧产生的原因：

电弧的产生本质上是在强电场作用下，电极间的气体介质从绝缘状态转变为高度导电的等离子体状态的过程。主要原因包括：

强电场击穿：
- 当两电极间的电压差足够高时，会在极间空间建立强电场。当电场强度超过气体的绝缘强度（击穿场强）时，气体分子会被电离（电子被剥离），引发雪崩效应，瞬间产生大量自由电子和离子，形成导电通道。
接触分离：
- 当两个原本接触的导体（如开关触点、保险丝熔断处）被拉开时，接触点处电流密度激增，产生局部高温，使接触点金属熔化和汽化。熔融金属桥被拉断瞬间，在高温金属蒸气和热的作用下，气体被强烈电离，极易引燃电弧。
绝缘表面污染或劣化：
- 绝缘子、套管、电缆端头等绝缘材料表面若有污秽（灰尘、盐分、水分）、裂纹、老化或碳化痕迹，会显著降低其沿面绝缘强度。在运行电压或过电压作用下，可能发生沿面闪络，形成电弧。
意外短路：
- 带电导体之间（如相间、相对地）因绝缘损坏、小动物搭接、工具误碰等原因发生意外的直接接触，巨大的短路电流通过接触点，产生极高温度，将金属汽化并引发电弧。
高能粒子激发：
- 宇宙射线等高能粒子撞击气体分子，可能产生初始电子和离子，诱发局部电离，在电场作用下也可能发展成为电弧（在高电压、低气压环境下更易发生）。

三、电弧造成的危害：

电弧能量高度集中，温度极高，持续时间从毫秒级到秒级不等，可造成极其严重的危害：

严重烧伤与伤亡：
- 直接接触/近距离爆炸： 电弧温度远超金属熔点甚至沸点，人体直接接触或靠近时，会造成极其严重的深度烧伤甚至炭化，往往致命。
- 强热辐射： 电弧产生强烈的红外线和紫外线辐射，可导致近距离人员严重皮肤灼伤（“弧闪烧伤”）和眼睛损伤（“电光性眼炎”或角膜灼伤）。
爆炸冲击波：
- 电弧超高温使周围空气、材料（特别是绝缘材料、金属）急剧膨胀、汽化，产生巨大的爆炸性压力波（弧闪爆炸）。
- 后果： 炸毁设备、碎片横飞、震碎门窗玻璃、将人员猛烈抛掷或震伤（如鼓膜破裂、脑震荡、内脏损伤）。
设备损坏与火灾：
- 烧蚀与熔融： 高温电弧可瞬间熔化、汽化导体金属（如开关触点、母线、线缆），造成设备永久性损坏。
- 绝缘损坏： 高温灼烧周围绝缘材料，使其碳化、丧失绝缘性能。
- 起燃火灾： 飞溅的熔融金属颗粒、气体爆炸以及灼热的导体很容易引燃附近的可燃物（如电缆、油类、塑料、木结构），引发严重的电气火灾。
电力系统破坏：
- 短路故障持续： 电弧本身代表持续的导电通道，使得短路故障不能自行消除（如开关无法开断），持续的短路电流会破坏发电机、变压器等主要设备，导致大面积停电。
- 电压波动与闪变： 电弧的产生和熄灭过程会引起电网电压的剧烈波动和闪变。
- 谐波污染： 电弧的非线性伏安特性会产生大量谐波电流，污染电网。
次生损害与事故：
- 爆炸和火灾可能波及相邻设备或区域，造成更大范围的破坏。
- 损坏控制系统，导致连锁故障。
- 有毒烟雾释放（如含氟聚合物的高温分解产物）。

总结来说，电弧是由阴极区、阳极区和高温等离子体弧柱区组成的高能量放电现象。其主要产生原因是强电场导致的气体击穿、接触分离、绝缘劣化、短路以及高能粒子激发。电弧的危害极其巨大，包括严重人身伤亡（烧伤、爆炸伤）、设备毁灭性损坏、大规模停电、火灾以及系统稳定性破坏，是电力系统和工业电气安全中重点防范的风险之一。因此，必须严格遵守电气安全规程，使用适当的个人防护装备（如防电弧服、面罩），并利用有效的工程措施（如快速断路器、灭弧室、限制短路电流、加强绝缘、监控预警）来防止电弧发生并将其危害限制在最小范围内。