电弧
电弧及其与电路的相互作用-简单回顾
电弧的形成机制
总结词
电弧的形成主要依赖于气体中的自由电子浓度、气体压力、电极材料和电极间距 等因素。
详细描述
电弧的形成涉及到气体中的自由电子浓度、气体压力、电极材料和电极间距等因 素。当气体中的自由电子浓度足够高，且电极间距足够小，气体中的自由电子在 电场的作用下会发生碰撞电离，产生更多的自由电子，形成电弧。
电弧的存在会对电路中的电压和 电流产生扰动，影响电路的正常
运行。
设备损坏
电弧可能会导致电路中的设备过热 或损坏，如开关设备、断路器等。
能量损失
电弧会导致电路中的能量损失，降 低电路的效率。
电弧在电路中的控制方法
采用灭弧装置
在电路中采用灭弧装置，如灭弧罩、 灭弧栅等，可以有效控制电弧的产生 和熄灭。
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CATALOGUE
电弧的应用
电弧在开关设备中的应用
开关设备中的电弧主要出现在断路器和隔离开关的操作过程中，用于实现电路的通 断。
电弧的产生会导致电路中的电压和电流发生突变，对电路的稳定运行产生影响。
为了减小电弧对电路的影响，开关设备通常采用灭弧装置来快速熄灭电弧，保持电 路的稳定。
电弧在焊接中的应用
详细描述
通过深入了解电弧的物理和化学特性，可以更好地控制电弧 的产生和熄灭，从而提高电弧的稳定性。此外，研究电弧与 电路的相互作用机制，可以更好地预测和控制电弧的行为， 提高电弧的可控性。
探索新型电弧控制方法
总结词
随着科技的发展，新型的电弧控制方法不断 涌现。这些方法包括利用人工智能、机器学 习等先进技术进行电弧控制。
要点二
详细描述
为了更好地理解和控制电弧，需要深入研究电弧的物理特 性和化学特性，包括电弧的温度、电流密度、化学成分等 。
电弧的名词解释
电弧的名词解释
嘿，你知道啥是电弧不？电弧啊，就好比天空中突然划过的一道闪电！（就像夏天雷雨天那吓人的闪电一样。
）
想象一下，在两根金属导体之间，突然“啪”地一下出现了一道耀眼的光芒，伴随着噼里啪啦的声响，那就是电弧啦！（这不就跟过年放烟花时那突然绽放的烟花差不多嘛！）
它可不是随随便便就出现的哦！当电流穿过空气或者其他绝缘介质的时候，就可能产生电弧呢。
比如说，你家里的开关，在你打开或者关闭的瞬间，是不是有时候会看到小火花呀，那其实就是一种小小的电弧哟！（就像你划火柴时那瞬间亮起的小火苗。
）
电弧这玩意儿可不好惹呢！它的温度那是超级高的，高到吓人！（哎呀，就跟那滚烫的岩浆似的！）要是不注意，它能把周围的东西都给烧坏咯。
而且它还挺危险的，搞不好还会引发火灾呢！（这可不是开玩笑的呀，你想想火灾多可怕！）
在一些工业领域，比如焊接，电弧可是大功臣呢！工人叔叔们就利用电弧产生的高温来把金属焊接在一起。
（这不就跟用胶水把东西粘起来一样嘛，只不过这个“胶水”是高温的电弧。
）但要是控制不好，也会出问题哦。
那怎么才能对付电弧呢？这可得好好研究研究。
咱得想办法让它乖乖听话，不能让它随便捣乱呀！（就像要驯服一只调皮的小宠物一样。
）
总之呢，电弧就是这么个既厉害又有点让人头疼的东西。
它有时候是我们的好帮手，有时候又会给我们带来麻烦。
所以呀，我们可得好好了解它，才能更好地利用它或者防范它带来的危害呀！我的观点就是，电弧是一种很特别的现象，我们必须重视它，深入研究它，这样才能让它更好地为我们服务呀！。
电弧
电弧：电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
所谓气体放电，是指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象（图1-1）。
但是并不是所有的气体放电现象都是电弧，电弧仅是其中的一种形式。
⏹图1-2是一对电极气体放电的伏安特性曲线，根据气体放电的特性，可以将其分为两个区域，即非自持放电区和自持放电区。
⏹当导电电流大于一定值时，就会产生这种自持放电。
在自持放电区内，当电流数值不同时，导电机构也有差异，可以分为暗放电、辉光放电和电弧放电三种形式。
2.电弧中带电粒子的产生⏹两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件，一是必须有带电粒子，二是在两极之间必须有一定强度的电场。
(E = U/d)。
⏹电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。
引燃电弧和维持电弧燃烧的带电粒子是电子和正离子。
这两种带电粒子主要是依靠电弧中气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程产生的。
（1）电离与激励2.电弧中带电粒子的产生⏹两电极之间的气体受到外加能量（如外加电场、光辐射、加热等）作用时，气体分子热运动加剧。
当能量足够大时，由多原子构成的气体分子就会分解为原子状态，这个过程称为解离。
⏹在外加能量的作用下，使中性气体分子或原子分离成为正离子和电子的现象称为电离。
电离时，中性气体分子或原子吸收了足够的能量，使得其中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，同时使原子成为正离子。
⏹使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能，生成的正离子称为一价正离子，所发生的电离称为一次电离。
电离与激励电离能通常以电子伏（eV）为单位，1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所获得的能量，其数值为 1.6×10-19J。
为了便于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电压来处理，单位为伏（V），此电压称为电离电压。
电弧气氛中常见气体的电离电压如表1-1所示。
气体电离电压的大小说明电子脱离原子或分子所需要外加能量的大小，也说明某种气体电离的难易程度。
电弧Electric arc基本理论
（一)电弧的产生、维持及物理过程 3.去游离过程
A．复合去游离：带电质点的电荷彼此中和的现象。电子 碰撞中性质点—速度慢的负离子与正离子中和
B.扩散去游离：弧柱中的自由电子和正离子由于热运动 而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象。
浓度扩散；温度扩散。
(二) 熄灭交流电弧的过程 交流电弧的特性 –动态伏安特性
（一)电弧的产生、维持及物理过程
3.去游离过程（带电质点减少）
在电弧中，发生游离过程的同时还进行着使带 电质点减少的去游离过程。 游离过程>去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧 游离过程=去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧 游离过程<去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭
因此，要想使电弧熄灭，就必须设法加强去游离 过程，使其大于游离过程。
常用的灭弧介质有：空气，油(变压器油或断路 器油)，SF6，真空。
热游离-维持：电弧形成后，触头间电压立刻 降低，但弧柱的温度很高。处于高温下的介质 分子和原子产生剧烈运动，不断发生碰撞，也 会游离出自由电子和离子(这就是热游离过程)， 可以维持电弧的燃烧。
（一)电弧的产生、维持及物理过程
2.电弧的形成过程总结
阴极在强电场作用下发射电子。发射的电子 在触头电压作用下产生碰撞游离，就形成了电弧。 在高温作用下，阴极产生热发射，并在介质中发 生热游离，使电弧维持和发展，这就是电弧形成 的过程。
电弧是一种气体游离放电现象。 三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区 能量集中，温度很高，亮度很强 电弧的气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ放电是自持放电，维持电弧稳定燃烧的电压
很低 电弧是一束游离的气体， 质量极轻，容易变形。在气 体或液体的流动作用下，或 在电动力的作用下，电弧能 迅速移动，伸长或弯曲。
电弧的产生和熄灭
一、电弧旳危害和特点
1. 电弧旳概念
当开关电器开断电路时，电压和电流到达一定值时，触头
刚刚分离后，触头之间就会产生强烈旳白光，称为电弧。
2.电弧旳本质
电弧旳实质是一种气体放电现象。 表面3000-
3. 电弧放电旳特征
4000度，弧 心温度可达
（1）电弧温度很高。
10000度
（2）电弧是一种自持放电现象。 （3）电弧是一束游离旳旳气体。
经过分析，可见交流电弧在交流电流自然过 零时将自动熄灭，但在下半周伴随电压旳增 高，电弧又重燃。假如电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。
u
A
u h2
u h1
C
B
B'
O
i
C'
A'
交流电弧旳伏安特征
弧隙介质能够承受外 加电压作用而不致使弧隙 击穿旳电压称为弧隙旳介 质强度。当电弧电流过零 时电弧熄灭，而弧隙旳介 质强度要恢复到正常状态 值还需一定旳时间，此恢 复过程称之为弧隙介质强 度旳恢复过程。
2. 扩散 扩散是弧柱中旳带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质 旳现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，因为电弧和周围介质间存在很大温差， 使得电弧中旳高温带电质点向温度低旳周围介质中扩散， 降低了电弧中旳带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差， 带电质点就从浓度高旳地方向浓度低旳地方扩散，使电弧 中旳带电质点降低； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带 走电弧中旳大量带电质点，以加强扩散作用。
恢复电压＝瞬态恢复电压＋工频恢复电压
交流电弧旳熄灭条件 1.假如电源电压恢复过程不小于介质强度恢复过程，
气隙被击穿，电弧重燃。 2.假如电源电压恢复过程低于介质强度恢复过程，
第五章 电弧
第五章电弧电弧的静态伏安特性电弧的动态伏安特性交流电弧的伏安特性直流电弧稳定燃烧的条件及熄灭措施5 电弧◆第一节：概述◆第二节：电弧的产生和物理特性◆第三节：直流电弧◆第四节：交流电弧◆第五节：空气电弧的熄灭原理◆第六节：油中电弧的熄灭原理了解◆第七节：SF6气体的基本特性及其灭弧原理◆第八节：真空电弧的特性及其熄灭原理5.1 概述开关设备中，只要电路的电压或者电流不是很小（大于几十V 或者上百mA ），在分断时就会产生电弧。
◆气体放电的一种形式，具有强光和很高的热力学温度（几千到几万K ）生活中电弧的应用有哪些例子？焊接、熔炼、照明24v 以上（起步电压）5.2 电弧的产生和物理特性一、弧光放电及其特点（低气压）非自持放电与自持放电自持放电有多种形式，取决于气体压力、电流密度、电极形状、电极间距离等因素。
5.2 电弧的产生和物理特性自持放电形式1.如果电场比较均匀，电源的功率足够，击穿后转换为弧光放电；2.电场比较均匀，气体压力较低时，气隙击穿后，先出现辉光放电，随着电流的增加，将转换为电弧放电；3.极不均匀电场中，气体的压力较高且回路的阻抗较大时，表面的电场集中区域先出现电晕放电，电压达到一定值后形成弧光放电。
●弧光放电：电流密度大，伴随高温强光，阴极位降低（10V）●电晕和辉光放电：电流密度小，阴极位降高，200-300V电弧是一种能量集中，温度很高，亮度很大的气体自持放电现象，是一束导电性很好的游离气体。
5.2 电弧的产生和物理特性二、电弧的组成部分除了正负两个电极外，整个电弧可分为三个区域：阴极位降区、弧柱和阳极位降区。
阴阳级K12000~6000阴极位降区域阳极位降区域UUh0ElcmV101065~cmV5010~度的分布电弧的电位降及电位梯图26 阴极斑点：非常集中，面积很小的光亮区域，电流密度很大，是电弧放电中强大的电子流的主要来源空间电荷：形成阴极和阳极位降区位降区长度：10-4cm ，但电位梯度高弧柱区：电位梯度几乎不变阳极斑点：接收从阴极来的电子弧柱区：高温、游离了的气体形成的等离子体短弧：弧芯长度在几个毫米以下，弧压降主要由阴极和阳极位降构成长弧：电弧较长，电弧电压主要由弧柱压降构成5.2 电弧的产生和物理特性三、电弧弧柱的游离过程游离：围绕原子核运动的电子从轨道上脱离出来并成为自由电子。
电弧基础知识培训
电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周 期随着电压的升高，电弧会重燃。 若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此 熄灭。
2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流 的变化
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（二）交流电弧的熄灭
1、弧隙介质电强度的恢复过程 Uj——弧隙介质能够承受而不致使弧隙去穿的
如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极
电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。
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（二）直流电弧的工作点
R
L
U
直流电弧的
Un k
熄灭条件
U R • Ih Uh
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六、 交流电弧的特性及熄灭
（一）特性 1、动态状安 特性曲线： 电弧电压和 电流随时间 不断变化， 每一周期， 电流过零2次
Uh A
B
t
B A
4
电弧原理
二、电弧的形成
产生电弧的根本原因：触头本身及其周围的介质 含有大量可被游离的电子。
当切断路瞬间，动静触头间出现弧光放电， 是 由于其间的介质迅速游离，存在着一定浓度的带电 质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。
触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电 质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发 生：（1）热电子发射；（2）强电场发射；（3） 碰撞游离；（4）热游离。
弧熄灭。
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五、直流电弧的特性及熄灭
（一）特性：
1、静态伏安特 Uh a
性曲线
Uf
Uh f (ih)
b
ih
Uh (ih 0)
为发弧电压、即产生电弧的最小电压值
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2、电弧电压分布图： Uh =阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压
电弧
热电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积
不断减小，接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处 电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。
强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电
压作用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过3×106V／m时， 阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面 成为自由电子。
气体的压力越大，越不容易 产生电场游离。
三、电弧的产生 3.热游离维持电弧
热游离：发生雪崩式碰撞游离形成电弧后，产生高 温，气体中粒子运动速度增大，使原子外层轨道电子脱 离原子核内正电荷束缚力成为自由电子。 气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热游离的 可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。
综上所述，由于热电子发射或强电场发射在触头间 隙中产生少量的自由电子，这些自由电子与中性分子发 生碰撞游离并产生大量的带电粒子，从而形成气体导电， 即产生电弧，一旦电弧产生后，将由热游离作用来维持 电弧燃烧。电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转 化过程。
二、触头的接触电阻 主要因素：触头的表面加工状况、表面氧化程度、触 头间的压力及接触情况等。 1.触头间压力的影响
在开关电器中，一般在触头上附加钢性弹簧，以增大并保持触 头间的接触压力，使触头接触可靠，减小接触电阻并保持稳定。
2.触头材料及预防氧化的措施
材料：铜、黄铜和青铜等。 为了防止氧化，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。 镀锡铜触头：环境温度可在60℃以上，可用在户外装臵，也可用 3.不同材料的触头连接 在潮湿场所。 铝与铝： 直接连接 铜与铜 （干燥室内 ）： 镀银触头：用于户外装臵或潮湿场所使用的大电流触头。 直接连接 铜与铜 （室外、高温潮湿、腐蚀性气体室内 ）：搪锡 接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。 钢制触头： 钢与钢： 搪锡或镀锌 铜与铝（干燥室内 ）： 铜搪锡 表面涂中性凡士林油加以覆盖，以防氧化。 铝制触头： 铜与铝（室外、空气湿度接近l00%室内 ）： 过渡板，铜搪锡 钢与铝/钢与铜 ： 钢搪锡 不同压力作用时两触头表面的接触情况（F2＞F1）
第4章 电弧的基本理论
第4章电弧的基本理论电弧的实质是高温等离子体。
等离子体：由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子体分为：高温等离子体和低温等离子体。
电弧是高温等离子体。
电弧的特点：导电性能强、能量集中、温度高、亮度大、质量轻、易变形等。
4．1电弧的形成与去游离放电的形式：非自持式放电和自持式放电。
非自持式放电：需要外部游离因素来维持的放电形式，主要指在气体环境下，放电持续需要依靠外界游离因素所造成的原始游离才能实现。
它的特点：1.外因影响放电，外界游离因素消失，放电也会衰减直至停止；2.具有饱和性，稳定的外部因素单位时间里游离出的带电粒子数目是稳定的，于是形成饱和形式的放电现象。
自持式放电：指当电场强度（场强）达到或超过一定值时，出现的电子崩可仅由电场的作用而自行维持和发展，不必再依赖外界游离因素的放电现象。
电弧是一种自持式放电现象，即电极间的带电质点不断产生和消失，处于一种动态平衡状态。
自持式放电：1.放电不再依赖外界游离因素；2.自持放电的条件是：电源的能量足以维持电弧的燃烧；3.放电电流迅速增加，放电间隙电压迅速降低；4.伴随有强光和高温。
4.1.1介质中电弧形成的机理电弧的形成过程：介质向等离子体态的转化过程；电弧的产生和维持：弧隙里中性质点（分子和原子）被游离的结果，游离就是中性质点转化为带电质点的过程。
从电弧的形成过程来看，游离过程分三种形式：1.强电场发射：是在弧隙间最初产生电子的原因；2.碰撞游离》：由英国物理学家汤森德在1903年提出（汤森德机理）3.热游离：电弧产生之后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体的不规则热运动速度增加；具有足够动能的中性质点互相碰撞，又可能游离出电子和离子。
还有光游离、热电子发射、金属气化等。
4.1.2电弧的去游离过程去游离的主要形式：复合和扩散。
1.复合去游离复合：指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。
电弧
空间电离
光电离：中性粒子受到光照射时产生的电离。 电场电离（碰撞电离）：中性粒子与电场中运 动的带电粒子碰撞引起的电离。 热电离：气体粒子由于高速的热运动、相互碰 撞而产生的电离。
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气体的消电离
消电离： 电离气体中的带电粒子自身消失或 失去电荷而转化为中性粒子的现象。 消电离主要有两种形式： 复合 — 两种异性电的带电粒子彼此相遇后失 去电荷成为中性粒子的现象。 扩散 — 带电粒子由于热运动自高浓度区移向 低浓度区的现象。
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空间复合
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气体的消电离
电子的运动速度比负离子大得多，因此直接复 合的几率比间接复合的几率小。 电子和中性粒子形成负离子的可能性与气体的 性质和纯度有关。 氟原子及其化合物具有很强的电子俘获能力， 常称为负电性气体。
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气体放电过程
OA段：外施电压很低，由外界电离因素产生的带电粒 子难以全部到达阳极，故电流虽随电压上升增加，但 其值微小。 AB段：随电压增大，电流已达到饱和值。 BC和CD段：由于电压的增大导致场致发射和二次电子 发射以及不甚强的碰撞电离，故电流增大，开始很慢 ， 然后很快。
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电弧的基本特性
电弧的组成 近阴极区 近阳极区 弧柱区
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电弧的基本特性
近阴极区
长度约等于电子的平均自由程 电场强度很高﹙场致发射，二次电子发射﹚ Uc与阴极材料和气体介质有关
近阳极区
长度为阴极区的几倍 Ua与阳极材料有关
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电弧的基本特性
近极区压降基本与电流值无关，认为是常数 弧柱区 气体全部电离，正负带电粒子电量相等，为 等离子体。 电场强度基本不变，其值和电极材料、电流 大小、气体介质、气压等因素有关。
电弧
电弧如何产生最佳答案电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。
当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。
熄灭电弧的方法mmn①拉灭弧法在开关触头断开时，加速触头分离，将电弧迅速拉长，从而降低了开关触头之间的电场强度，或者说电弧不足以维持电弧的燃烧，而使电弧熄灭。
a.用气体吹动灭弧利用任何一种较冷的绝缘介质的气流来纵吹电弧（气流方向与弧柱平行）或横吹电弧（气流方向与弧柱垂直），使电弧迅速扩散，加强冷却，从而达到灭弧的目的。
b.采用多断口灭弧在高压断路器中，常制成每相有两个或更多个串联断口，可将电弧分割成多个小电弧段。
其作用是：在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长速度快，从而弧隙电阻迅速增加，增大了介质强度的恢复速度；同时，加在每个断口的电压减小，使弧隙的电压恢复速度降低，因而灭弧性能良好。
c.利用真空灭弧真空具有较高的绝缘强度，将开关触头置于真空容器中，当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。
宜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，这些金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。
d.将电弧分为多个串联的短弧交流电弧，在电流过零的瞬间，新阴极附近在0.1~1us的时间内，立即出现大约150~250V的介质强度，称为新阴极效应。
当触头两端外加交流电压小于150V 时，则电弧将熄灭。
将长弧切成几个短弧串联就是利用新阴极效应灭弧。
一般是采用绝缘板夹着许多金属栅片组成灭弧栅，罩住开关触头的全行程。
当开关触头分离时，长电弧在电动力和磁场力的作用下迅速移入灭弧栅，长电弧被灭弧片切割成一连串的短电弧，在电弧电流过零，电弧熄灭时，每两栅片间均立即出现150~250伏的介质强度，设有n个栅片，则灭弧栅片总的介质强度为n（150~250）V，若作用于触头间的电压小于该值时，不能维持电弧燃烧，电弧必然熄灭。
第三章电弧的基本特征
第三章电弧的基本特征
一、电弧的定义
电弧是电压太高或者阻抗太低时，电流会以放电的形式从电极间传播出来，从而形成燃烧的电弧的一种电磁现象。
它伴随着长热，光放电或磁场，而且具有非常高的温度，在其中所发生的物质变化是非常迅速的。
二、电弧特性
1、温度：电弧在其中发生的物质变化是非常迅速的，电弧温度的大小取决于灭弧后集中热量的大小，一般情况下，电弧温度在2万到20万K之间。
2、弧光：电弧的火焰几乎没有热量发射，只有电相变放射的波长在500nm以下才能被眼睛看到，它的色调根据电弧温度的不同而有所不同，电流越大，电弧的条状更明显。
3、电弧的频率：电弧的频率就是电弧的闪烁，它比较数字电参数和电网电流频率有关，电流大时，其弧光闪烁效果越明显。
4、电弧距离：电弧距离是指电弧的长度，一般情况下，电弧距离受电压、电流及电绝缘强度影响而有所变化，电绝缘强度越高，电弧所可以达到的距离就越远。
三、电弧的分类
1、按形态分类：可分为单支弧、射弧和双支弧。
2、按成因分类：可分为自发弧、热弧、隔爆弧和工频弧等。
3、按火焰状态分类：可分为静火弧和动火弧。
4、按应用领域分类：可分为医用弧、射频弧、振荡弧、隔爆弧等。
电弧
• 在油断路器中，灭弧的最基本原理是利 用电弧在绝缘油中燃烧，使油分解为高 压力的气体，吹动电弧，使电弧被（ ） 冷却最后熄灭。 ( c ) • ( A ) 变粗 ( B ) 变 ( C ) 拉长 ( D ) 变短 P367
电弧问题
概述
概念：一种气体游离放电现象 现象
开关电器开断电路时，触头间产生的耀眼的 白光. 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄 灭，触头间隙成为绝缘介质时,电路才算断开.
特征
电弧的能量集中，温度很高，亮度很强 电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃 烧的电压很低 电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易 变形
危害
延长电路开断时间 烧损开关触头 损伤视力
电弧的产生
原因
内因——触头及介质有可被游离电子 外因——外加强电场
产生电弧的游离方式
高电场发射
热电发射 碰撞游离 热游离
电弧的形成
电弧的熄灭
熄灭电弧的条件：游离<去游离 熄灭电弧的去游离方式：
复合——正负离子相互吸引，彼此中和 扩散——弧柱中的带电质点由于热运动 逸出弧柱外。
交流电弧熄灭条件：
交流电流过零后，弧隙中实际介质 恢复强度特性高于实际电压恢复特性
电气设备中常用灭弧方式
速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法 长弧切短灭弧法 粗弧分细灭弧法 狭沟灭弧法 真空灭弧法 六氟化硫SF6灭弧法
• 当电气触头刚分开时，虽然电压不一定 很高，但触头间距离很小，因此会产生 很强的电场强度 ( √ )P311 • 分闸速度过低会使燃弧速度加长，断路 器爆炸 ( √ )P311 • 断路器分闸速度快慢影响（ ）。 ( a ) • ( A ) 灭弧能力 ( B ) 合闸电阻 ( C ) 消 弧片 ( D ) 分闸阻抗 P352
电弧的名词解释
电弧的名词解释电弧，是一种在电气系统中出现的特殊现象，它是由电压超过一定电位差时，电流穿越两个电极之间的空气、液体或固体介质而形成的。
电弧具有高温、高亮度和强烈的电磁辐射等特点，广泛应用于工业、能源、科学研究和冶金等领域。
本文将对电弧的产生原理、特性和应用进行探讨。
一、电弧的产生原理电弧的产生涉及两个关键因素：电压和电流。
当两个电极之间的电压超过电介质的击穿电压，电流将开始穿过两个电极之间的空气、液体或固体介质。
当电弧一旦形成，电介质将被电离并形成等离子态，导致电弧的持续存在。
电弧的产生主要分为两种情况：直流电弧和交流电弧。
直流电弧是由直流电源提供电能，电流的方向保持不变；而交流电弧则是由交流电源提供电能，电流的方向会以规定的频率反向变换。
二、电弧的特性电弧具有许多独特的特性，这些特性使得它在工业和科学研究中得到广泛应用。
1. 高温和高亮度：电弧的温度可以达到数千摄氏度，比太阳表面的温度还要高，因此它能够提供高温、高亮度的光源，被用于电焊、光源照明等领域。
2. 强烈的电磁辐射：电弧产生的电磁辐射包括可见光、紫外线和红外线等，这些辐射具有很高的能量，能够引起光电效应、电磁感应等物理现象。
3. 高压和高能量：电弧所产生的能量相当大，能够引起火花、爆炸和电击等危险情况，因此在使用电弧过程中必须严格遵守安全操作规程。
4. 稳定性和可控制性：电弧可以被稳定地维持，使得工作人员可以在需要的时间内进行操作，并且电弧的特性可以通过调整电压、电流和电极材料等因素进行控制。
三、电弧的应用由于电弧的特性和能量，它在许多领域有着广泛的应用。
1. 电弧焊接：电弧焊接是通过电弧产生的高温和高能量将金属熔化并连接在一起的焊接方法。
它广泛应用于汽车、船舶、建筑和航空等领域。
2. 电弧切割：电弧切割利用电弧产生的高温将金属切割，它适用于钢材、铝材和不锈钢等材料的切割。
3. 电弧灯光：电弧灯光利用电弧的高亮度和高强度的可见光源，被广泛应用于电影、舞台灯光和照明设计。
电弧的基本特性
固体 冰
背景知识
液体 水
气体
水汽
等离子体
电离气体
00C
1000C
100000C
温度
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背景知识
它是由大量带电粒子组成的非束缚态的宏观体系。 非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子 元是正负荷电的粒子（电子、离子），而不是其结合体。 粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电磁场（外 场及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。 集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长程的，每 个粒子均与周围许多粒子同时发生作用。
2 、气体放电：指弧隙中气体由绝缘状态变为导体状态，使电流 得以通过的现象。
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背景知识
“等离子体 —— Plasma” 一、等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负
电子组成的离子化气体状物质，它是除固、液、气外的物质存在的 第四态。
看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太 阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99％。
2、等离子体显示器：又称电浆显示器，是继CRT(阴极 射线管）、LCD（液晶显示器）后的最新一代显示器。其特 点是厚度极薄，分辨率佳。可以当壁挂电视使用，占用极少 的空间，代表未来显示器的发展趋势。
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背景知识
3、等离子体显示技术的基本原理 显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是 氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不 见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色 荧光体，发出在显示器上能看到的可见光。
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背景知识
二、等离子体分为两种：高温和低温等离子体。 1、高温等离子体只有在温度足够高时发生的，例如焊工们用高
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学
习资料电弧
电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。
电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。
当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA ，电器的触头间便会产生电弧。
电弧是高温高导电率的游离气体，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。
电弧电压所产生的危害严重的，其温度高达数千摄氏度，轻则损
坏设备，重则可以产生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全。
特别是在石油、电力行业中，更需要额外的注意，由于行业的特殊性，更容易造成事故，甚至是人员的伤亡。
在电力行业中，开关电器会产生电弧，因为其温度高达数千摄氏
度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊。
如果电弧不立即熄灭，就可能烧伤操作人员，烧毁设备，甚至酿成火灾。
因此，有触头的电器应考虑其灭弧问题。
尤其是高压配电方面更要注意。
一但由于带负荷拉闸操作失误，或者是在开关箱内有异物（导电体），拉出开关箱的时候，异物瞬间接通了两极又分开，导致电弧产生，导致产生爆炸现象，炸伤、烧伤操作人员。
在石化行业中，各种设备都可能导致电弧的产生，再加之一些不可预测的天然因素的存在，所以在石化行业中更要特别的小心仔细，严防电弧产生爆炸，导致火灾。
由于行业的特殊性，企业周围的空气中含有一定程度的易燃易爆气体，只要碰到各种放电现象就可能将其引爆，从而酿成大的灾难。
在电力行业企业中呢，更容易发生电弧现象，比如短路时，电流虽小，但因为接地故障的缘故，接地点就可能产生电弧；开关制造不良、安装不善或维护不及时；线路敷设不善；电气设备及线材的选择未按所处环境采取适当的措施；动物咬、抓等造成绝缘损坏等。
上述情况都有可能造成电弧事故，因此绝不可以轻视。
学
习资料灭弧的主要措施：
(1)增大近极电压降。
主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧。
若利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的电压降将近似增大若干倍，电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭。
(2)增大弧柱电压的顺轴梯度。
主要方法是加强对电弧的冷却。
具体方法有：迅速拉长电弧；让电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧；利用外力吹动电弧；将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧。
上述具体方法除能达到增大电弧冷却面积，加强热交换，加速电弧的冷却，实现增大弧柱电压的顺轴梯度的目的外，还因电弧冷却了能使触头温度下降，从而又可达到增大近极电压降的目的。
(3)增大电弧长度。
主要方法是增大触头的开距；利用外力吹动
(拉长)电弧。
(4)改善灭弧介质，增大弧隙间的电绝缘强度
熄灭电弧的方法：
① 拉灭弧法 在开关触头断开时，加速触头分离，将电弧迅速拉长，从而降低了开关触头之间的电场强度，或者说电弧不足以维持电弧的燃烧，而使电弧熄灭。
a.用气体吹动灭弧
利用任何一种较冷的绝缘介质的气流来纵吹电弧（气流方向与弧柱平行）或横吹电弧（气流方向与弧柱垂直），使电弧迅速扩散，加强冷却，从而达到灭弧的目的。
b.采用多断口灭弧 在高压断路器中，常制成每相有两个或更多个串联断口，可将电弧分割成多个小电弧段。
其作用是：在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长速度快，从而弧隙电阻迅速增加，增大了介质强度的恢复速度；同时，加在每个断口的电压减小，使弧隙的电压恢复速度降低，因而灭弧性能良好。
学
习资料c.利用真空灭弧
真空具有较高的绝缘强度，将开关触头置于真空容器中，当电流
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。
宜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，这些金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。
d.将电弧分为多个串联的短弧
交流电弧，在电流过零的瞬间，新阴极附近在0.1~1us 的时间内，立即出现大约150~250V 的介质强度，称为新阴极效应。
当触头两端外加交流电压小于150V 时，则电弧将熄灭。
将长弧切成几个短弧串联就是利用新阴极效应灭弧。
一般是采用绝缘板夹着许多金属栅片组成灭弧栅，罩住开关触头的全行程。
当开关触头分离时，长电弧在电动力和磁场力的作用下迅速移入灭弧栅，长电弧被灭弧片切割成一连串的短电弧，在电弧电流过零，电弧熄灭时，每两栅片间均立即出现150~250伏的介质强度，设有n 个栅片，则灭弧栅片总的介质强度为n （150~250）V ，若作用于触头间的电压小于该值时，不能维持电弧燃烧，电弧必然熄灭。
也就是说，当所有栅片间的介质强度总和大于
动、静头向外加电压，电弧就不再重燃。
e.利用有机固体介质的狭缝灭弧
狭缝灭弧装置，灭弧栅片电陶土或有机固体材料制成。
当触头间
产生电弧后，在磁吹线圈产生的磁场作用下，以电弧产生电动力，将电弧拉长进入灭弧栅片的狭缝中，电弧与栅片紧密接触，冷却电弧，加强去游离。
同时有机固体介质在高温作用下分解而产生气体，压力增大，使电弧强烈冷却，最终熄灭 ② 冷却灭弧法 降低电弧的温度，使离子运动速度减慢，这样不但使热游离作用减弱，同时离子的复合作用也增强，有利于电弧的熄灭。
温度愈低，复合作用就愈强烈，电弧愈易熄灭。