5.1电弧的产生及熄灭
电弧产生过程
电弧产生过程电弧是一种高强度的电流放电现象，其产生的过程包括电弧的起始、发展和终止三个阶段。
电弧是一种非常重要的现象，广泛应用于电力、照明、焊接、切割等领域。
本文将详细介绍电弧产生的过程。
一、电弧起始阶段电弧起始阶段是电弧产生的第一阶段。
当两个电极之间的电势差达到一定值时，电场强度会足够大，使空气分子发生电离，形成等离子体。
等离子体是一种由带正电和带负电的离子和自由电子组成的气体，具有很高的电导率和导电性。
当等离子体形成后，电流就开始流动，电极之间的电势差也开始下降，电弧开始形成。
电弧起始阶段通常需要一个较高的电势差，一般在几百伏以上。
此外，电极的材料、形状、距离等因素也会影响电弧的起始。
例如，电极的形状越尖锐，电势差越小，电弧起始的容易；电极之间的距离越小，电弧起始的容易。
二、电弧发展阶段电弧发展阶段是电弧产生的第二阶段。
当电弧起始后，电流会不断增加，电弧的温度也会不断上升，形成高温等离子体。
等离子体的温度可以达到几千度甚至更高，产生强烈的光和热辐射，同时也会产生强烈的电磁场和电子束流。
电弧发展阶段的过程中，等离子体会不断向外扩散，形成电弧火焰。
电弧火焰的形态取决于电弧的工作条件和环境因素。
例如，在空气中工作的电弧火焰呈现为蓝色，而在氩气等惰性气体中工作的电弧火焰呈现为紫色。
三、电弧终止阶段电弧终止阶段是电弧产生的最后阶段。
当电弧工作条件变化或者电弧能量消耗殆尽时，电弧就会终止。
电弧终止的过程包括电弧的熄灭和等离子体的消散。
电弧的熄灭是指电弧火焰消失的过程。
电弧熄灭时，电弧火焰会逐渐变暗，直到消失。
电弧熄灭的原因包括电弧能量消耗殆尽、电极间距离增大、电流减小等因素。
等离子体的消散是指等离子体吸收能量后逐渐消失的过程。
等离子体消散的速度取决于等离子体的密度和温度。
当电弧终止后，等离子体会逐渐消散，直到完全消失。
总之，电弧产生的过程是一个复杂的物理过程，包括电弧的起始、发展和终止三个阶段。
电弧的产生和控制对于电力、照明、焊接、切割等领域具有非常重要的意义。
电弧的基本理论
5.1 电弧的基本理论
5.1.1 电弧的产生和物理特性 5. 电弧发生的途径 从辉光放电转变到冷阴极电弧的过程。在阴极电化显著增高的非正常辉光放电中 。 阴极表面的个别
部分在强电场影响下能够发射电子，其数量足以使阴极电位降区域和气体显著地游离，由此产生电荷浓 度较高的区域。电子比正离子更快离开这个区域，因此形成中间电荷的增加，促使场电子发射继续增加 ， 最后形成电弧放电。
5.1 电弧的基本理论
5.1.1 电弧的产生和物理特性 6. 电弧的物理特性 1）电弧的温度 在电弧中可能在几个微秒的时间内达到大约4000K～5000K的高温，电弧的燃炽与熄灭与温度有很
大的关系。电弧温度与电流有重要的关系，电流的增加基本上标志着温度的上升。
2）电弧的直径 弧柱本身，电弧中间明亮的部分，直径大致相当于弧柱，电弧的最大导电部分，几乎100％的电流 在它中间通过。 光圈，周围较宽广而亮度较低的外壳。 电弧的直径与电流有关。对于在空气中自由燃炽的电弧，其直径d与电流I的平方根成正比。
5.1 电弧的基本理论
5.1.1 电弧的产生和物理特性 6. 电弧的物理特性 4）电弧等离子体的热容与冷却 开关电弧的熄灭，主要是靠对电弧等离子体进行冷却来实现的。冷却方式主要有等熵（热能除以温
度所得的商，标志热量转化为功的程度）冷却和热传导冷却两种。 等熵冷却就是所谓绝热膨胀。当气体沿着压力梯度进行膨胀运动时、由粒子运动形成的内部能量转
5.1 电弧的基本理论 5.1.1 电弧的产生和物理特性 5.1.2 交流电弧 5.1.3 直流电弧 5.1.4 直流电弧和交流电弧的区别 5.1.5 电弧的熄灭方法和灭弧装置
5.1 电弧的基本理论
5.1.1 电弧的产生和物理特性 1. 概述 大气中两个触头将接触或开始分离时，只要它们之间的电压达12～20V，电流达0.25～1A，触头间
电弧产生与熄灭的物理过程
电弧产生与熄灭的物理过程
电弧的产生与熄灭是一个非常复杂的物理过程，它属于一种可以在电路中发生的稳定间接火花现象，其中参与的物理过程都很复杂。
当电压降低到一定程度时，在接触间隙内放置的气体就会被电场线性加热，而气体温度上升会使其能量不断累积，当温度达到一定值时，气体中的离子便会在电场的作用下产生离子化，这使气体内的电子略有减少，当电子数量不足以维持一个稳定的电子电压时，电法线就会从接触件处向外放射，从而形成一条通路，这时就会产生电弧。
此时，电弧处于放电状态，但电弧也不会一直存在，当电压降低到零值以下时，空气中的离子会不断沉积下来，从而形成一层电绝缘层，随着电磁感应的减弱和空气中离子的沉积，电路的电阻也就不断增大，这样一来，电流就会逐渐减小，最终电弧就会自然熄灭。
因此，电弧的产生与熄灭是一种复杂的物理过程，它涉及到电路中电压、气体中离子、电磁感应等物理过程，对于电气工程师来说，能够充分理解电弧的产生和熄灭是掌握电气安全知识的关键。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生的原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的?电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：第一个是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;第二个是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，快速熄灭电弧。
电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程当中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。
当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。
热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。
由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。
由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。
热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。
产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。
开关电器中电弧熄灭常用哪些方法?开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：(1)利用气体或油熄灭电弧。
在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且当中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便快速熄灭。
气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。
不少断路器采用纵横混合吹弧方式，以取得更好灭弧效果。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法在使用开关电器时，电器接触点之间产生的电弧是一个常见的问题。
电弧不仅会对电器开关造成损坏，还可能引起事故。
本文将讨论开关电器中电弧产生的原因以及如何灭弧。
电弧产生原因1.负载开关：当电器开关负载开关时，开关接点会形成瞬时火花，产生电弧。
2.电器开关操作：当人工操作电器开关时，因为手指与开关通电，造成飞跃电弧，会导致接触点燃烧甚至爆炸。
3.负载线路开关：线路切换时出现的电容反击现象，会造成瞬间高电压并产生电弧。
4.非正常负荷的开关：如果未关闭负载而斩断电线，那么负载会引起绕组过热或烧坏，从而产生电弧。
电弧灭除方法1.电弧灭除器：电弧灭除器是一种专业用于灭弧的设备。
它使用电容器和电磁线圈来“吞噬”电弧。
该装置能够将电弧熄灭并迅速将电路分离，从而保护电器和参与者的安全。
2.使用交流电源：交流电源每半周期都会变换极性，这样电弧可以在短时间内自然熄灭。
但在直流电源中，极性不变，电弧会持续存在，危险性更大。
3.开关电流下降：通过使开关电流下降来控制电弧的产生。
因为电弧只在电流大于零时存在，一旦电路的电流足够小，电弧就会熄灭。
4.开关电器的选择：为了减少电弧产生的可能性，应选择合适的开关电器。
耐压和断电容量等参数应符合负载要求，而且开关应具有防止弹簧松动的功能。
5.气体灭弧技术：在某些情况下，气体灭弧技术也可以用于灭弧。
例如，在高压电路中，气体灭弧技术通常用于避免大电流引起的短路现象。
在这种情况下，在电流大到一定程度时，气体会发生离子化，抑制电流。
结论在选择和使用开关电器时，我们应该考虑电器的设计和使用特性，避免过载和过时使用。
并选择适当的灭弧方法保障电路的稳定和使用安全。
电弧产生、维持和发展的原因？电弧熄灭的条件是什么？
电弧产生、维持和发展的原因？电弧熄灭的条件是什么？
1、断开电压大于10-20V，电流大于80-100mA时，触头间便会产生电弧。
2、电弧的形成：电场强度大于3×106V/m时，强电场发射出最初的电子，产生电弧；温度很高，电子获得足够能量向外发射—热电子发射；
3、电子向阳极运动过程中不断与其它粒子碰撞，若动能足够大，使其它粒子中的电子游离出来，形成自由电子和正离子—碰撞游离。
连续进行下去，触头间充满了电子和正离子，触头间隙的绝缘越来越低，介质被击穿而形成电弧。
4、随着触头间距离的增大，电场强度相应减少，碰撞游离逐渐减弱，维持电弧主要依靠热游离—弧隙温度很高，中性质点不规则热运动速度增加，具有足够动能互相碰撞发生游离，产生电子和正离子。
一般气体热游离的温度为9000-10000度，金属蒸汽的热游离温度为4000-5000度。
5、电弧中游离过程的同时，也存在着带电质点减少的去游离过程—复合和扩散两种。
6、游离与去游离两个性质相反的过程达到动态平衡时，将使电弧稳定燃烧。
游离占优势时，电弧会加强，反之，电弧就趋于熄灭。
7、开关电器采取各种措施减弱游离过程，加强去游离过程。
电弧的产生与熄灭
电弧的产生与熄灭(一)电弧的产生与危害电弧是由强电场发射的电子点燃的。
当开关的触头拉开很小的距离时，触头间的电场强度很大，足以将阴极触头上的电子吸引出来，这就是强电场发射。
电子高速奔向阳极,途中碰撞空气或其他气体介质的分子，使中性分子分离成自由电子和正离子，称为碰撞游离。
碰撞游离的连锁反应，使弧道中的自由电子和正离子增多，形成弧光放电。
弧通中温度升高，气体分子的外层电子热运动速度加刷，跳出原来运动执道形成自由电子和正离子，称为热游离。
靠它维持连续不断的弧光，这就是电弧形成的过程。
游离，是中性气体分子分解成带电的正、负离子的过程，它有利于电弧的继续维持。
电弧的温度很高，可能烧坏开关设备的触头。
在充油的开关设备中，电弧的高温可能使油汽化，产生高压油汽体，使高压开关爆炸引起火灾。
在电动力作用下，电弧的飞溅还能引起短路事故，危及人身安全。
电弧还会破坏电力生产的稳定性。
所以要求开关设备能迅速，可靠地熄灭电弧。
(二)电弧熄灭的方法触头间的电弧是由中性气体被游离成为电子和正、负离子参予导电的结果。
若使电弧熄灭，必须设法使电子和正、负离子从弧道中消失，这叫去游离。
去游离的方式有复合和扩散两种。
复合是将带负电的离子和带正电的离子中和成中性介质的过程。
扩散是引道中正、负离子逸出弧道的现象。
一般是由带电离子的浓度较高的区域向浓度较低的区域扩散。
弧道愈长，电弧与周围介质的温差愈大，扩散愈快。
电弧中的游离和去游离过程是同时存在的。
若游离的趋势大于去游离的趋势，电弧增强。
反之电弧减弱，这时有利于电弧的熄灭。
要迅速地灭弧，就要加强去游真的过程而前弱游离的过程。
交流电弧每半个周期过一次零值，这是熄灭电弧的良好时机。
因此，交流电弧比直流电弧便于熄灭。
在开关设备中，常用的灭弧方法有下列几种:(1提高头的分离速度迅速拉长电弧，使电弧易于熄灭。
(2)利用气体吹弧图71所示为利用气体纵吹或横吹电弧，既拉长电弧，又可冷却炉灭电弧。
(3)利用多断开口灭弧。
开关电器中电弧的形成与熄灭
开关电器中电弧的形成与熄灭电弧是开关电器接通或分断电路时广泛存在的一种气体放电现象，它对开关电器及电力系统安全选成严重威胁，因此.在讲述开关电器之前，首先分析开关电器中电弧的特性。
开关电器切断通有电沌的电路时.只要电板电压大于10-20V.电流大于8O--100m4，触点NJ就会产生电孤。
iL04.触点虽已分离.仁电路中的电流还在纷绞流通。
只有电弧熄灭，电路才被真正地断if.电弧之所以能形成导电通道.是因为电弧弧往中出现人盆自由电子的缘故.在触点分离的过程中，动静触点的尿力和接触面吞环断减小，使接触电限迅速增人.接触处的沮度急剧升高，阴极金属材料内的少里电子不断逸出金属表面。
这种产生自山电子的力式称为热电子发射。
当触点喇分开时。
触点间距很小，在电压的作用卜，触点间产生很强的电场强度(3X 10`Wm以上).阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触点间隙的自山电子。
这种产生自由电子的方式称为强电场发射。
热电子发射和强电场发射合称为阴极电r发射，是电弧形成的起因阴砚表面发射的电子和触点间隙中原有的少量电子在电扬力的作用卜.加速向阳极方向运动。
气这些自由电子动能足够大时，与触点间w中的中性质点发牛碰撞.将中性质点中的电子击出.游离出正离子和新的自由电子.这种在电场力作用下的自由电子碰位中性质点，使它分裂为正离子和自由电子的现象称为硅扭游离.原有的自由电子和新产生的自由电厂向阳极加速运动的过程中，可能再次与中性粒r发生碰摄.如果自曲电子动能足够人时义会发生磁撞游离。
碰撞游离的承积效应导致间隙中充满自由电子和IF离子，在动静触点间形成a定的电子通道，介质间隙被击穿。
电流急剧增大出现光效应和热效应从而形成电弧。
碰悦游离是形成电弧的主v因素。
电弧形成后。
弧住的11度很高，弧柱中中性质点不规则热运动加剧，具有足够动能而k相碰捷，游离出电子和正离子.这种因热运动而引起的游离现象称为热游离。
电弧形成后海度很高，电导很大，电场强度很低，电弧的维持和发展是靠热游离来维持的。
电弧产生和熄灭的物理原理
任务二:电弧产生和熄灭的物理原理一、电弧产生的物理过程当触头开断，在触头间隙中有电弧燃烧时，电路仍然导通。
这说明此时触头间隙的气体由绝缘状态变成了导电状态。
气体呈导电状态的原因是由于原来的中性气体分解为电子和离子，即气体被游离，此过程称为气体的游离过程。
气体游离出来的电子和离子在电场作用下各朝对应的极运动，便形成电流，从而造成触头虽然已开断，但电路却并未切断。
但当电弧熄灭之后电路就不再导通了。
这说明此时触头间隙的气体恢复了介质强度，又呈现绝缘状态，即气体已经消除游离而恢复为中性。
那么，气体是怎么游离和消游离的呢？一、开断电路时电弧产生的物理过程当触头开断电路，在间隙中产生电弧时，电路仍然是导通的。
这就说明已分开的触头间的气体由绝缘状态变成了导电状态。
那么，究竟有哪些物理过程在这个气体由不导电的状态变成导电状态过程中起作用了呢?下面就此进行一些分析。
金属材料表面在某些情况下能发射出自由电子，这种现象叫表面发射。
自由电子的产生是由于金属内的电子得到能量，克服内部的吸引力而逸出金属。
一个电子逸出金属所需能量叫逸出功，其单位用电子伏(eV)表示。
不同金属材料逸出功的大小不一样。
从物质原子的结构而言，是由原子核与若干电子构成的。
如果外界加到电子上的能量足够大，能使电子克服原子核的吸引力作用而成为自由电子，这种现象称为游离。
游离所需的能量叫游离能。
不同的物质其游离能不同。
触头开断电路时，产生电弧的原因主要有：阴极热发射电子；阴极冷发射电子；碰撞游离和热游离等。
1.阴极热发射电子触头开断过程中，触头间的接触面积逐渐减小，接触处的电阻越来越大，电流密度也逐渐增大，触头表面的温度剧增，金属内由于热运动急剧活跃的自由电子就克服内部的吸力而从阴极表面发射出来，这种主要是由于热作用所引起的发射称为热发射。
温度越低、逸出的功越大时，热发射的电流密度越小。
2.阴极冷发射电子在触头刚刚分开发生热发射的同时，由于触头之间的距离很小，线路电压在这很小的间隙内形成很高的电场，此电场将电子从阴极表面拉出，形成强电场发射。
电弧及其灭弧方式
2）金属栅片灭弧
②灭弧原理
图4 栅片形状
产生电弧时，在电弧2周围产生磁场6； 导磁钢片6的磁阻由于较空气小得多，在栅片下
部磁场较强，所以磁场将电弧2吹进栅片； 电弧被栅片分割成许多串联的小电弧，见图5； 电流流电流过零时，电弧自然熄灭。
2）金属栅片灭弧
③应用 金属栅片灭弧是一种常见的交流电器的灭弧装置。
五、灭弧措施
3）灭弧罩
采用陶土和石棉水泥烧制的耐 高温的灭弧罩来降温和隔弧。 应用：可用于直流和交流灭弧
五、灭弧措施
4）磁吹灭弧
1-磁吹线圈 2-绝缘套 3-铁心 4-引弧角
5-导磁夹板 6-灭弧罩 7-动触点 8-静触点
灭弧原理
磁吹灭弧装置由磁吹线圈、磁吹铁心、导磁夹板和导弧角等 组成。磁吹线圈串联在触头回路中，通过线圈的电流就是电弧电 流，线圈电流产生磁通，经铁心、导磁夹板、两触头间形成回路。 在两触头间产生较强的磁通，电弧在磁场中受力而运动，很快离 开触头而导致在灭弧角上拉长冷却，迫使电弧熄灭。
应用：磁吹式灭弧装置多用于直流电路中。
小结
XIAO JIE
1、电弧的产生、特点和危害 2、各种灭弧措施的灭弧原理及应用
谢谢观看
引起火灾
06 引起爆炸事故
四、灭弧方法
01
将电弧拉长
02
使弧柱降温
03
将电弧分段
灭弧装置就是基于这些原理来设计
五、灭弧措施
1）电动力吹弧
①吹弧装置
图2 双断口结构的电动力吹弧装置
五、灭弧措施
1）电动力吹弧
②灭弧原理
当触头断开电路时，在断口处产生电弧 静触头1和动触头2在弧区内产生磁场 根据左手定则，电弧电流将受到向外电磁力F的作用 电弧向外侧方向移动 一方面电弧拉长，另一方面使电弧温度降低 电弧自然熄灭
电弧的产生和熄灭解析
二、电弧的形成
1、强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头
间的电场强度就非常大 ，使触头内部的电子在强电场作用下 被拉出来 ，就形成强电场发射。 2、热电子发射
当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触 面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致 阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。
2. 扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质 的现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差， 使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散， 减少了电弧中的带电质点； （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的地方向浓度低的地方扩散，使电弧 中的带电质点减少； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带 走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。
直流电弧的熄灭方法
1.拉长电弧
2.开断电路时在电路中逐级串入电阻
u
l2
l1
E
A
l2 l1 0
u
E
A
R1 R0
uh
B
i1
i2
E R
i
拉长电弧灭弧
uh
B
i1 E i2
R1
E R0
i
引入电阻灭弧
3.在断口上装灭弧栅 4.冷却电弧
六、交流电弧的特性
在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温 度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为 动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟 不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。
三、带点质点的复合与扩散
电弧的产生和熄灭
四、影响去游离的因素
电弧的熄灭过程取决于发生游离和去游离过程
1. 电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离， 减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动 速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动 电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温 度。 2.介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去 游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温 度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电 弧就越容易熄灭。
谢谢
五、直流电弧的特性 定义：在直流电路中产生的电弧叫直流电弧
1.电弧电压分布图
阴 极 区 弧柱区 阳 极 区
U2 U1
+
U3 Uh
电弧电压＝阴极区压降＋弧柱压降＋阳极区压降
U h U1 U 2 U 3
2.电弧的伏安特性
u
1
u
di 0 dt
E
1
' uh
2
A
di 0 dt
uh
B
i
i1
直流电弧的伏安特性
（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造
成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。
二、电弧的形成 1、强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触
头间的电场强度就非常大 ，使触头内部的电子在强电场作用
下被拉出来 ，就形成强电场发射。 2、热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接 触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导 致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。
动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟
电弧的形成与熄灭及灭弧方法
电弧的形成与熄灭及灭弧方法电弧是在电气设备或电气装置中，当导体之间的绝缘被破坏或电流过大时所产生的一种放电。
电弧的形成是因为在两个导体之间，电压足够高以使空气中的电子与离子被电场加速，电子进入导体而离子被吸引至另一极板。
当电子与离子在高速下碰撞时，会产生大量的热能与光能，形成了所谓的电弧。
电弧放电不仅会带来设备的破坏，还会产生温度、声响、火灾等危险。
为了避免电弧放电的危害，有必要学习电弧的熄灭和灭弧方法。
电弧的熄灭是指将电弧放电过程中产生的高温、高能量状态改造为电弧停止放电的状态，以避免任何危险。
以下是一些常见的电弧熄灭方法：1.手动分闸手动分闸是通过将电路打开或开关关闭的方式来熄灭电弧。
电弧放电时，可以迅速关闭电路开关，中断电流，使电弧停止放电。
手动分闸主要适用于小型布线系统或非自动控制设备。
2.空气熄弧器空气熄弧器是一种利用高速喷出的空气来迅速冷却电弧、稀释电弧气体而熄灭电弧的装置。
空气熄弧器将空气喷到电弧放电部位，使电弧气体被稀释，冷却温度被降低，从而使电弧熄灭。
空气熄弧器适用于低电流高电压系统。
3.油浸熄弧装置油浸熄弧装置是一种利用液体绝缘体的性质来熄灭电弧的装置。
当电弧放电时，油浸熄弧装置通过喷洒绝缘油，迅速将电弧温度降低到电弧停止放电的温度。
油浸熄弧装置适用于较高电压系统。
4.磁场熄弧装置磁场熄弧装置是一种利用磁场的力量来压制电弧，使电弧熄灭的装置。
当电弧放电时，磁场熄弧装置产生一个强大的磁场，通过引导电弧产生力线圈，使电弧受到磁场的力量压制，从而熄灭电弧。
电弧的熄灭是为了使设备安全工作，但有时电弧难以熄灭或过程中会伴有背压、高温等危险状况，为了避免进一步危害，需要采取灭弧方法。
以下是一些常见的灭弧方法：1.直流灭弧法直流灭弧法是将电弧用与电弧放电方向相反的目标电流短时间通过电弧，以达到灭弧的效果。
通过增加设备电压或通入专门的电流源，电弧间的电流方向发生改变，从而使电弧不能持续放电，达到灭弧的目的。
电弧的形成及灭弧措施
电弧的形成及灭弧措施电弧的热效应在实际生产中应用很充分，比如：电焊机、电弧炼钢炉等，都是利用电弧产生的巨大热量使金属熔化。
但在电器中，电弧的存在却是百害而无一利。
电弧产生的高温会使触头熔化、变形，进而影响其接通能力，大大降低电器工作的可靠性和使用寿命，因而在电器中，必须采取适当的灭弧措施。
1、电弧的产生电弧的产生实际上是弧光放电到气体游离放电的一个演变过程。
触头分离时，触头导电截面由面到点发生变化，在触头即将分离的瞬间，全部负载电流集中于未断开的一个点，从而形成极高的电流密度，产生大量热量，使触头的自由电子处于活跃状态。
触头分离后的那一刻，两触头间间隙极小，形成了极高的电场强度。
活跃的电子在强电场力的作用下，由阴极表面逸出，向阳极发射，这个过程产生了弧光放电。
高速运动的电子撞击间隙中的气体分子，使之激励和游离，形成新的带电粒子和自由电子，使运动电子的数量进一步增加。
这个过程如同滚雪球一般，会在触头间隙中形成大量的带电粒子，使气体导电而形成了炽热的电子流即电弧。
后面的过程就是气体游离放电过程。
电弧一经产生，便在弧隙中产生大量的热量，使气体的游离作用占主导地位，特别是当高温产生的金属蒸气进入弧隙后，气体热游离作用更为显著。
所以电压越高、电流越大，电弧区的温度就越高，电弧的游离因素也就越强。
与此同时，也存在抑制气体游离的因素。
一方面，已经处于游离状态的正离子和电子会重新复合，形成新的中性气体分子；另一方面，高度密集的高温离子和电子，要向周围密度小、温度低的介质扩散，使弧隙内离子和自由电子的浓度降低，电弧电阻增加、电弧电流减小，热游离减弱。
当以上去游离过程与气体热游离过程平衡时，电弧将处于稳定燃烧状态。
电弧的应用就是保持这种状态。
2、灭弧措施对电器来讲，尽快熄灭电弧，防止电弧对触头系统造成损害是必需的。
那么，如何熄灭电弧呢？先看维持电弧燃烧的条件。
维持电弧燃烧的条件主要有两点，一是保持电弧的燃烧温度，从而保持足够的自由电子浓度；二是保持维持整个弧柱的电动势，从而保持电子的高速运动。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-开关电器中电弧产生原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。
电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。
当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。
热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。
由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。
由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。
热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。
产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。
开关电器中电弧熄灭常用哪些方法开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：(1)利用气体或油熄灭电弧。
在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。
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第四节 熄灭交流电弧的方法
一、提高触头的分闸速度 二、采用多断口
三、吹弧
■ 吹弧气流产生的方法 ■ 吹弧的方向
四、短弧原理灭弧
五、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 六、采用耐高温金属材料制作触头 七、采用优质灭弧介质
▉ 提高触头的分闸速度
迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加 电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此， 现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强 力分闸弹簧，其分闸速度已达16m/s以上。
不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。 经过对图2-2的分析，可见交流电弧在交流电流自然过零 时将自动熄灭，但在下半周随着电压的增高，电弧又重燃。 如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就此熄灭。
▉ 交流电弧的特性…（2）
▉交流电弧的熄灭条件—弧隙介质介电强度的恢复
▉ 采用多断口
每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电
弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加 长，导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的情况 下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高 了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。
采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了
▉ 吹弧 — 吹弧方向法…（2）
▉ 吹弧 — 吹弧方向法…（3）
（3）纵横吹
横吹灭弧室在开断小电流
时因室内压力太小，开断性能
较差。为了改善开断小电流时 的灭弧性能，可将纵吹和横吹 结合起来。在大电流时主要靠 横吹，小电流时主要靠纵吹， 这就是纵横吹灭弧室。
▉ 短弧原理灭弧
灭弧装置是一个金属栅灭弧罩，利用将电弧分为多个串联 的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅 片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割 成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度 或阴极区的电压降的 总和永远大于触头间 的外施电压，电弧就 不再重燃而熄灭。采 用缺口铁质栅片，是 为了减少电弧进入栅 片的阻力，缩短燃弧 时间。
头间的电场强度就非常大 ，使触头内部的电子在强电场作用 下被拉出来 ，就形成强电场发射。
▉ 电弧的形成—
（3）碰撞游离
弧柱中自由电子的主要来源（2）
从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极 运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性 质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称 为碰撞游离。 （4）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很
（3）电弧是一种自持放电现象。
（4）电弧是一束游离的的气体。
▉ 电弧放电的特征和危害
4. 电弧的危害
（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间， 加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏 绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。
（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造
三、电弧的熄灭
■ 电弧的去游离形式 ■ 影响去游离的因素
▉ 电弧放电的特征和危害
1. 电弧的概念
当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头 刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 2.电弧的本质 电弧的实质是一种气体放电现象。 3. 电弧放电的特征 （1）电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。 （2）电弧温度很高。
能是非周期性的变化过程。
▉ 交流电弧的熄灭条件—交流电弧的熄灭条件
如果弧隙介质强度在任
何情况下都高于弧隙恢复电
压，则电弧熄灭；反之，如 果弧隙恢复电压高于弧隙介 质强度，弧隙就被击穿，电 弧重燃。因此，交流电弧的 熄灭条件为： Uj（t）> Uhf（t） Uj（t）—弧隙介质强度；
Uhf（t）—弧隙恢复电压。
弧隙介质能够承受外加
电压作用而不致使弧隙击穿 的电压称为弧隙的介质强度。 当电弧电流过零时电弧熄灭， 而弧隙的介质强度要恢复到 正常状态值还需一定的时间， 此恢复过程称之为弧隙介质
强度的恢复过程，以耐受的
电压Uj（t）表示。
▉ 交流电弧的熄灭条件—弧隙电压的恢复过程
电流过流前，弧隙电压呈马鞍形变化，电压值很低，电源
5.1
1.
电弧与电器触头的基本知识
电弧的形成与熄灭 2.直流电流的特性及熄灭 3. 交流电弧的特征及熄灭 4. 熄灭交流电弧的基本方法 5. 电弧触头的基本知识 思考题与习题
第一节 电弧的形成与熄灭
一、电弧放电的特征和危害
二、电弧的形成
■ 弧柱中自由电子的主要来源
■ 电弧形成的过程
第二节 直流电弧的特性及熄灭
一、直流电弧的特性
二、直流电弧的熄灭条件
▉直流电弧的特性
⒈ 电弧电压沿弧长的分布 ⑴ 阴极压降区 10-4cm，正空间梯度10～20V与电弧电流无关而与阴极 及介质有关。 ⑵ 弧柱区 与电流、弧长和介质及其状态有关。 ⑶ 阳极压降区 为阴极区的几倍，负空间梯度与电弧电流有关，电流越 大压降越小。 ⑷ 沿弧长电压降 Ｕh＝Ｕ1＋Ｕ2＋Ｕ3 短弧和长弧的概念及电弧稳定的条件。 ⒉ 电弧的伏安特性 ｕh＝f(ｉh) 图3－4
第三节 交流电弧的特性及熄灭
一、交流电弧的特性 二、交流电弧的熄灭条件
■ 弧隙介质介电强度的恢复 ■ 弧隙电压的恢复过程 ■ 交流电弧熄灭的条件
▉ 交流电弧的特性…（1）
在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温
度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为
动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟
温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，
在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。
▉ 电弧的熄灭— 电弧的去游离形式…（1）
电弧的去游离过程包括复合和扩散两种形式。
1. 复合
复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。 由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000倍，所 以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子 碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量
大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，
这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。
▉ 电弧的形成—
电弧形成的过程
断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然
解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发 射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强 电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳 极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，
和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中
性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再 被正离子捕获成为中性质点。
▉ 电弧的熄灭—
电弧的去游离形式…（2）
2. 扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的 现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差， 使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少 了电弧中的带电质点； （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的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的 带电质点减少； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带走 电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。
▉ 吹弧 — 吹弧方向法… （1）
2. 按吹弧的方向分为： （1）纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹， 纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与 炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。 （2）横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者 说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还 能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能 更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作条件下， 横吹比纵吹效果要好。
弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样 的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了 开关电器的尺寸。如图5-10所示：
▉ 采用多断口—图2-10
▉ 吹弧 — 吹弧气流产生法...（1）
用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到 弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。 1. 吹弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦 打开吹口，即形成高压气流吹弧。
▉ 电弧的熄灭—
影响去游离的因素…（1）
1. 电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离， 减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动 速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动 电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温 度。 2.介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去 游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温 度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电 弧就越容易熄灭。
成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。
▉ 电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源（1）
（1）热电子发射
当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接 触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导 致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。 （2）强电场发射