电弧的基本理论五

第五章电弧的基本理论5.1电弧的产生及危害教学内容本节教学内容一、电弧的特点二、电弧的主要危害三、电弧的产生四、电弧的熄灭首页一、电弧的特点电弧：是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体导电现象。弧柱区中心可达到10000℃以上，表面温度也有3000～4000℃。2.电弧温度很高，发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。1.电弧的组成：电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成4.游离的气体，质量轻，迅速移动、伸长、弯曲和变形。运动速度可达每秒几百米。3.电弧是一种自持放电，很低的电压就能维持电弧的稳燃烧而不会熄灭。一、电弧的特点二、电弧的主要危害

1.电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件；对充油设备还可能引起着火甚至爆炸等危险。3.容易造成飞弧短路、伤人或引起事故扩大。2.在开关电器中，触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，电流仍然存在，电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。三、电弧的产生

电弧的产生实际上是气体介质在某些因素作用下，发生强烈游离，产生很多带电质点，由绝缘变为导通的过程。电弧能成为导电通道，是由于电弧的弧柱内存在大量的带电粒子，这些带电粒子的定向运动形成电弧。三、电弧的产生1.自由电子的产生

阴极的热电子发射或强电场发射：触头开断瞬间产生少量的自由电子的原因。

热电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积不断减小，接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。三、电弧的产生强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电压作用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过3×106V／m时，阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面成为自由电子。

三、电弧的产生2.碰撞游离形成电弧

碰撞游离：自由电子，在电场力作用下加速运动，不断与中性气体质点（原子或分子）撞击，如果电场足够强，自由电子动能足够大，碰撞时就能将中性原子外层轨道上的电子撞击出来，脱离原子核内正电荷吸引力的束缚，成为新的自由电子。失去自由电子的原子则带正电，称为正离子。新的自由电子又去碰撞另外的中性原子…此过程愈演愈烈，发展成为“电子崩”。

游离：中性质点转化为带电质点的过程。当带电粒子积累到一定的数量时，介质的导电性质发生改变，由绝缘体变为导体，在外加电压的作用下，电流通过触头间隙，发出声响和强烈的白光，就形成了电弧。三、电弧的产生电场游离离主要取取决于电电子运动动速度，，即取决决于电场场强度、、电子的的平均自自由行程程以及气气体的性性质。气体的压压力越大大，越不不容易产产生电场场游离。。触头间电电压越高高，电场场强度也也越高，，则气体体容易被被击穿。。三、电弧弧的产生生三、电弧弧的产生生热游离：发生雪雪崩式碰碰撞游离离形成电电弧后，，产生高高温，气气体中粒粒子运动动速度增增大，使使原子外外层轨道道电子脱脱离原子子核内正正电荷束束缚力成成为自由由电子。。3.热游离维维持电弧弧气体温度度愈高，，粒子运运动速度度愈大，，原子热热游离的的可能性性也愈大大，维持持电弧稳稳定燃烧烧。三、电弧弧的产生生阴极发射射（起因因）→碰碰撞游离离（重要要因素））→击穿穿（量变变到质变变）→热热游离（（主要因因素）→→维持发发展上所述，，由于热电子发发射或强电场发发射在触头间间隙中产生少量量的自由由电子，这些自自由电子子与中性性分子发发生碰撞游离离并产生大量量的带电粒子子，从而形形成气体体导电，，即产生生电弧，，一旦电电弧产生生后，将将由热游离作作用来维持电弧弧燃烧。电弧的的形成过过程就是是介质向向等离子子体态的的转化过过程。电弧形成成的物理理过程：：三、电弧弧的产生生4.影响游离离作用的的物理因素素（6）不同金金属的蒸蒸汽有不不同的游游离电压压。（5）不同介介质游离离电场不不同，热热游离温温度不同同。（4）开断距距离增大大则减小小间隙中中的电场场强度（3）电压越越高越容容易将间间隙击穿穿。（2）压力越越大，行行程越小小，碰撞撞游离越越小。（1）温度越越高，热热游离越越强烈。。四、电弧弧的熄灭灭电弧的熄灭过程程实质：气体介介质由导导通又变变为截止止的过程程，是电电弧区域域内已电电离的质质点不断断发生去游离的结果。。使弧隙中中正离子子和自由由电子减减少。复合：扩散：正负电荷荷中和成成为中性性质点的的现象。。电弧中的的自由电电子和正正离子散散溢到电电弧外面面，并与与周围未未被游离离的冷却却介质相相混合的的现象。。要使电弧弧熄灭，，必须使使去游离作用强于游离离作用。1.去游离过程2.影响去游游离的物理因素素（1）介质的的特性（2）电弧的的温度（3）气体介介质压力力（4）游离质质点的密密度（5）触头材材料四、电弧弧的熄灭灭思考练习习思考练习习1.电