开关电器中的电弧

1.开关电器中电弧的形成
在开关断开之前，电路具有一定电压与电流，该电路断开时将在断开点产生电弧。
在开关触头刚刚分开时，由于动、静触头之间的距离很近，触头之间形成电场强度很高的电场，触头间隙中因碰撞游离使开关触头间隙内带电质点(指正离子、负离子和自由电子)的数量足够多，间隙中的正离子、负离子和自由电子在触头外加电场作用下，分别向阴极或阳极运动，使触头间隙介质击穿而形成电弧，电弧为离子导电。
电弧的主要特点是：电弧温度高；电弧弧柱区电场强度低；电弧电流密度大。
2.电弧熄灭的条件
根据电弧是离子导电的基本概念，分析开关中电弧熄灭的条件时，应考虑弧柱区域内介质的游离与去游离速度以及外电路加至触头间电压大小两方面影响：①当弧柱区的去游离速度远大于游离速度时，弧柱区内带电质点数目锐减，随着弧柱区内带电质点数量的减少，不能保证单位时间内有足够数量的带电质点运动到两极，维持一定的弧电流，将会使触头间电弧熄灭；②当外电路加至触头间的电压过低时，因带电质点运动速度减慢，不能保证单位时间内弧柱区内有足够数量带电质点运动到触头的两极，维持一定的弧电流时，触头间的电弧同样会熄灭。应该强调的是，上述两个条件不满足其中的任何一个条件，电弧均会熄灭。
交流电弧的熄灭。交流电弧熄灭是个复杂的物理过程，为分析交流电弧电流通过零值之后是否重燃，可将其灭弧条件用弧隙介质的击穿电压(Uds)和弧隙的恢复电压(Urec)两者之间的关系来表示。当电弧电流经过零值暂时熄灭之后，若弧隙的恢复电压(Urec)始终小于弧隙击穿电压(Uds)，弧隙则不会再击穿，电弧将最终彻底熄灭，即熄灭交流电弧的条件是弧隙介质的击穿电压(Uds)大于弧隙的恢复电压(Urec)。
3.加速交流电弧熄灭的基本方法
(1)利用气体吹动灭弧。采用冷却而未游离的低温气体吹动电弧时，吹动的气流带走大量带电质点和热量，形成强迫扩散和降温，使弧柱区带电质点大量减少；横向吹动电弧的另一个作用是拉长电弧，增大电弧周长与截面之比，同样加强复合与扩散。显然，利用气体吹动灭弧是使弧柱区的去游离速度远大于游离速度，即提高弧隙击穿电压的方法加速电弧熄灭。
(2)采用多断口灭弧。在高压断路器中，将一相触头的断点制造成两个或多个串联的断口(一般不超过6个)，当断路器断开时，多断点同时断开。当一相断路器触头选用n个断点时，在断路过程中形成n个电弧相串联的发弧方式。显然，采用多断口灭弧是利用降低每个断口的恢复电压的方法加速电弧熄灭的。
(3)电弧与固体介质接触灭弧。当电弧与石英砂、瓷或石棉水泥等耐高温的固体介质接触时，固体介质表面的带电质点使电弧的复合速度大大加快，并能加速电弧降温，其实质是采用使弧柱区的去游离速度远大于游离速度，即提高弧隙击穿电压的方法加速电弧熄灭。
(4)将电弧分为多个串联的短电弧灭弧。电弧分为多个串联短电弧，加速电弧熄灭的方法又称之为金属灭弧栅灭弧，是低压电器通常采用的灭弧方法。利用金属灭弧栅加速熄弧，是当原有的一个电弧被多个金属栅片分为多个串联的短电弧后，弧电流再次经过零值时所有短电弧几乎同时熄灭。低压外电路电源的线电压一般只有380V。电弧暂时熄灭之后，外电路再加到每个短电弧的恢复电压远小于近阴极效应所要求的150～250V击穿电压，这时因弧隙介质的击穿电压大于弧隙的恢复电压而熄灭。因此，在多个串联短弧形成之后，当弧电流再一次经过零值时，利用降低每个断口恢复电压的方法使电弧彻底熄灭。