第一節(jié)電弧的基本知識

第三章電弧及電氣觸頭的基本知識第一節(jié)電弧的基本知識教學(xué)內(nèi)容本節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、電弧的特點二、電弧的主要危害三、電弧的產(chǎn)生四、電弧的熄滅首頁一、電弧的特點電弧：是一種能量集中、溫度很高、亮度很大的氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。1.電弧的組成：電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成2.電弧溫度很高，發(fā)出強(qiáng)烈的白光，故稱弧光放電為電弧。

3.電弧是一種自持放電，很低的電壓就能維持電弧的穩(wěn)燃燒而不會熄滅。4.游離的氣體，質(zhì)量輕，迅速移動、伸長、彎曲和變形。運動速度可達(dá)每秒幾百米?；⌒模簻囟茸罡摺㈦娏髅芏茸畲蟮幕≈行牟课?。弧焰：弧柱周圍溫度較低、亮度明顯減弱的部分?；≈鶇^(qū)中心可達(dá)到10000℃以上，表面溫度也有3000～4000℃。二、電弧的主要危害

1.電弧的高溫，可能燒壞電器觸頭和觸頭周圍的其他部件；對充油設(shè)備還可能引起著火甚至爆炸等危險。2.在開關(guān)電器中，觸頭間只要有電弧的存在，電路就沒有斷開，電流仍然存在，電弧的存在延長了開關(guān)電器斷開故障電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。3.容易造成飛弧短路、傷人或引起事故擴(kuò)大。

三、電弧的產(chǎn)生

電弧的產(chǎn)生實際上是氣體介質(zhì)在某些因素作用下，發(fā)生強(qiáng)烈游離，產(chǎn)生很多帶電質(zhì)點，由絕緣變?yōu)閷?dǎo)通的過程。電弧能成為導(dǎo)電通道，是由于電弧的弧柱內(nèi)存在大量的帶電粒子，這些帶電粒子的定向運動形成電弧。1.自由電子的產(chǎn)生陰極的熱電子發(fā)射或強(qiáng)電場發(fā)射：觸頭開斷瞬間產(chǎn)生少量的自由電子的原因。熱電子發(fā)射：觸頭剛分離時，觸頭間的接觸壓力和接觸面積不斷減小，接觸電阻迅速增大，使接觸處劇烈發(fā)熱，局部高溫使此處電子獲得動能，就可能發(fā)射出來成為自由電子。強(qiáng)電場發(fā)射：觸頭剛分離時，由于觸頭間的間隙很小，在電壓作用下間隙形成很高的電場強(qiáng)度，當(dāng)電場強(qiáng)度超過3×106V／m時，陰極觸頭表面的電子就可能在強(qiáng)電場力的作用下，被拉出金屬表面成為自由電子。三、電弧的產(chǎn)生2.碰撞游離形成電弧

碰撞游離：自由電子，在電場力作用下加速運動，不斷與中性氣體質(zhì)點（原子或分子）撞擊，如果電場足夠強(qiáng)，自由電子動能足夠大，碰撞時就能將中性原子外層軌道上的電子撞擊出來，脫離原子核內(nèi)正電荷吸引力的束縛，成為新的自由電子。失去自由電子的原子則帶正電，稱為正離子。新的自由電子又去碰撞另外的中性原子…此過程愈演愈烈，發(fā)展成為“電子崩”。當(dāng)帶電粒子積累到一定的數(shù)量時，介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)發(fā)生改變，由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體，在外加電壓的作用下，電流通過觸頭間隙，發(fā)出聲響和強(qiáng)烈的白光，就形成了電弧。游離：中性質(zhì)點轉(zhuǎn)化為帶電質(zhì)點的過程。電場游離主要取決于電子運動速度，即取決于電場強(qiáng)度、電子的平均自由行程以及氣體的性質(zhì)。觸頭間電壓越高，電場強(qiáng)度也越高，則氣體容易被擊穿。氣體的壓力越大，越不容易產(chǎn)生電場游離。三、電弧的產(chǎn)生3.熱游離維持電弧熱游離：發(fā)生雪崩式碰撞游離形成電弧后，產(chǎn)生高溫，氣體中粒子運動速度增大，使原子外層軌道電子脫離原子核內(nèi)正電荷束縛力成為自由電子。氣體溫度愈高，粒子運動速度愈大，原子熱游離的可能性也愈大，維持電弧穩(wěn)定燃燒。綜上所述，由于熱電子發(fā)射或強(qiáng)電場發(fā)射在觸頭間隙中產(chǎn)生少量的自由電子，這些自由電子與中性分子發(fā)生碰撞游離并產(chǎn)生大量的帶電粒子，從而形成氣體導(dǎo)電，即產(chǎn)生電弧，一旦電弧產(chǎn)生后，將由熱游離作用來維持電弧燃燒。電弧的形成過程就是介質(zhì)向等離子體態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。三、電弧的產(chǎn)生4.影響游離作用的物理因素

（1）溫度越高，熱游離越強(qiáng)烈。

（2）壓力越大，行程越小，碰撞游離越小。

（3）電壓越高越容易將間隙擊穿。

（4）開斷距離增大則減小間隙中的電場強(qiáng)度。

（5）不同介質(zhì)游離電場不同，熱游離溫度不同。

（6）不同金屬的蒸汽有不同的游離電壓。四、電弧的熄滅

電弧的熄滅過程實質(zhì)：氣體介質(zhì)由導(dǎo)通又變?yōu)榻刂沟倪^程，是電弧區(qū)域內(nèi)已電離的質(zhì)點不斷發(fā)生去游離的結(jié)果。1.去游離過程2.影響去游離的物理因素使弧隙中正離子和自由電子減少。復(fù)合擴(kuò)散正負(fù)電荷中和成為中性質(zhì)點的現(xiàn)象。電弧中的自由電子和正離子散溢到電弧外面，并與周圍未被游離的冷介質(zhì)相混合的現(xiàn)象。要使電弧熄滅，必須使去游離作用強(qiáng)于游離作用。（1）介質(zhì)的特性（2）電弧的溫度（3）氣體介質(zhì)壓力（4）游離質(zhì)點的