电弧Electric arc基本理论
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常用的灭弧介质有：空气，油(变压器油或断路 器油)，SF6，真空。
近阴极效应：交流低压电器常利用近阴极效应来灭弧 150～250伏的起始介质强度（0.1微秒-1微秒）。
在电流过零后在阴极附近的薄 层空间介质强度突然升高的现象。
弧隙电压的恢复过程 弧隙电压的恢复过程与线路参数和负荷性质有关。 弧隙电压的恢复过程可能是周期性或非周期性的。
周期性振荡过程
非周期性过程
(二)熄灭交流电弧的过程 交流电弧的特性-过零时自然熄灭
随着正弦交流电流的 周期性变化，交流电 弧电流也将随之每半 周过零一次。
电弧电压、电流波形
*在电弧电流自然过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电 弧温度和热游离下降，电弧将自动暂时熄灭。
(二)熄灭交流电弧的过程
决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强度的恢复 过程"和“弧隙电压的恢复过程”。
（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。
弧隙介质强度的恢复过程——绝缘能力恢复过程
电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧隙温度 剧降，因而弧隙游离程度也下降。当弧隙温度降低到热 游离基本停止时，弧隙重新转变为介质状态。但是弧隙 的绝缘能力或称介质强度(以弧隙能耐受的电压表示)要 恢复到正常状态仍需要一定时间，此称为“弧隙介质强 度的恢复过程”。以耐受电压Ud(t)表示
（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
B．弧柱区的气体游离，产生大量的自由电子和 离子，对电弧的形成和维持起决定作用。
游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程
电场游离（碰撞游离）-形成：在电场作用下， 电子加速向阳极运动，途中与介质中的中性质 点发生碰撞。若自由电子具有足够动能，能与 中性质点产生碰撞游离，使其游离为正离子和 自由电子。这样的过程连续进行导致雪崩式碰 撞，使触头间充满了自由电子。在外加电压作 用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。
系的对立过程。在恢复过程中，如果恢复电压 Ur(t)高于介质强度Ud(t) ，弧隙被电击穿，电弧 重燃；如果恢复电压低于介质强度，电弧就会真 正熄灭。
交流电弧熄灭的条件：Ud（t）>Ur（t）
介质强度和弧隙电压的恢复过程图示
(a)t1时刻发生 (b)电弧熄灭 (c)电弧熄灭 击穿/电弧重燃
弧隙介质强度的恢复过程 介质强度的恢复过程与下列因素有关： 电弧电流的大小（电弧温度） 弧隙的冷却条件(灭弧装置的结构) 灭弧介质的特性（SF6气体和真空介质） 触头分离的速度（电阻）
电弧中的去游离强度很大程度上取决于觚头 材料。若采用熔点高，导热系数和热容量大的耐 高温金属作触头材料，可以减少热电子发射和电 弧中的金属蒸气，抑制游离作用。同时，触头材 料还要求有较高的抗电弧，抗熔焊能力。
常用的触头材料有：铜钨合金，银钨合金。
2．利用灭弧介质
电弧中的去游离强度很大程度上取决于电 弧周围介质的特性，如介质的传热能力，介电 强度，热游离温度和热容量等。这些参数的数 值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄 灭。
（一)电弧的产生、维持及物理过程
1．弧柱中自由电子的来源
A．电极发射大量自由电子，对电弧的产生起决定作用。
热电子的发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增大， 接触处大量发热，使阴极表面温度升高而发射电子。其 数量取决于触头材料和表面温度。
冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头间的 间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，将阴极触头 金属表面中的自由电子从中拉出来。其数量取决于电场 强度的大小。
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 电弧的气体放电是自持放电，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。
Leabharlann Baidu
（一)电弧的产生、维持及物理过程 触头的周围原本是空气或它绝缘介质。 为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的电弧呢? 原因就在于在绝缘介质 中出现了大量的自由电子。 大量自由电子由阴极向阳极 的定向运动形成了电弧。
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。
(二)熄灭交流电弧的过程
决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强 度的恢复过程"和“弧隙电压的恢复过程”。
弧隙电压的恢复过程
电弧电流过零后，弧隙电压将由熄弧电压 经过一个由电路参数所决定的振荡过程，逐渐 恢复到电源电压，此称为“弧隙电压的恢复过 程”。以弧隙电压Ur(t)表示
(二)熄灭交流电弧的物理过程 因此，在电弧电流过零后，存在着两个相互联
弧隙电压的恢复过程分析 （毫秒内的变化）
单相交流电路的电压恢复过程 电容电压的恢复过程即为断路器触头 两端的电压恢复过程
恢复电压：瞬变恢复电压和工频恢复电压组成 瞬变恢复电压：首先出现 存在几十微秒至几毫秒
暂态分量 工频恢复电压：恢复电压稳态值
高压断路器熄灭电弧的基本方法
1．采用特殊金属材料作灭弧触头
近阴极效应：交流低压电器常利用近阴极效应来灭弧 150～250伏的起始介质强度（0.1微秒-1微秒）。
在电流过零后在阴极附近的薄 层空间介质强度突然升高的现象。
弧隙电压的恢复过程 弧隙电压的恢复过程与线路参数和负荷性质有关。 弧隙电压的恢复过程可能是周期性或非周期性的。
周期性振荡过程
非周期性过程
(二)熄灭交流电弧的过程 交流电弧的特性-过零时自然熄灭
随着正弦交流电流的 周期性变化，交流电 弧电流也将随之每半 周过零一次。
电弧电压、电流波形
*在电弧电流自然过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电 弧温度和热游离下降，电弧将自动暂时熄灭。
(二)熄灭交流电弧的过程
决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强度的恢复 过程"和“弧隙电压的恢复过程”。
（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。
弧隙介质强度的恢复过程——绝缘能力恢复过程
电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧隙温度 剧降，因而弧隙游离程度也下降。当弧隙温度降低到热 游离基本停止时，弧隙重新转变为介质状态。但是弧隙 的绝缘能力或称介质强度(以弧隙能耐受的电压表示)要 恢复到正常状态仍需要一定时间，此称为“弧隙介质强 度的恢复过程”。以耐受电压Ud(t)表示
（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
B．弧柱区的气体游离，产生大量的自由电子和 离子，对电弧的形成和维持起决定作用。
游离是指中性质点变成自由电子和正离子的过程
电场游离（碰撞游离）-形成：在电场作用下， 电子加速向阳极运动，途中与介质中的中性质 点发生碰撞。若自由电子具有足够动能，能与 中性质点产生碰撞游离，使其游离为正离子和 自由电子。这样的过程连续进行导致雪崩式碰 撞，使触头间充满了自由电子。在外加电压作 用下形成电子流，介质被击穿而形成电弧。
系的对立过程。在恢复过程中，如果恢复电压 Ur(t)高于介质强度Ud(t) ，弧隙被电击穿，电弧 重燃；如果恢复电压低于介质强度，电弧就会真 正熄灭。
交流电弧熄灭的条件：Ud（t）>Ur（t）
介质强度和弧隙电压的恢复过程图示
(a)t1时刻发生 (b)电弧熄灭 (c)电弧熄灭 击穿/电弧重燃
弧隙介质强度的恢复过程 介质强度的恢复过程与下列因素有关： 电弧电流的大小（电弧温度） 弧隙的冷却条件(灭弧装置的结构) 灭弧介质的特性（SF6气体和真空介质） 触头分离的速度（电阻）
电弧中的去游离强度很大程度上取决于觚头 材料。若采用熔点高，导热系数和热容量大的耐 高温金属作触头材料，可以减少热电子发射和电 弧中的金属蒸气，抑制游离作用。同时，触头材 料还要求有较高的抗电弧，抗熔焊能力。
常用的触头材料有：铜钨合金，银钨合金。
2．利用灭弧介质
电弧中的去游离强度很大程度上取决于电 弧周围介质的特性，如介质的传热能力，介电 强度，热游离温度和热容量等。这些参数的数 值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄 灭。
（一)电弧的产生、维持及物理过程
1．弧柱中自由电子的来源
A．电极发射大量自由电子，对电弧的产生起决定作用。
热电子的发射：动静触头分离时，触头间接触电阻增大， 接触处大量发热，使阴极表面温度升高而发射电子。其 数量取决于触头材料和表面温度。
冷电子发射(强电场发射)：动静触头分离时，触头间的 间隙很小，触头间会形成很高的电场强度，将阴极触头 金属表面中的自由电子从中拉出来。其数量取决于电场 强度的大小。
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 电弧的气体放电是自持放电，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。
Leabharlann Baidu
（一)电弧的产生、维持及物理过程 触头的周围原本是空气或它绝缘介质。 为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的电弧呢? 原因就在于在绝缘介质 中出现了大量的自由电子。 大量自由电子由阴极向阳极 的定向运动形成了电弧。
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。
(二)熄灭交流电弧的过程
决定交流电弧熄灭的基本因素是“弧隙介质强 度的恢复过程"和“弧隙电压的恢复过程”。
弧隙电压的恢复过程
电弧电流过零后，弧隙电压将由熄弧电压 经过一个由电路参数所决定的振荡过程，逐渐 恢复到电源电压，此称为“弧隙电压的恢复过 程”。以弧隙电压Ur(t)表示
(二)熄灭交流电弧的物理过程 因此，在电弧电流过零后，存在着两个相互联
弧隙电压的恢复过程分析 （毫秒内的变化）
单相交流电路的电压恢复过程 电容电压的恢复过程即为断路器触头 两端的电压恢复过程
恢复电压：瞬变恢复电压和工频恢复电压组成 瞬变恢复电压：首先出现 存在几十微秒至几毫秒
暂态分量 工频恢复电压：恢复电压稳态值
高压断路器熄灭电弧的基本方法
1．采用特殊金属材料作灭弧触头