第一節(jié)電弧的物理基礎(chǔ)第十三章電弧及滅弧裝置第二節(jié)直流電弧及其熄滅第三節(jié)交流電弧及其熄滅第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置一、電弧現(xiàn)象及特點電弧屬于氣體放電的一種形式。對于有觸點電器而言，由于它主要產(chǎn)生于觸頭斷開電路時，高溫將燒損觸頭及絕緣，嚴(yán)重情況下甚至引起相間短路、電器爆炸，釀成火災(zāi)，危及人員及設(shè)備的安全。所以從電器的角度來研究電弧，目的在于了解它的基本規(guī)律，找出相應(yīng)的辦法，讓電弧在電器中盡快熄滅。電弧可分為三個區(qū)域，近陰極區(qū)、近陽極區(qū)及弧柱區(qū)。電弧按其外形可分為長弧與短弧。電弧還可按其電流的性質(zhì)分為直流電弧和交流電弧。

第一節(jié)電弧的物理基礎(chǔ)第一節(jié)電弧的物理基礎(chǔ)二、開斷電路時電弧產(chǎn)生的物理過程電器工作時，如果觸頭開斷電路的電壓和電流大于其生弧電壓和生弧電流（產(chǎn)生電弧的最小電壓、電流值），就會產(chǎn)生電弧。觸頭間產(chǎn)生電弧的物理過程如下：觸頭剛開始分離時，接觸面積逐漸減小，接觸處的電阻越來越大，電流密度也逐漸增大，觸頭表面的溫度劇增。觸頭表面形成熱發(fā)射電子。在觸頭剛剛分開發(fā)生熱發(fā)射的同時，由于觸頭之間的距離很小，線路電壓在這很小的間隙內(nèi)形成很高的電場。陰極表面形成強電場發(fā)射電子。由于這兩種發(fā)射的作用，大量電子從陰極表面進(jìn)入弧隙，它們在電場的作用下，隨著觸頭的分開就會不斷地撞擊中性氣體分子，形成碰撞游離，產(chǎn)生自由電子與正離子。被游離的自由電子在電場作用下又會發(fā)生新的撞擊和游離。孤隙中的中性氣體就變?yōu)閷?dǎo)電的自由電子與正離子。在電場作用下，它們向陰極、陽極運動，電弧形成，電路并未斷開。隨著電弧形成產(chǎn)生的高溫，弧隙間的熱游離作用越來越強，氣體中帶電粒子越來越多，電弧則完全形成。第一節(jié)電弧的物理基礎(chǔ)

三、電弧熄滅的物理過程電弧中氣體游離現(xiàn)象的同時還存在一個相反的過程，稱為消游離。消游離就是正、負(fù)帶電粒子中和而變成中性粒子的過程。消游離的方式分兩類：復(fù)合和擴散。1．復(fù)合帶異性電荷的粒子相遇后相互作用中和而變成中性粒子稱為復(fù)合。復(fù)合按其地點可分為：表面復(fù)合和空間復(fù)合。2．?dāng)U散帶電粒子從電弧區(qū)轉(zhuǎn)移到周圍介質(zhì)中去的現(xiàn)象稱為擴散。擴散使電弧中的帶電粒子減小。擴散出來的帶電粒子因冷卻很容易相互結(jié)合，中和電荷而形成中性粒子。第一節(jié)電弧的物理基礎(chǔ)第二節(jié)直流電弧及其熄滅

一、直流電弧的伏安特性電弧的伏安特性說明電弧電壓與電流的關(guān)系。它實質(zhì)上是反映電弧內(nèi)的物理過程。直流電弧是指產(chǎn)生電弧的電路電源為直流。靜特性是指在電弧穩(wěn)定燃燒條件下，電弧不受熱慣性影響時，電弧電流與電弧壓降的關(guān)系。動特性是指在電弧不穩(wěn)定燃燒條件下，電弧電流變化快，其熱慣性對電弧有影響時，電弧電流與電弧壓降的關(guān)系。根據(jù)電流變化速度不一樣，動特性曲線有許多條。

二、直流電弧的熄滅

一個直流電弧能夠穩(wěn)定燃燒的條件是有穩(wěn)定燃燒點，要想使直流電弧熄滅，就應(yīng)該做到消除穩(wěn)定燃燒點，就是將電弧拉長。

第二節(jié)直流電弧及其熄滅

三、斷開感性電路的過電壓為了減小電弧對觸頭及電器的燒損，通常希望熄弧時間越短越好。但是在斷開感性電路時，若熄弧時間過短，電感中將產(chǎn)生很大的自感電勢。其數(shù)位常比電源電壓大好多倍，通常稱之為過電壓。過電壓產(chǎn)生后，一方面可能將電氣設(shè)備的絕緣擊穿，引起破壞性故障；另一方面，可能擊穿弧隙,使電弧重燃。為此必須要加以防止和限制。

第二節(jié)直流電弧及其熄滅

斷開感性電路產(chǎn)生過電壓的根本原因，在于貯存在電感中的磁場能量要在非常短暫的時間內(nèi)釋放出來并消耗掉。如果能將磁場能量逐漸地消耗在電阻上，就可以控制此時的過電壓。

第二節(jié)直流電弧及其熄滅減小直流電弧熄滅時過電壓的方法(a)并聯(lián)電阻法；(b)并聯(lián)RC支路法；(c)并聯(lián)整流二極管法

一、交流電弧的伏安特性交流電弧與直流電弧有所不同，交流電流的瞬時值隨時間變化，每周期內(nèi)有兩次過零點。電流經(jīng)過零點時，弧隙的輸入能量等于零，電弧溫度下降，電弧自然熄滅。而后隨著電壓和電流的變化，電弧重新燃燒。因此，交流電弧的燃燒，實際上就是電弧的點燃、熄滅周而復(fù)始的過程。第三節(jié)交流電弧及其熄滅二、交流電弧過零后的物理過程交流電弧電流過零時，由于電源停止供給能量，故電弧自然熄滅，交流電弧過零自然熄滅后，還會重新燃燒。交流電弧過零后，弧隙間存在兩個對立的基本過程，一是由于弧電流值下降至零，弧隙溫度迅速下降，使得原來導(dǎo)電的粒子要轉(zhuǎn)變?yōu)椴粚?dǎo)電的中性粒子，此過程稱弧隙間介質(zhì)強度恢復(fù)過程，這是阻止電弧重燃的因素。另一方面是交流電弧過零后，加在弧隙上的電壓逐漸增高的過程，稱為弧隙電壓恢復(fù)過程，此過程可能將弧隙擊穿重新點燃電弧，所以這是使電弧重燃的因素。

第三節(jié)交流電弧及其熄滅三、交流電弧熄滅的條件交流電弧熄滅條件為：交流電弧電流過零后，如果弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)的速度超過了弧隙電壓恢復(fù)的速度，則電弧熄滅。反之，電弧重燃。第三節(jié)交流電弧及其熄滅為使交流電弧過零點后不再重燃，可減小恢復(fù)電壓增長速度和增加介質(zhì)強度恢復(fù)速度。增加介質(zhì)強度恢復(fù)速度，在實際運用中效果較顯著的方法主要就是通過金屬柵片將電弧分割成許多短弧，這樣每一個短弧相當(dāng)于處在一對電極之中，電流過零后，就產(chǎn)生近陰極效應(yīng)。此時起始介質(zhì)強度之和比一對極下產(chǎn)生的擴大了許多倍。當(dāng)外界加在電弧兩端的電壓小于此值時，電弧在過零后就不再重燃。減小恢復(fù)電壓增長速度，抑制電弧重燃，一般采用的方法為在弧隙兩端并聯(lián)一電阻

第三節(jié)交流電弧及其熄滅一、拉長電弧電弧拉長以后，電弧電壓增大，改變了電弧的伏安特性。在直流電弧中，其靜伏安特性上移，電弧可以熄滅。在交流電弧中，由于燃弧電壓的提高,電弧重燃困難。電弧的拉長可以沿電弧的軸向（縱向）和沿垂直于電弧軸向（橫向）拉長。1.機械拉長2.回路電動力拉長第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置3.磁吹滅弧第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置磁吹滅弧裝置示意圖1—磁吹鐵心；2—導(dǎo)弧角；3—滅弧罩；4—磁吹線圈；5—鐵夾板；6—靜觸頭；7—動觸頭；8—絕緣套。

二、滅弧罩滅弧罩是讓電弧與固體介質(zhì)相接觸，降低電弧溫度，從而加速電弧熄滅的裝置。其結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但其基本構(gòu)成單元為“縫”。滅弧罩壁與壁之間構(gòu)成的間隙稱作“縫”。根據(jù)縫的數(shù)量可分為單縫和多縫。根據(jù)縫的寬度與電弧直徑之比可分為窄縫與寬縫。根據(jù)縫的軸線與電弧軸線間的相對位置關(guān)系可分為縱縫與橫縫?？p的軸線和電弧軸線相平行的稱為縱縫，兩者相垂直的則稱為橫縫。

第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置

三、油冷滅弧裝置油冷滅弧是將電弧置于液體介質(zhì)（一般為變壓器油）中，電弧將油汽化、分解而形成油氣。油氣中主要成分是氫，在油中以氣泡的形式包圍電弧。氫氣具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，這就使電弧的熱量容易散發(fā)。由于存在著溫度差，所以氣泡產(chǎn)生運動，又進(jìn)一步加強了電弧的冷卻。若再要提高其滅弧效果，可在油箱中加設(shè)一定機構(gòu)，使電弧定向發(fā)生運動，這就是油吹滅弧。由于電弧在油中滅弧能力比在大氣中拉長電弧大得多，所以這種方法一般用于高壓電器中，如油開關(guān)。第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置

四、氣吹滅弧裝置氣吹滅弧是利用壓縮空氣來熄滅電弧的。壓縮空氣作用于電弧，可以很好地冷卻電弧、提高電弧區(qū)的壓力、很快帶走殘余的游離氣體，所以有較高的滅弧性能。按照氣流吹弧的方向，它可以分為橫吹和縱吹兩類。氣吹滅弧裝置1—動觸頭；2—滅弧室瓷罩；3—靜觸頭；

4—壓縮空氣；5—電弧。

第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置五、橫向全屬柵片滅弧橫向金屬柵片又稱去離子?xùn)牛玫氖嵌袒缁≡?。用磁性材料的金屬片置于電弧中，將電弧分成若干短弧，利用交流電弧的近陰極效應(yīng)和直流電弧的近極壓降來達(dá)到熄滅電弧的目的。橫向金屬柵片滅弧裝置主要用于交流電器，因為它可將起始介質(zhì)強度成倍的增長。對于直流電弧而言，因無近陰極效應(yīng)，只能靠成倍提高極旁壓降來進(jìn)行滅弧。第四節(jié)電弧熄滅的方法及裝置六、真空滅弧裝置真空中氣體很稀薄，電子的自由行程遠(yuǎn)大