電弧的形成過程和熄滅方法

當電路打開時，會以電弧的形式發生放電。對於電弧的出現，當電路中的電流為 0.1 A 或更大數量級時，觸點電壓超過 10 V 就足夠了。在電壓和電流很大的情況下，電弧內的溫度可以達到 3-15000 °C，因此觸點和帶電部件會熔化。

在 110 kV 及以上的電壓下，電弧的長度可達數米。因此，電壓高於 1 kV 的電弧是一個很大的危險，尤其是在大功率電路中，儘管電壓低於 1 kV 的裝置也可能產生嚴重後果。因此，在電壓高於和低於 1 kV 的電路中，必須盡可能多地控制電弧並迅速將其熄滅。

電弧的原因

形成電弧的過程可以簡化如下。當觸點發散時，接觸壓力首先減小，接觸面相應增大， 過渡電阻 （電流密度和溫度 - 局部（在接觸區域的某些區域）開始過熱，這進一步促進了熱電子輻射，當在高溫的影響下，電子的速度增加並且它們從電極表面爆發。

在觸點分離的瞬間，即電路斷開時，觸點間隙中電壓迅速恢復。由於在這種情況下觸點之間的距離很小，所以有 電場 電子從電極表面撤出的影響下的高電壓。它們在電場中加速，當它們撞擊中性原子時，它們會賦予它動能。如果這種能量足以從中性原子的殼層撕下至少一個電子，那麼就會發生電離過程。

形成的自由電子和離子構成電弧主幹的等離子體，即電弧在其中燃燒並確保粒子連續運動的電離通道。在這種情況下，帶負電的粒子（主要是電子）沿一個方向（朝向陽極）移動，而失去一個或多個電子的氣體原子和分子——帶正電的粒子——沿相反方向（朝向陰極）移動。

等離子體電導率接近金屬。

大電流在電弧軸中流動並產生高溫。電弧筒的這種溫度導致熱電離——由於具有高動能的分子和原子在高速運動時發生碰撞而形成離子的過程（電弧燃燒介質的分子和原子分解成電子並積極地帶電離子）。強烈的熱電離保持高等離子體電導率。因此，沿電弧的電壓降很小。

在電弧中，兩個過程不斷發生：除了電離之外，還有原子和分子的去離子。後者主要通過擴散發生，即將帶電粒子轉移到環境中，電子和帶正電的離子重新結合，隨著分解時消耗的能量返回，電子和帶正電的離子重新組合成中性粒子。在這種情況下，熱量被排放到環境中。

因此，可以區分所考慮過程的三個階段：電弧點火，當由於衝擊電離和陰極發射電子時，電弧放電開始並且電離強度高於去離子強度，電弧穩定燃燒當電離和去離子強度相同時，弧筒內發生熱電離，當去離子強度高於電離強度時，電弧消失。

電氣開關設備中的電弧熄滅方法

要斷開電路元件並排除對開關設備的損壞，不僅需要打開其觸點，還需要熄滅它們之間出現的電弧。交流電和直流電的滅弧過程以及燃燒過程是不同的。這是由以下事實決定的：在第一種情況下，電弧中的電流每半個週期通過零。在這些時候，電弧中的能量釋放停止，電弧自發熄滅，然後每次都重新點燃。

實際上，電弧中的電流比過零稍微早一點接近零，因為隨著電流的減小，提供給電弧的能量減少，電弧的溫度相應降低，熱電離停止。在這種情況下，去離子過程在弧隙中集中地繼續。如果此時打開並迅速打開觸點，則可能不會發生後續的電氣中斷，電路將斷開而不會產生電弧。然而，在實踐中，這是極其困難的，因此採取了特殊措施來加速電弧的熄滅，以確保電弧空間的冷卻並減少帶電粒子的數量。

作為去離子的結果，間隙的介電強度逐漸增加，同時其中的恢復電壓增加。這些值的比例取決於彩虹是否會在下半段時間點亮。如果間隙的介電強度增加得更快並且大於恢復電壓，則電弧將不再點燃，否則將提供穩定的電弧。第一個條件定義了滅弧問題。

開關櫃採用不同的滅弧方法。

延長圓弧

如果在電路斷開期間觸頭分開，則產生的電弧會被拉長。同時，電弧的冷卻條件得到了改善，因為它的表面積增加了，燃燒需要更多的電壓。

將長弧拆分為一系列短弧

如果將觸點打開時形成的電弧分成K個短電弧，例如拉入金屬柵格，就會熄滅。通常，在柵板中由渦流引起的電磁場的影響下，電弧被引入金屬柵格中。這種滅弧方法廣泛用於1kV以下的開關設備，特別是自動空氣開關。

窄槽中的電弧冷卻

有助於熄滅小電弧。因此，在 開關設備 具有縱向槽的滅弧室被廣泛使用（縱向槽的軸線與弧筒的軸線方向重合）。這種間隙通常形成在由絕緣耐弧材料製成的腔室中。由於電弧與冷表面接觸，會發生強烈冷卻，帶電粒子在環境中擴散，因此會快速去離子。

除了具有平面平行壁的槽之外，還使用具有肋、突出部、延伸部（口袋）的槽。所有這些都會導致電弧筒變形並增加其與腔室冷壁的接觸面積。

通常通過與電弧相互作用的磁場將電弧拉入窄槽，可以將電弧視為載流導體。

外部的 磁場 移動電弧通常由與觸點串聯的線圈提供，電弧在觸點之間產生。窄槽滅弧適用於所有電壓的設備。

高壓滅弧

在恆定溫度下，氣體的電離度隨壓力的增加而降低，而氣體的熱導率增加。在所有其他條件相同的情況下，這會改善電弧冷卻。由電弧本身在密閉腔室中產生的高壓滅弧廣泛用於保險絲和許多其他設備。

油中電弧淬火

如果 開關觸點 放在油中，打開時產生的電弧會導致油的強烈蒸發。結果，在電弧周圍形成氣泡（包絡），主要由氫氣 (70 ... 80%) 和油蒸氣組成。排出的氣體高速直接進入電弧筒區域，導致氣泡中冷氣和熱氣混合，提供強烈冷卻，從而使電弧間隙去離子化。此外，氣體的去離子能力增加了油快速分解過程中產生的氣泡內的壓力。

電弧與油接觸得越近，油相對於電弧移動的速度越快，油中滅弧過程的強度越大。鑑於此，弧隙由封閉的絕緣裝置 - 滅弧室限制......在這些腔室中，油與電弧產生更緊密的接觸，並在絕緣板和放電孔的幫助下形成工作通道通過其中油和氣體的運動，提供強烈的電弧熄滅（blowout）。

根據操作原理，滅弧室分為三個主要組：自吹式，當由於電弧中釋放的能量在電弧區域產生高壓和氣體運動速度時，借助特殊的泵送液壓機構強制吹油，油中磁淬，當電弧在磁場作用下，進入狹窄的間隙。

最有效和最簡單的自充氣滅弧室......根據通道和排氣口的位置，腔室是不同的，其中氣體-蒸汽混合物和油沿電弧流強烈吹氣（縱向吹氣）或通過電弧（橫向吹氣）提供）。所考慮的滅弧方法廣泛用於1kV以上電壓的斷路器。

電壓高於 1 kV 的設備中的其他滅弧方法

除了上述滅弧方法外，他們還使用： 壓縮空氣，其氣流沿或穿過電弧吹動，確保其強烈冷卻（而不是空氣，使用其他氣體，通常從固體氣體產生材料——纖維、乙烯基塑料等——以燃燒電弧本身分解為代價）， SF6（六氟化硫），它具有比空氣和氫氣更高的電氣強度，因此即使在大氣壓下，在這種氣體中燃燒的電弧也會迅速熄滅，當觸點打開時，高度稀薄的氣體（真空），電弧不會在電流第一次通過零後不會點燃（熄滅）。