隔离刀开关电弧产生的原因

摘自：http://www.tiaron.com/news/dianhu.html

刀开关-乐清市天熔电器有限公司

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1、隔离刀开关电弧产生

在之前的文章中，我们讨论过刀开关灭弧罩的作用,本文将会对电弧的产生作进一步的说明。

在自然环境中开断电路时，如果被开断电路的电流（电压）超过某一数值（根据触头材料的不同，其值 约在0.25-1A、12-20V之间）时，则触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的 放电现象。所谓气体放电，就是触头间隙中的气体被游离产生大量的电子和离子，在强电场作用下，大量的带电 粒子作定向运动.于是绝缘的气体就变成了导体。电流通过这个游离区时所消耗的电能转 换为热能和光能，发出光和热的效应，产生高温并发出强光.使触头烧投.并使电路的切断 时间延长，甚至不能断开，造成严重事故。 隔离开关电弧及刀开关电弧的产生，都属于以上的原因。

2、隔离刀开关电弧对电器的影响

1、触头虽已打开，但由于电弧的存在，使要断开的电路实际上并没有断开。

2、由于电弧的温度很高，严重时可使触头熔化。

3、电弧向四周喷射，会使电器及其周围物质搜坏，甚至造成短路，引起火灾。

所以必须采取措施熄灭或减少电弧，为此首先要了解电弧的物理本质，即 电弧产生的原因。电弧产生的原因主要经历强电场放射、撞击电离、热电子发射和高温游离.

3、电弧产生的4个物理过程

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(1)强电场放射。

触头开始分离时，其间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头间很小很小的 间隙上，因此该处电场强度很高，可达几亿V/m。此强电场将触头阴极表面(与电源负极连接的触 头)的自由电子拉出到气隙中，使触头间隙气体存在较多的电子，这种现象即所谓强电场放射。

(2)撞击电离。

触头间隙中的自由电子在电场作用下，向正极加速运动，经过一定路程后获得 足够的动能，它在前进途中撞击气体原子,该原子被分裂成电子和正离子。电子在向正极运 动过程中将撞击其他原子，使触头间气体中的电荷越来越多，这种现象称为撞击电离。触头间隙中的电场强度越强， 电子在加速过程中所走的路程越长，它所获得的能量就越大，故撞击的电离的电子就越多。

(3)热电子发射。

撞击电离产生的正离子向阴极运动，撞击在阴极上会使阴极温度逐渐 升高，使阴极金属中的电子动能增加，当阴极温度达到一定程度时，一部分电子有足够动能 将从阴极表面逸出，再参与撞击电离。由于高温使电极发射电子的现象称为热电子发射。

(4)高温游离。

当电弧间隙中气体的温度升高时，气体分子热运动速度加快。当电弧的 温度达到3000℃或更高时，气体分子将发生强烈的不规则热运动，并造成相互碰撞，结果 使中性分子游离成为电子和正离子。这种因高温使分子撞击所产生的游离称为高温游离。当 电弧间隙中有金属蒸气时，高温游离大大增加。

在触头分断的过程中，以上4个过程引起电离原因的作用是不一样的。在触头刚开始分 离时，首先是强电场放射，这是产生电弧的起因。当触头完全打开时，由于触头间距离增 加，电场强度减弱，维持电弧存在主要靠热电子发射、撞击电离和高温游离，而其中又以高 温游离作用最大。此外，伴随着电离的进行，还存在着消电离作用。消电离是指正负电料子 的结合成为中性粒子的同时，又减弱了电离的过程。消电离过程可分为复合和扩散两种。

在燃弧过程中，弧柱内的电子、正负离子要从浓度大、温度高的地方扩散到周围的冷介 质中去，扩散出来的电子、离子互相结合又成为中性分子。因此降低弧柱周围的温度，或用 人工方法减小电弧直径，使电弧内部电子、离子的浓度增加，就可以增加扩散作用。

电离和消电离作用是同时存在的。当电离速度快于消电离速度，电弧就发展;当电离与 消电离速度相等时，电弧就稳定燃烧;当消电离速度大于电离速度时，电弧就要熄灭。因此，欲使电弧熄灭可以从两方面着手：一方面是减弱电离作用，另一方面是增强消电离作 用。实际上，作为减弱电离作用的措施同时也往往是增强消电离作用的途径。

熄灭电弧的基本方法有:1、拉长电弧，以降低电场强度。2、用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低 弧柱周围的温度。3将电弧挤人绝缘壁做成的窄缝中，以冷却电掀4、将电弧分成许多串联的 短弧，增加维持电弧所需的临界电压降的要求。5、将电弧密封于高气压或真空的容器中。

在后面的文章中，我们将详细说明电弧的熄灭及灭弧方法。