电力开关中电弧的产生机理

李思蔓 冯博豪

摘要：本文分析了电弧产生的机理，提出了灭弧的措施，以供相关的工作人员参考及借鉴。

关键词：电力开关;电弧;产生机理

1电力开关中电弧产生的机理

1.1开关触头瞬间释放自由电子

通常人们能迅速操作设备开关，为此，电弧发生概率小，而部分人对机器开关进行操作时，因为一些原因使得速度变慢，就会导致电弧的发生。由于人们操作的开关，触头开始分离过程中触头与触头之间的距离并不大，且触头与触头在电压影响之下而形成1个电场，同时具有非常强的强度，为此，产生大量自由电子，促使电弧的形成。从相关实验结果来看，当触头与触头电厂强度达到一定规模时，使得开关失灵，极大损害人们健康安全。此外，如果开关触头发生分离，它的电阻在接触面积影响之下，形成非常多的热量，继而使得局部温度在短时间内上升。此时电子因为高温因素的影响而变得越来越快，最终导致许多电子出现在触头与触头之间。

1.2游离电子碰撞而引起电弧

如果电子被释放出，它会在触头与触头之间进行徘徊，同时遭受非常高强度电厂的影响，促使运行速度变快，为此，上述自由电子运转时，往往会碰撞中性气体属性的空气质点，产生摩擦作用。且正离子和自由电子接触质点时，随着时间的增长，速度不断增大，最终导致质点数目不断增多，对触点实施包围，最终把电子气体转变为具有较多能量的电弧，继而酿成事故。

2电力开关中灭弧的措施

2.1运用结构改变熄弧

运用隔板，分隔开关设备，形成许多空间，以达到减少電弧发生情况。各种形式的栅片较大程度上影响到电场分布，其最大电场强度存在非常大的不同。栅片长度一样，同时进行平行摆放，在动触头与栅片具有最为密集的等位线，在该区域内，电场强度达到最大值，同时该结果下的电场分布十分不均衡。把栅片变成各种长度，可让等位线具有非常好的密集程度，让电场分布均匀化。上述两类结构并无明显不同的最大电场强度值，位置有所改变，在动触头与十分靠近的栅片中间电场强度达到最大数值。如果栅片被竖直摆放，最大场强点被移至触头与触头中间，因为竖直摆放栅片，触头灭弧范围内电场均匀化分布，受恢复电压电场的影响，电弧具有最低的重燃率数值，能够在最短的时问内燃弧。自能式灭弧，即充分运用电弧能量，让灭弧室构建一定的压力，满足气吹熄弧需要，所以无需操作机构给予过大的压缩功，使断路器获得非常突出的机械可靠性。为让断路器开断大小电流获得较高的性能和非常高的断口电压，人们给予的灭弧方式融合了热膨胀和磁旋弧，它的工作原理为，当电流处于开断状态时，膨胀室中的电弧燃烧，一些电弧能量对四周气体进行加热，促使膨胀室中气压变得越来越大，如果动触头运动至喷口打开时，气流流出，至膨胀室外部，将非常强大的气吹施加给电弧，同时在电流过零过程中熄灭电弧。这种自能式断路器在熄弧上无需太大操作功率，综合体积不大，备受研发者的关注。

2.2运用灭弧介质灭弧

灭弧介质灭弧也被称之为吹弧，将油或气体用作灭弧介质，在灭弧室环境中，对已形成的电弧实施吹动处理，采用弧区之外比较新鲜且温度十分低的介质，达到吹灭电弧的效果，会发挥必要的熄灭电弧的功能。首先，使用此种方法，可吹散电弧中许多正负离子，把其吹至开关触头间隙外部，且于触头与触头中生成具有较高绝缘性能的新鲜介质;其次，它可以短时间降低触头与触头之间的温度，避免触头与触头之间不断进行热游离，显著增强了触头与触头的介质强度，使吹散的离子有效接触冷介质，促使复合流程的推进。

开关电源中预防电弧的手段有：

2.2.1进行防潮处理

电子元件外部处于潮湿环境中，会沾上一层水膜，如果水膜厚度接近某一数值时，将形成电解质膜，这种物质是化学腐蚀所需要的，该电解质中存有盐分，严重腐蚀金属外部，所以需进行防潮，搞好防盐雾工作。

2.2.2进行密封处理

处于大气环境中的元件，禁止使用凹陷结构，避免积水而造成腐蚀。湿热环境的存在，为霉菌的生存及繁殖提供了良好的条件，霉菌将有机物作为养料，把水分吸附进来，形成有机酸，继而会对绝缘层构成腐蚀，导致电路发生短路情况。所以，不得使用易霉制品，如麻、棉等一些物品。如果所处地区比较潮湿，一定要予以三防设计。

2.2.3真空灭弧

相比普通油介质与一般气体，真空具有非常强的绝缘强度，如果真空度趋于102～10-4Pa时，它的击穿电场强度在100kV/mm以上，尽管真空电弧的构成包括三个部分，如等离子区、阳极区与阴极区。而其通过触头电极自身蒸发的金属蒸气予以保持，相比四周密度与温度，真空电弧柱的带电质点非常高，会生成突出的对流，使得炽热带电质点在较短时间内扩散至四周，达到维持电弧的效果。

2.2.4SF6灭弧

SF6是一种卤素化合物气体，没有颜色，不能燃烧，具备非常强大的灭弧功能。通过其实施灭弧，相比空气分解温度，SF6具有较低的分解温度，不但依赖气流压力梯度产生的等熵冷却作用，更重要的是借助了SF6气体自身独特的热化学性。相比空气分解，需要更高的分解能量，所以，其在分解过程中吸收到了非常多的能量，对弧柱施加比较强大的冷却作用，SF6与其分解而形成的卤族原子与分子强有力地吸附到电弧内的电子，产生负离子，相比电子的质量，负离子要大出许多，受电场作用影响，相比电子移动速度，负离子比较小，所以，在电场运动过程中极易和正离子复合，生成中性分子。

2.3尽可能运用多断口开关

在选取电压高或电流大的开关时，最好使各项具有许多开断口，当发生电弧，多断口的存在增加了电弧总的长度，会使触点与触点的电导率变低。且存在的多个断口，缩短了各断口的行程，可有效分离出开关触头，也可在非常短的时间内进行闭合，降低电弧发生概率，即便是发生电弧，也可以在非常短的时间内熄灭。

2.4运用近阴极效应

低压开关当中普遍使用灭弧栅装置，由铁磁材质制成的金属片，短弧栅格触头与触头发生电弧后，在电弧电流形成的磁场内，铁磁材质的栅片形成电磁力，将电弧弧柱引入栅片内，把长弧化割为成串的短弧L3。设立觎个数目的栅片，那么灭弧栅整体起始介质强度是150V-250V，添加到触头与触头之间的电压数值比上述数值要小，也就是可有效地灭弧。栅片被制成缺口状，以预防电弧弧柱进入栅片产生过大的阻力，迅速燃弧。

2.5运用固体介质的狭缝熄弧

该方法一般能够应用在低压开关，于狭缝当中，可利用绝缘性能非常突出的灭弧罩来达到灭弧作用，该灭弧罩的构成为石棉或水泥。在开关触头与触头生成电弧，磁吹装置便会发生作用，形成磁场，电弧在磁场影响之下，被置人灭弧罩当中，灭弧罩中的狭缝是非常小的，可以达到拉长电弧的效果，迫使作用下，电弧接触灭弧片，冷却电弧，导致电弧被熄灭。

3结束语

为了安全，必须对设备的开关保持高度认知，了解电弧危害，规避危险的发生。

参考文献

[1]王超.电力开关中电弧的产生机理[J].民营科技，2017（10）：2.

[2]唐玉龙.电力开关中电弧的产生机理[J].云南电力技术，2019（S01）：67-69.