電弧的產生

　　當斷路器開斷電路時，只要電路中電壓大于10）2OV。電流大于80）100mA。動、靜觸頭間就會出現電弧。此時觸頭雖已分開，但是電流通過觸頭間的電弧繼續流通，一直到觸頭分開到足夠的距離，電弧熄滅后，電路才開斷，因此，電弧是高壓斷路器開斷過程中產生的現象。

　　開關觸頭分離時，觸頭間距離很小，電場強度E很高（E=U/d）。當電場強度超過一定數值時？陰極表面的電子就會被電場力拉出而形成觸頭空間的自由電子。

　　從陰極表面發射出來的自由電子和觸頭間原有的少數電子，在電場力的作用下向陽極作加速運動，途中不斷地和中性質點相碰撞。只要電子的運動速度v足夠高，電子的動能A=2mv足夠大？就可能從中性質子中打出電子，形成自由電子和正離子。這種現象稱為碰撞游離。新形成的自由電子也向陽極作加速運動，同樣地會與中性質點碰撞而發生游離。碰撞游離連續進行的結果是觸頭間充滿了電子和正離子，具有很大的電導（在外加電壓下，介質被擊穿而產生電弧，電路再次被導通。

　　當高壓斷路器開斷高壓有載電路時之所以產生電弧，原因在于觸頭本身及其周圍的介質中含有大量可被游離的電子。當分斷的觸頭間存在足夠大的外施電壓條件下，電路電流也達到最小生弧電流時？會因強烈的游離而產生電弧。電弧的形成是觸頭間中性質子（分子和原子）被游離的過程。

　　這種有強烈的聲、光和熱效尖的弧光放電，就是電弧的形成過程。所以，電弧實質上就是一種能導電的電子、離子流，其中還包括燃燒著的銅分子流。

　　電弧的主要特性

　　1.電孤是種能量集中、溫度高、亮度大的氣體放電現象。如前所述10kV少油斷路器開斷20KA時電弧功率高達一萬千瓦已上。這樣大的能量在很短的時間內幾乎全部變成熱能，造成電弧及其附近區域強烈物理、化學變化。

　　2.電弧由三部分組成陰極區、陽級區和弧柱區。在電弧的陰極和陽極區溫度常超過金屬氣化點，弧柱是在陽極、陰極之間明亮的光柱，弧柱中心溫度可高達七干度，弧柱的直徑很小，一般只有幾毫米到幾個厘米。在弧柱周圍溫度較低？亮度明顯減弱的部分稱為孤焰，電流幾乎都在弧柱內流通。

　　3.電弧是一種自持放電現象。只要很低的電壓就能維持電弧穩定燃燒而不熄滅。如大氣中一厘米的直流電狐的維持電壓只有15--30V，在變壓器油中也不過100--2OOV。

　　4.電弧是一束游離的氣體，質量極輕，容易變形。在外力作用下。如氣體、液體的流動作用，以及在電動力的作用下，電弧能迅速移動、伸長及卷曲，對敞露在大氣中的電弧尤其明顯。

　　5.電弧是高溫高導電率的游離氣體。觸頭間電弧燃燒的間隙稱為弧隙。電弧形成后，弧隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足

　　電弧中心部分維持的溫度可夠的能量而向外發射，形成熱電場發射。同時在高溫的作用下（達10000以上）氣體中性質點的不規則熱運動速度增加。當具有足夠動能的中性質點相互碰撞時，將被游離而形成電子和正離子，這種現象稱為熱游離。隨著觸頭分開的距離增大，觸頭間的電場強度E逐漸減小，這時電弧的燃燒主要是依靠熱游離維持的。

　　在開關電器的觸頭間，發生游離過程的同時，還發生著使帶電質點減少的去游離過程。工業配電系統主要是交流系統，所以電弧也主要是交流電弧，其性質是半個周期要經過零值一次，而電流過零時，電弧要暫時熄滅。因此？大多數交流開關電器的滅弧方法中，都利用了交流電流過零時電弧暫時熄滅這一特性。

　　電弧的組成

　　1、弧柱區

　　弧柱區呈電中性它是由分子、原子、受激的原子、正離子、負離子及電子所組成其中帶正電荷的離子與帶負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的99.9%？其余為正離子。

　　因為陰極區和陽極區的長度極短？所以可以認為弧柱區長度為電弧長度。弧柱區的電場強度較低通常只有5）10V/cm。

　　2、陰極區

　　陰極被認為是電子之源。它向弧柱提供99.9%的帶電粒子~電子。陰極發射電子的能力，對電弧穩定性影響極大。陰極區的長度為10-5）10-6cm，如果陰極壓降為10V，則陰極區的電場強度為106）107V/cm。

　　3、陽極區

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