电弧的基本理论
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
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
2.1.1电弧现象通常情况下，干燥的天气是良好的绝缘介质，但是当空气介质中两触头间电场足够强大时，空气介质就会被电场电离，使得电流通过空气介质，这种气体中通过电流的现象称为气体放电，电弧放电就是气体放电的一种，一般气体放电的物理过程包括激发、电离、消电离、迁移、扩散等。
以一个直流电路为例（包括直流电源、电阻和两级之间有一定距离的间隙），简单说明电弧的产生。
图2-1为气体放电的静伏安特性，图中的坐标值是大致的数值。
200400图2-1气体放电的静电伏安特征Fig.2-1 V oltage and current curve between gas gap开始时，电压很低，空气离子的形成与复合保持平衡状态，气体的电导也保持不变。
当电压增加时，进入到非自持汤逊放电阶段，此时放电状态会随外界催离素（如X 射线、宇宙线、阴极的加热等）作用的失去而停止，这种可以因催离素作用失去而停止的放电现象被称为非自持放电。
接下来，电流持续升高，同时升高电压至第二个弧顶时，电流急剧增大，而电压迅速减小，这时空气进入了电弧放电的阶段。
实际中，变为电弧还有几种途径，其他途径不包含图2-1的某些放电过程。
在各种放电形式中，电弧的电流密度大，而一般其他气体放电形式的电流密度小，一般电弧的电流密度可以达到几百至几万A/cm2，电弧的另一个特点是阴极压降低，通常只有10V 。
2.1.2电弧的物理特性电弧发生在阴极和阳极之间，电弧之间的电压降并不是沿着电弧的长度而均与分布。
如图2-2所示，可以沿电弧长度把电弧分三个区域：阳极电压降区域、弧柱区域和阴极电压降区域[20]。
静触头弧柱动触头图2-2电弧的组成区域Fig.2-2 Component of arc当电弧产生时，阴极电压降区周围的空气会产生大量的正电荷，形成正离子层，使得阴极区周围电位发生突变。
这时候在阴极区表面上一个很小的区域（阴极斑点区），约25-4-cm 1010至大小的区域将产生电弧放电时的大部分电子，位于电弧中间的是弧柱区，通常自由状态下可以把弧柱近似看成一个圆柱体的气体通道。
2、焊接电弧的基本知识
保护效果。如焊条的药皮
及二氧化碳加药芯。
２、熔滴上的作用力
熔滴：电弧焊时，在电弧热作用下焊丝 或焊条端部受热熔化形成。 熔滴上的作用力：影响熔滴过渡及焊缝 成型的主要因素。
熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程叫熔滴过渡。
根据熔滴上的作用力来源不同，可将其分为： 重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力和 电弧气体的吹力。
熔滴重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而 不同。 平焊：熔滴上的重力促使熔滴过渡； 立焊及仰焊：熔滴上的重力阻碍熔滴过渡。 重力：Fg= mg = (4/3)πr3ρg r 是熔滴半径； ρ 是熔滴密度； g 是重力加速度。
表面张力 表面张力是指焊丝端部保持熔滴的作用 力，是分子力的一种表现，发生在液体和气 体接触的边界部分，它使液体表面试图获得 最小的光滑面积。 用Fς表示，大小为 Fς ＝２πＲς 式中，Ｒ：焊丝半径；ς：表面张力系数。 ς的数值与材料成分、温度、气体介质等 因素有关。表1-6列举了一些纯金属的表面 张力系数。
气体粒子 H O N F 电离电压/v 13.5 13.5 14.5 17.4 气体粒子 K Na Ca W 电离电压 /v 4.3 5.1 6.1 8.0
He
Ar CO2
24.5
15.7 13.7
Al
Cu Fe
5.96
7.68 7.9
H2O
12.6
Cr
7.7
电弧产生过程
电弧产生过程： 短路：焊条、焊件接触形成短路，产生电 阻热，使得金属融化、蒸发，变成蒸汽。同时， 阴极表面电子获得能量，形成热发射。 空载：短路拉开后，而电压较高，有很大 的电场强度，电子脱离原子核的束缚而从阴极 表面曳出，形成电场发射。 燃弧：因为热发射、电场发射、光发射， 粒子碰撞发射越来越多，电离越来越强。极间 的中性质点变成带电的电子和正离子，分别向 两极运动进行中和，从而产生电弧，称引弧。
电弧基本理论
第六章-1电弧基本理论-good
一、电弧的基本理论
(二)熄灭交流电弧的物理过程 交流电弧的特性
如果在电流过零电弧自然 熄灭时，采取有效措施加 熄灭时， 强弧隙的冷却． 强弧隙的冷却．使弧隙介 质的绝缘能力达到不会被 弧隙外加电压击穿的程度， 弧隙外加电压击穿的程度， 则在下半周电弧就不会重 燃而最终熄灭。 燃而最终熄灭。
电弧电压、电流波形 电弧电压、
一、电弧的基本理论
（一)电弧的产生、维持及物理过程 电弧的产生、 3.去游离过程 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 复合去游离：带电质点的电荷彼此中和的现象。 碰撞中性质点— 碰撞中性质点—速度慢的负离子与正离子中和 复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小、电弧 复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小、 的温度及电弧的表面积有关。 的温度及电弧的表面积有关。 B.扩散去游离 B.扩散去游离：弧柱中的自由电子和正离子由于热运动 扩散去游离： 而从弧柱内部逸出进入周围冷介质的现象。 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；高速冷气吹弧。 浓度扩散；温度扩散；高速冷气吹弧。
一、电弧的基本理论
(二)熄灭交流电弧的物理过程 熄灭交流电弧的物理过程 决定交流电弧熄灭的基本因素是 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" 弧隙电压的恢复过程” 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． 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 过一个由电路参数所决定的振荡过程， 复到电源电压，此称为“ 复到电源电压，此称为“弧隙电压的恢复过 程”。
一、电弧的基本理论
（一)电弧的产生、维持及物理过程 电弧的产生、 3.去游离过程（带电质点减少） 3.去游离过程（带电质点减少） 去游离过程
城市轨道交通电弧的基本理论
20%
30%
40%
75%
① 热电子发射。
② 强电场发射。
③ 碰撞游离。
④ 热游离。
3. 电弧的产生
（3） 开关电弧形成的过程。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，温度 骤然升高，产生热游离并且成为游离的主要因素。此时， 在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。
（3） 直流电弧的熄灭方法。
20%
30%
40%
75%
① 拉长电弧。
② 开断电路时在 电路中逐级串入 电阻。
③ 在断口上装灭弧 栅。
④ 冷却电弧。
6. 交流电弧的特性和熄灭
（1） 交流电弧的特性。在交流电路中，电流瞬 时值随时间的变化而变化，因而电弧的温度、直径及 电弧电压也随时间的变化而变化，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 的过程，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。
电弧电压＝阴极区压降U1＋弧柱区压降U2＋阳极 区压降U3，即
Uh=U1+U2+U3（2=5）
5. 直流电弧的特性和熄灭
图2-35直流电弧的 图2-36直流电弧的稳
伏安特性曲线
定燃烧曲线
（1） 直流电弧的特性。直流电弧的伏安特性曲线如 图2-35所示，直流电弧的稳定燃烧曲线如图2-36所示。 直流电弧的稳定燃烧点也称工作点，让触头保持一定的 距离，电弧燃烧达到稳定状态后，电流不随时间的变化 而变化。两条曲线交于A、B两点，此两点既满足了电路 的要求（电弧外部条件），又满足了电弧静态伏安特性 的要求（电弧内部条件）。B点称为稳定燃烧点，A点称 为视在稳定燃烧点。
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。
12
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。
13
空间复合
15
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。
16
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。
24
25
26
电弧的基本特性
电弧的组成 近阴极区 近阳极区 弧柱区
27
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
28
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。
《电弧的基本理论》课件
电弧的特性
电弧的种类
有多种电弧类型，如直流电弧、交流电弧、气 体电弧等。
电弧的温度和能量
电弧温度极高，可达数千摄氏度，能量也非常 大。
电弧的颜色和形态
电弧的颜色和形态根据电弧种类、电力、环境 等因素而异。
电弧的声音
电弧形成的声音是由于空气分子震荡而产生的， 通常被描述为噼啪声。
电弧的应用
1
电弧的切割和焊接应用
可以使用电弧切割金属，还可以使用电
电弧的灯光应用
2
弧焊接多种材料。
电弧灯可以用于照明和特效灯光，例如 舞台表演和电影拍摄。
电弧的如眼睛和皮肤灼伤， 同时可能产生有毒气体。
电弧的防护措施
使用防护服、防护眼镜等个人防护装备，对工作场 所进行安全评估和防护设施安装。
电弧的基本理论
欢迎来到本课程，我们将深入研究电弧的基本理论。从原理到应用，探索电 弧的神奇世界。
什么是电弧
电弧的定义
电弧是由于电流通过气体或液体导体时，由于空间 弧形区域中的电离和迁移导致的放电现象，通常表 现为明亮而有形的火焰。
电弧的形成
当两个电极之间的电压高到足以使空气击穿时，空 气将被电离并形成电弧现象。
电弧与航空
1 雷电
飞机在空中受到雷电攻击时，可能会产生一种称为“St. Elmo's Fire”的电弧现象。
2 火花
当两个金属表面互相碰撞时或出现电缆线和插头之类的故障时，也会出现火花和电弧。
电弧设计艺术
电弧不仅是科学领域的研究对象，还是艺术家的创作素材。
电弧雕塑
艺术家使用电极在金属上创造出令人惊叹的3D雕塑。
电弧摄影
在暗处使用摄像机捕捉电弧现象，可以创造出非常 独特的图像。
电弧的基本特征
§ 3-1 气体放电的物理过程
热发射
气 表面发射 场致发射
体 放
光发射
电
二次发射
方
式
光电离
空间电离 电场电离
热电离
气
表面复合
体 消
复合
电
空间复合
离
方 式
扩散
30
§ 3-1 气体放电的物理过程
四、气体放电
31
§ 3-1 气体放电的物理过程
１、气体放电的几个阶段： 见图3-5。 ①、非自持放电阶段：是指间隙中最初的的自由电子是由外加因素产生的，当
天津工业大学天津工业大学电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院电气工程及其自动化专业背景知识31气体放电的物理过程32电弧的物理特征33直流电弧的燃烧与熄灭34交流电弧的特性35麦也耳电弧数学模型介绍第三章电弧的基本特征本章讲授内容其中红色内容是重点1
电 器 理 论 基 础-第三章
电气工程及其自动化专业22§ 3-1 气体 Nhomakorabea电的物理过程
由图3-1知，金属蒸汽的电离能比一般气体小得多，所以相同温度 下，前者的电离度大于后者。气体中混有金属蒸汽时，其电离度要比 纯气体的高，即电导率要大。
23
§ 3-1 气体放电的物理过程
三、去电离及其方式：
１、去电离：也叫消电离；是指电离气体中的带电粒子离开电离区 域，或带电粒子失去电荷变成中性粒子的现象。
16
§ 3-1 气体放电的物理过程
二、气体电离方式： 气体通常不导电，但是如果气体中含有带电粒子---电子、 正离子和负离子，它就能导电。我们把这种气体叫电离气 体。 气体中被电离的原子数与总原子数之比叫做电离度。电离 度越高气体导电率越大。 气体电离方式可以分为：表面发射和空间电离。
CH-04-1电弧理论
电气运行
1.吹弧
电气运行
2.采用多断口灭弧
电气运行
3.短电弧灭弧
这种灭弧方法是近阴极 效应的利用。当触点间发 生电弧后，由于磁场的作 用，把电弧吸引到栅片内， 将长弧分割成一串短电弧。 电弧过零时，每个短电弧 的阴极附近立即出现 150 一 250V 的介质电强度。 如果触点间的电压小于各 个间隙介质电强度的总和， 电弧将会熄灭。这种灭弧 方法在低压开关电器中效 果显著。
电气运行
弧隙介质强度的恢复过程是指在电弧电流过零时电弧 熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定时间恢复到绝缘 的正常状态的过程。 影响弧隙介质恢复的因素，除了介质的种类、状态、 电极材料、形状等外，还有近阴极效应。
电气运行
近阴极效应：
但电流过零极性改变是，弧隙中剩余带电粒子的运 动方向也随之改变，由于电子的质量比正离子小得多， 弧隙极性改变时，电子能迅速地向相反方向运动，而 正离子却几乎不动，这样，在新阴极附近形成了只有 正离子的离子空间。其电导很低，显示出一定的介质 电强度，约在0.1~1微秒的短暂时间内有150~250V的 起始介质电强度。这种现象有利于电弧的熄灭。随后， 弧隙介质电强度恢复的快慢，主要取决于冷却条件。
电气运行
开关电器
开关电器是用来接通或切断电路的电气设备。发 电厂、变电站中的设备的投入或退出、系统运行方式 的改变都必须用开关电器进行。
开关电器主要是指断路器、隔离开关、熔断器、 负荷开关、闸刀开关、接触器、起动器等电气设备。
电气运行
开关电器分类
根据开关电器在电路中担负的任务，可分为： （1）仅用来正常工作情况下，断开或闭合工作电流。 如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动 器。 （2）仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电 流。若高、低压熔断器。 （3）既用来断开或闭合工作电流，也用来断开或闭 合过负荷电流或短路电流。如高压断路器、低压自动 空气断路器等。 （4）不要求断开或闭合工作电流，但具备一定的切、 合电容电流和环流的能力，在检修时则用来隔离电压。 如隔离开关等。
电弧及电气触头的基本理论t
(3)吹弧 (3)吹弧——加强冷却和扩散 吹弧 横吹——将电弧吹弯吹长 纵吹——将电弧吹细
福建水电学院 电气设备 19
§3．3 交流电弧的特性及熄灭 (4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 (4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 ——冷却,表面吸附电子，加强复合。 如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管 (5)利用短弧原理灭弧（交流电弧的近阴极效应） (5)利用短弧原理灭弧（交流电弧的近阴极效应） 利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150～ 250v电压。
福建水电学院
电气设备
25
§3．5 电气触头 三、触头的结构型式 触头的结构型式 按接触面的形式划分 按结构形式划分
可分触头 固定触头
平面触头 线触头
点触头
可动触头
刀形触头 座 式 触 头
福建水电学院 电气设备
插
指形触头
26
触 头 的 结 构 与 分 类
福建水电学院 电气设备 5
§3-1 电弧的形成和熄灭
电弧的熄灭： 四、电弧的熄灭：带电质点不断消失
关键是加强去游离作用 介质的游离作用→ 介质的游离作用→电弧产生 介质的去游离作用→ 介质的去游离作用→电弧熄灭 1．去游离：复合与扩散 去游离： 2．熄弧条件 游离与去游离谁主导？ 游离与去游离谁主导？
原因：电流过零后极性改变， 原因：电流过零后极性改变，弧隙中剩余的带电质点的运动 方向也相应改变，电子能迅速朝相反方向运动， 方向也相应改变，电子能迅速朝相反方向运动，而比电子质量大 1000倍的正离子几乎原地未动，于是在阴极附近便立刻形成一 倍的正离子几乎原地未动， 倍的正离子几乎原地未动 个只有正电荷的不导电层，起阻碍阴极发射电子的作用。 个只有正电荷的不导电层，起阻碍阴极发射电子的作用。
电弧理论
电气设备中的电弧理论
（2）栅片灭弧 ）
• 灭弧栅一般是由多片镀铜薄 钢片（栅片）和石棉绝缘板组 成。它们安放在电器触头上方 的灭弧室内，彼此之间互相绝 缘，片间距离约2～5mm。当触 头分断电路时，在触头之间产 生电弧，电弧电流产生磁场， 由于钢片磁阻比空气磁阻小得 多，因此，电弧上方的磁通非 常稀疏，而下方的磁通却非常 密集，这种上疏下密的磁场将 电弧拉入灭弧罩中。
电弧的形成
电弧的形成实际上是一个连 续的过程。 最初， 续的过程 。 最初 ， 由阴极借 强电场和热电子发生提供起 始自由电子， 然后， 始自由电子 ， 然后 ， 由碰撞 游离而导致介质击穿， 游离而导致介质击穿 ， 产生 电弧， 最后靠热游离来维持。 电弧 ， 最后靠热游离来维持 。
12
电气设备中的电弧理论
电气设备中的电弧理论
电气设备中的电弧理论
什么是电弧？
电弧是通过两电极 之间的气体所产生的一 种强烈的气体自持放电 现象
2
电气设备中的电弧理论
气体放电的类型
根据气体导电过程本身能否产生维 持导电所需要的带电粒子 非自持放电 自持放电
3
电气设备中的电弧理论
产生电弧的条件
产生电弧的条件是电源的能量足以维持 电弧的燃烧。 电弧的燃烧。 当用开关电器切断有电流的电路时， 当用开关电器切断有电流的电路时 ， 如 果触头（电极）间的电压不低于10~20V， 果触头 （ 电极 ） 间的电压不低于 10~20V ， 电流不小于80~100mA，在断开的瞬间， 电流不小于 ，在断开的瞬间， 电器的触头间便会产生电弧。 电器的触头间便会产生电弧。 电弧是开关电器在断开过程中不可避免 电弧是开关电器在断开过程中 不可避免 的现象。 的现象。
电力工业的发展和电力系统的构成
第一章电力工业的发展和电力系统的构成一、选择1、下列设备中（ C ）不属于一次设备A发电机 B断路器 C继电器 D母线2、降压变压器高压侧的额定电压（ C ）A 121 kVB 105 kVC 110 kVD 115 kV3、电力网的额定电压等级不包括（ D ）A 0.22kVB 6 kVC 35 kVD 230 kV二、填空1、电力系统由发电厂中的电气设备、各类变电所、输配电线路和各种类型的用电设备组成。
2、电力网按照电压等级的高低可分为：低压网、中压网、高压网、超高压网、特高压网。
三、判断1、6KV电网属于高压电网。
（×）2、110KV电网为超高压电网。
（×）四、名词解释1、电力网――电力系统中各种电压等级的变电所及输配电线路组成的统一体，称为电力网。
2、熔断器的额定电流—熔断器壳体部分和载流部分允许长期通过的最大工作电流。
五、问答题如图线路额定电压已知，试求发电机和变压器的额定电压。
第二章发电厂变电所的概论一、名词解释1、一次设备—直接生产、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。
2、二次设备—对一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察的设备称为二次设备。
第三章电力系统中心点运行方式一、选择1、中性点非直接接地系统中发生单相金属性接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压等于（ B ）。
A．电源相电压 B．电源线电压C．100伏 D．380伏2、小电流接地系统发生单相接地时中性点对地电压上升为相电压。
非接地两相对地电压为（C）。
A、相电压B、电压下降C、线电压二、填空1、消弧线圈的补偿运行方式有三种：过补偿、欠补偿和完全补偿，一般采用过补偿运行方式。
2、从中性线流过的零序电流等于一相零序电流的 3 倍。
三、判断（√）在中性点不接地的3-10kV系统中，当单相接地电流不大于30安时，可不装消弧线圈。
四、名词解释1、小接地电流系统--小接地电流系统：中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，称为"小电流接地系统"2、大接地电流系统--在接地电流系统：中性点直接接地和中性点经低阻抗接地的三相系统，3、短路--是电力系统中带电部分与大地（包括设备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等）之间，以及不同相的带电部分之间的不正常连接。
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二次发射。 空间电离——电极间气体在外界力量影响下，其分子或原子分裂成自由电子和正离子的现象，空间
电离方式由光电离、电场电离（碰撞电离）、热电离。 电离过程是各种电离形式的综合表现。 2）消电离（去游离） 电离气体中的带电粒子离开区域，或者失去电荷变为中性粒子，这种现象叫消电离。 形式： 复合——两个带有异性电荷的粒子相遇互相作用而消失电荷，形成中性粒子的现象叫复合。复合方
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 2. 气体放电的物理过程 气体放电的物理过程包括电离（游离）和消电离（去游离）。 1）电离 原子吸收的能量足够大时，电子激发到自由态而离开原子轨道形成自由电子，原来的中性原子或分
近阳极区——长度为近阴极区数倍，阳极附近聚集大量 电子，形成电子层。
阳极压降﹑阴极压降数值相近，在20V以内，但阳极压 降区较长，所以电场强度较小。
电弧的阴极区域对电弧的发生和物理过程具有重要的意义，形成电弧放电的大部分电子是在阴极区 产生或由阴极本身发射的。电弧放电时，实际上并不是整个阴极全部参加放电过程，阴极表面的放电只 集中在一个很小的区域上，这个小区域称为阴极斑点。它是一个非常集中，面积很小的光亮区域，其电 流密度很大，是电弧放电中强大电子流的来源。
式由表面复合和空间复合，影响复合因素最显著的是温度，冷却作用是加强复合的决定性因素。
5.1 电弧的基本理论
5.1.1 电弧的产生和物理特性 2. 气体放电的物理过程 扩散——弧柱中的带电粒子，由于热运动从弧柱中浓度高的区域移动到弧柱周围浓度较低的区域，
叫扩散。 电弧电流恒定时，扩散速率与电弧直径成反比，复合速率与电弧直径平方成反比。 3）气体放电的几个阶段
5.1 电弧的基本理论
5.1.1 电弧的产生和物理特性 3. 电弧的产生、维持与发展 2）电弧的维持与发展 ☞ 由于电弧的半径小，电弧形成后，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射停止。 ☞ 由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继续进行热电子发射。 ☞ 另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地
阳极表面也存在阳极斑点，它接收从弧柱中过来的电子。弧柱是由高温、游离了的气体形成的充满 了带电粒子的等离子休。
5.1.1 电弧的产生和物理特性 4.电弧的组成
5.1 电弧的基本理论
弧柱区——6000k以上高温，大量气体分子游离，因此 具有良好的导电性。电流越大，弧温越高。热电离程度越大 ，电阻越小，伏安特性是负特性（但真空电弧是正特性）， 弧柱内气体全部电离，正负带电粒子数相等，为等离子体。
2）触头闭合时电弧的发生 击穿电压的最低值（对于银触头大约是15Ｖ）、电弧建立的时间（大约为10-8s，与发生击穿时的触 头间距无关）。
3）真空和气体间隙的击穿 电弧可以在真空的两电极间发生。这种电弧可以称为真空电弧。但电弧实际上并不是在绝对真空而 是在金属蒸气中燃炽。
4）从辉光放电到电弧放电的转变。 从辉光放电过渡到热电子电弧的过程是随 着 电流的增加，阴极电位降逐渐增高，在阴极区放出的能 量也就增加，如果这时阴极温度达到热电子发射开始起显著作用的数值，则放电的击穿电压开始下降。
电弧可分为短弧和长弧两种。 电弧长度较短（即电弧弧芯中心线在毫米以下）．电弧电压主要出阴极和阳极位降构成的电弧称为 短弧。在短弧中近极区域的过程起主要作用。 电弧长度较长，电弧电压主要由弧柱压降构成的电弧称为长弧。在长弧中弧柱的过程起主要作用。 在高压开关中的电弧一般均属于长弧。
5.1 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。
5.1.1 电弧的产生和物理特性 5. 电弧发生的途径 1）电路断开电弧的发生 为了使电弧点燃，某一最低电流值是必需的。 开断电路时电弧的产生过程 ： 触头开始分断—（存在超程实际未分断）—>接触点减小—>极限状态
（仅一点接触）—>接触处金属熔融—>液态金属桥—>金属桥断裂（爆炸）—（电流瞬时截断）—>产生 过电压—（击穿介质）—>电弧—（各种熄弧因素）—>电弧熄灭—>触头分断
非自持放电阶段（OD段） 自持放电阶段（从D点起）
5.1.1 电弧的产生和物理特性 3. 电弧的产生、维持与发展 1）电弧的产生
5.1பைடு நூலகம்电弧的基本理论
强电场发射：E=U/s大于3×106V/m 时，金属触头阴极表面就会发射自由电子。 热电子发射：在开关分闸时 ， 动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面 发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。 加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速运动。 碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能 量产生跃迁，跳到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子核的束缚，游离 成自由电子和正离子。 雪崩：游离的结果导致触头间自由电子数量剧增 。 介质击穿产生电弧：剧增的电子形成电流，介质被击穿而产生电弧。
发生碰撞，游离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。 ☞ 热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧的燃烧得以维持。
5.1.1 电弧的产生和物理特性 4. 电弧的组成
5.1 电弧的基本理论
近阴极区——长度极短（约等于电子的平均自由行程）。 电子经过这段行程后，气体电离，电子运动快，正离子慢行 成正离子层，电场强度很高。