電子器件中電弧產(chǎn)生的原理及滅弧方法

 

二 電弧的組成
2.1 弧柱區(qū) 
弧柱區(qū)呈電中性，它是由分子、原子、受激的原子、正離子、負(fù)離子及電子所組成，其中帶正電荷的離子與帶負(fù)電荷的離子幾乎相等，所以又稱為等離子體。帶電的粒子在等離子體定向移動(dòng)，基本上不消耗能量，所以才能夠在低電壓條件下，傳輸大電流。傳輸電流的主要帶電粒子是電子，大約占帶電粒子總數(shù)的99.9%，其余為正離子。  因?yàn)殛帢O區(qū)和陽極區(qū)的長度極短，所以可以認(rèn)為弧柱區(qū)長度為電弧長度。弧柱區(qū)的電場強(qiáng)度較低，通常只有5～10V/cm。

2.2 陰極區(qū)
陰極被認(rèn)為是電子之源。它向弧柱提供99.9%的帶電粒子（電子）。陰極發(fā)射電子的能力，對(duì)電弧穩(wěn)定性影響極大。陰極區(qū)的長度為10-5～10-6cm，如果陰極壓降為10V，則陰極區(qū)的電場強(qiáng)度為106～107V/cm。

2.3 陽極區(qū) 
陽極區(qū)主要是接受電子，但還應(yīng)向弧柱提供0.1%的帶電粒子（正離子）。通常陽極區(qū)的長度為10-2～10-3cm，則陽極區(qū)的電場強(qiáng)度為103～104V/cm。由于陽極材料和焊接電流對(duì)陽極區(qū)壓降影響很大，它可以在0～10V之間變化。例如當(dāng)電流密度較大，陽極溫度很高，使陽極材料發(fā)生蒸發(fā)時(shí)，陽極壓降將降低，甚至到0V。

三 電弧的特征
3.1 維持電弧穩(wěn)定燃燒的電弧電壓很低，在大氣中1cm的直流電弧弧柱的電壓只有10～50V。
3.2 在電弧中能通過很大電流，可從幾安～幾千安。
3.3 電弧具有很高的溫度，弧柱溫度是不均勻的，中心溫度最高，可達(dá)到6000-10000度，而遠(yuǎn)離中心則溫度降低。
3.4 電弧能發(fā)出很強(qiáng)的光。電弧的光輻射波長為（1.7～50）×10-7m。它包括紅外線，可見光和紫外線3個(gè)部分
 
四 電弧的分類
4.1按電流種類可分為：交流電弧、直流電弧和脈沖電弧。
4.2按電弧的狀態(tài)可分為：自由電弧和壓縮電?。ㄈ绲入x子?。?。
4.3按電極材料可分為：熔化極電弧和不熔化極電弧。
 
五 電弧的危害
5.1 電弧的存在延長了開關(guān)電器開斷故障電路時(shí)間，加重了電力系統(tǒng)短路的概率。
5.2 電弧產(chǎn)生的高溫，將觸頭表面熔化和蒸發(fā)，燒壞絕緣材料。對(duì)充油電氣設(shè)備還可能引起著火，爆炸等危險(xiǎn)。
5.3 由于電弧在電動(dòng)力、熱力的作用下能移動(dòng)。很容易造成飛弧短路和傷人，引起事故擴(kuò)大。
 
六 滅弧的原理
6.1 電弧溫度
電弧是由熱游離維持的，降低電弧的溫度就可以減弱熱游離，減少新的帶電離子產(chǎn)生。同時(shí)也減小了帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，加強(qiáng)了復(fù)合作用。通過快速拉長電弧，用氣體或油吹動(dòng)電弧，或使電弧與固體介質(zhì)表面接觸，都可以降低電弧溫度。
 
6.2 介質(zhì)的特性
電弧燃燒時(shí)所在的介質(zhì)的特性在很大程度上決定了電弧中去游離的強(qiáng)度。包括導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量、熱游離溫度、介電強(qiáng)度等。
 
6.3氣體介質(zhì)的壓力
氣體介質(zhì)的壓力對(duì)電弧去游離的影響很大。因?yàn)?，氣體的壓力越大，電弧中質(zhì)點(diǎn)的濃度就越大，質(zhì)點(diǎn)間的距離就越小，復(fù)合作用就越強(qiáng)，電弧就越容易熄滅。在高真空環(huán)境中，由于發(fā)生碰撞的幾率減小，抑制了碰撞游離，而擴(kuò)散作用卻很強(qiáng)。
 
6.4觸頭材料
觸頭材料也影響去游離的過程。觸頭采用高熔點(diǎn)，導(dǎo)熱好和熱容量大的耐高溫金屬時(shí)，減少了熱電子發(fā)射和電弧中金屬蒸汽，有利于電弧熄滅。
 
七 滅弧的方法
7.1 利用介質(zhì)滅弧
弧隙的去游離在很大程度上，取決于電弧周圍滅弧介質(zhì)的特性。六氟化硫氣體是很好的滅弧介質(zhì)，其電負(fù)性很強(qiáng)，能迅速吸附電子而形成穩(wěn)定的負(fù)離子，有利于復(fù)合去游離，其滅弧能力比空氣約強(qiáng)100倍；真空(壓強(qiáng)在0.013Pa以下)也是很好的滅弧介質(zhì)，因真空中的中性質(zhì)點(diǎn)很少，不易于發(fā)生碰撞游離，且真空有利于擴(kuò)散去游離，其滅弧能力比空氣約強(qiáng)15倍。
 
7.2 利用氣體或油吹動(dòng)電弧  
吹弧使弧隙帶電質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散和冷卻復(fù)合。在高壓斷路器中利用各種滅弧室結(jié)構(gòu)形式，使氣體或油產(chǎn)生巨大的壓力并有力地吹向弧隙。吹弧方式主要有縱吹與橫吹兩種?？v吹是吹動(dòng)方向與電弧平行，它促使電弧變細(xì)；橫吹是吹動(dòng)方向與電弧垂直，它把電弧拉長并切斷。
 
7.3采用特殊的金屬材料作滅弧觸頭  
采用熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭材料，可減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸氣，得到抑制游離的作用；同時(shí)采用的觸頭材料還要求有較高的抗電弧、抗熔焊能力。常用觸頭材料有銅鎢合金、銀鎢合金等。
 
7.4 電磁吹弧
電弧在電磁力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，叫電磁吹弧。由于電弧在周圍介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，它起著與氣吹的同樣效果，從而達(dá)到熄弧的目的。這種滅弧的方法在低壓開關(guān)電器中應(yīng)用得更為廣泛。
 
7.5 使電弧在固體介質(zhì)的狹縫中運(yùn)動(dòng)
此種滅弧的方式又叫狹縫滅弧。由于電弧在介質(zhì)的狹縫中運(yùn)動(dòng)，一方面受到冷卻，加強(qiáng)了去游離作用；另一方面電弧被拉長，弧徑被壓小，弧電阻增大，促使電弧熄滅。
 
7.6 將長弧分隔成短弧
當(dāng)電弧經(jīng)過與其垂直的一排金屬柵片時(shí)，長電弧被分割成若干段短??；而短電弧的電壓降主要降落在陰、陽極區(qū)內(nèi)，如果柵片的數(shù)目足夠多，使各段維持電弧燃燒所需的最低電壓降的總和大于外加電壓時(shí)，電弧就自行熄滅。另外，在交流電流過零后，由于近陰極效應(yīng)，每段弧隙介質(zhì)強(qiáng)度驟增到150～250V，采用多段弧隙串聯(lián)，可獲得較高的介質(zhì)強(qiáng)度，使電弧在過零熄滅后不再重燃。
 
7.7 采用多斷口滅弧  
高壓斷路器每相由兩個(gè)或多個(gè)斷口串聯(lián)，使得每一斷口承受的電壓降低，相當(dāng)于觸頭分?jǐn)嗨俣瘸杀兜靥岣撸闺娀⊙杆倮L，對(duì)滅弧有利。
 
7.8 提高斷路器觸頭的分離速度  
提高了拉長電弧的速度，有利于電弧冷卻復(fù)合和擴(kuò)散。