电弧温度与热惯性特性

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：实质上，电弧的温度主要取决于弧柱区中各种粒子的温度，包括电子、离子以及气体分子等粒子的温度。图3-3电流200 A时碳电极电弧的温度分布值得注意的是，电弧具有一定的热惯性，这是因为构成电弧的气体具有一定的热容量，其温度的升高或降低，必须供给或从中散发出一定的热量，而热量的供给或散发均需要一定的时间。因此，电弧温度的升高和降低要滞后于电弧电流的增大与减小，电弧的这种热惯性对电弧的熄灭过程有着极其重要的影响。

事实上，电弧温度是关系到电弧能否保持燃烧或趋于熄灭的重要参数，对开关电器而言，大气中燃烧的电弧的温度通常在6 000～20 000 K范围内，而电弧趋于熄灭时的温度为3 000～4 000 K。在如此高的温度作用下，工程上常用的触头（或电极）材料都将被气化。

电弧温度的高低主要取决于电弧中电能的消耗（转换为热能）过程以及电弧的散热过程，因此，影响电弧温度的主要因素包括电弧电流触头材料、尺寸、形状、布置方式以及周围介质对电弧的影响等。严格地讲，电弧温度是一个分布参数，图3-3为碳电极间燃烧的、电弧电流为200 A时电弧的温度分布。由此可见，电弧最高温度区位于邻近阴极的弧柱区，显然这里应是电能转化为热能最强烈区域。由于受到触头（或电极）材料沸点的限制，近阴板区和近阳极区的温度均低于弧柱区的温度。

实质上，电弧的温度主要取决于弧柱区中各种粒子的温度，包括电子、离子以及气体分子等粒子的温度。在气体放电的形成阶段，电子、离子和气体分子的温度不尽相同，其中电子的温度最高，因为电子是气体放电过程的最重要的带电粒子，电子极易从电场中获得足够的能量，在与气体分子相碰撞的过程中，气体分子运动加速温度升高。虽然离子也会在电场中被加速，但由于其体积和质量较大，其在电弧温度的升高方面所起的作用不大。如果气体间隙达到电弧放电阶段，则弧柱中各种粒子的温度几乎相等。

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图3-3　电流200 A时碳电极电弧的温度分布

值得注意的是，电弧具有一定的热惯性，这是因为构成电弧的气体具有一定的热容量，其温度的升高或降低，必须供给或从中散发出一定的热量，而热量的供给或散发均需要一定的时间。因此，电弧温度的升高和降低要滞后于电弧电流的增大与减小，电弧的这种热惯性对电弧（特别是交流电弧）的熄灭过程有着极其重要的影响。

电弧温度的测量是比较困难的，一般用光学等间接方法来实现，理论上也可以通过数值仿真技术来测量。

电弧温度与热惯性特性

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