電力開關中電弧的產生機理

李思蔓 馮博豪

摘要：本文分析了電弧產生的機理，提出了滅弧的措施，以供相關的工作人員參考及借鑒。

關鍵詞：電力開關;電弧;產生機理

1電力開關中電弧產生的機理

1.1開關觸頭瞬間釋放自由電子

通常人們能迅速操作設備開關，為此，電弧發生概率小，而部分人對機器開關進行操作時，因為一些原因使得速度變慢，就會導致電弧的發生。由于人們操作的開關，觸頭開始分離過程中觸頭與觸頭之間的距離并不大，且觸頭與觸頭在電壓影響之下而形成1個電場，同時具有非常強的強度，為此，產生大量自由電子，促使電弧的形成。從相關實驗結果來看，當觸頭與觸頭電廠強度達到一定規模時，使得開關失靈，極大損害人們健康安全。此外，如果開關觸頭發生分離，它的電阻在接觸面積影響之下，形成非常多的熱量，繼而使得局部溫度在短時間內上升。此時電子因為高溫因素的影響而變得越來越快，最終導致許多電子出現在觸頭與觸頭之間。

1.2游離電子碰撞而引起電弧

如果電子被釋放出，它會在觸頭與觸頭之間進行徘徊，同時遭受非常高強度電廠的影響，促使運行速度變快，為此，上述自由電子運轉時，往往會碰撞中性氣體屬性的空氣質點，產生摩擦作用。且正離子和自由電子接觸質點時，隨著時間的增長，速度不斷增大，最終導致質點數目不斷增多，對觸點實施包圍，最終把電子氣體轉變為具有較多能量的電弧，繼而釀成事故。

2電力開關中滅弧的措施

2.1運用結構改變熄弧

運用隔板，分隔開關設備，形成許多空間，以達到減少電弧發生情況。各種形式的柵片較大程度上影響到電場分布，其最大電場強度存在非常大的不同。柵片長度一樣，同時進行平行擺放，在動觸頭與柵片具有最為密集的等位線，在該區域內，電場強度達到最大值，同時該結果下的電場分布十分不均衡。把柵片變成各種長度，可讓等位線具有非常好的密集程度，讓電場分布均勻化。上述兩類結構并無明顯不同的最大電場強度值，位置有所改變，在動觸頭與十分靠近的柵片中間電場強度達到最大數值。如果柵片被豎直擺放，最大場強點被移至觸頭與觸頭中間，因為豎直擺放柵片，觸頭滅弧范圍內電場均勻化分布，受恢復電壓電場的影響，電弧具有最低的重燃率數值，能夠在最短的時問內燃弧。自能式滅弧，即充分運用電弧能量，讓滅弧室構建一定的壓力，滿足氣吹熄弧需要，所以無需操作機構給予過大的壓縮功，使斷路器獲得非常突出的機械可靠性。為讓斷路器開斷大小電流獲得較高的性能和非常高的斷口電壓，人們給予的滅弧方式融合了熱膨脹和磁旋弧，它的工作原理為，當電流處于開斷狀態時，膨脹室中的電弧燃燒，一些電弧能量對四周氣體進行加熱，促使膨脹室中氣壓變得越來越大，如果動觸頭運動至噴口打開時，氣流流出，至膨脹室外部，將非常強大的氣吹施加給電弧，同時在電流過零過程中熄滅電弧。這種自能式斷路器在熄弧上無需太大操作功率，綜合體積不大，備受研發者的關注。

2.2運用滅弧介質滅弧

滅弧介質滅弧也被稱之為吹弧，將油或氣體用作滅弧介質，在滅弧室環境中，對已形成的電弧實施吹動處理，采用弧區之外比較新鮮且溫度十分低的介質，達到吹滅電弧的效果，會發揮必要的熄滅電弧的功能。首先，使用此種方法，可吹散電弧中許多正負離子，把其吹至開關觸頭間隙外部，且于觸頭與觸頭中生成具有較高絕緣性能的新鮮介質;其次，它可以短時間降低觸頭與觸頭之間的溫度，避免觸頭與觸頭之間不斷進行熱游離，顯著增強了觸頭與觸頭的介質強度，使吹散的離子有效接觸冷介質，促使復合流程的推進。

開關電源中預防電弧的手段有：

2.2.1進行防潮處理

電子元件外部處于潮濕環境中，會沾上一層水膜，如果水膜厚度接近某一數值時，將形成電解質膜，這種物質是化學腐蝕所需要的，該電解質中存有鹽分，嚴重腐蝕金屬外部，所以需進行防潮，搞好防鹽霧工作。

2.2.2進行密封處理

處于大氣環境中的元件，禁止使用凹陷結構，避免積水而造成腐蝕。濕熱環境的存在，為霉菌的生存及繁殖提供了良好的條件，霉菌將有機物作為養料，把水分吸附進來，形成有機酸，繼而會對絕緣層構成腐蝕，導致電路發生短路情況。所以，不得使用易霉制品，如麻、棉等一些物品。如果所處地區比較潮濕，一定要予以三防設計。

2.2.3真空滅弧

相比普通油介質與一般氣體，真空具有非常強的絕緣強度，如果真空度趨于102～10-4Pa時，它的擊穿電場強度在100kV/mm以上，盡管真空電弧的構成包括三個部分，如等離子區、陽極區與陰極區。而其通過觸頭電極自身蒸發的金屬蒸氣予以保持，相比四周密度與溫度，真空電弧柱的帶電質點非常高，會生成突出的對流，使得熾熱帶電質點在較短時間內擴散至四周，達到維持電弧的效果。

2.2.4SF6滅弧

SF6是一種鹵素化合物氣體，沒有顏色，不能燃燒，具備非常強大的滅弧功能。通過其實施滅弧，相比空氣分解溫度，SF6具有較低的分解溫度，不但依賴氣流壓力梯度產生的等熵冷卻作用，更重要的是借助了SF6氣體自身獨特的熱化學性。相比空氣分解，需要更高的分解能量，所以，其在分解過程中吸收到了非常多的能量，對弧柱施加比較強大的冷卻作用，SF6與其分解而形成的鹵族原子與分子強有力地吸附到電弧內的電子，產生負離子，相比電子的質量，負離子要大出許多，受電場作用影響，相比電子移動速度，負離子比較小，所以，在電場運動過程中極易和正離子復合，生成中性分子。

2.3盡可能運用多斷口開關

在選取電壓高或電流大的開關時，最好使各項具有許多開斷口，當發生電弧，多斷口的存在增加了電弧總的長度，會使觸點與觸點的電導率變低。且存在的多個斷口，縮短了各斷口的行程，可有效分離出開關觸頭，也可在非常短的時間內進行閉合，降低電弧發生概率，即便是發生電弧，也可以在非常短的時間內熄滅。

2.4運用近陰極效應

低壓開關當中普遍使用滅弧柵裝置，由鐵磁材質制成的金屬片，短弧柵格觸頭與觸頭發生電弧后，在電弧電流形成的磁場內，鐵磁材質的柵片形成電磁力，將電弧弧柱引入柵片內，把長弧化割為成串的短弧L3。設立覦個數目的柵片，那么滅弧柵整體起始介質強度是150V-250V，添加到觸頭與觸頭之間的電壓數值比上述數值要小，也就是可有效地滅弧。柵片被制成缺口狀，以預防電弧弧柱進入柵片產生過大的阻力，迅速燃弧。

2.5運用固體介質的狹縫熄弧

該方法一般能夠應用在低壓開關，于狹縫當中，可利用絕緣性能非常突出的滅弧罩來達到滅弧作用，該滅弧罩的構成為石棉或水泥。在開關觸頭與觸頭生成電弧，磁吹裝置便會發生作用，形成磁場，電弧在磁場影響之下，被置人滅弧罩當中，滅弧罩中的狹縫是非常小的，可以達到拉長電弧的效果，迫使作用下，電弧接觸滅弧片，冷卻電弧，導致電弧被熄滅。

3結束語

為了安全，必須對設備的開關保持高度認知，了解電弧危害，規避危險的發生。

參考文獻

[1]王超.電力開關中電弧的產生機理[J].民營科技，2017（10）：2.

[2]唐玉龍.電力開關中電弧的產生機理[J].云南電力技術，2019（S01）：67-69.