电弧发生的条件及其研究意义

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：在开关电弧研究中，研究电弧发生的条件是有重要意义的。从辉光放电过渡到热电子电弧的过程是随着电流的增加，及发生辉光放电转变到阴极电位降逐渐增高的非正常状态，在阴极上放出的能量也就增加。在阴极电位显著增高的非正常辉光放电中，阴极表面的个别部分在强电场影响下能够发射电子，其数量足以使阴极电位降区域中气体显著地游离，由此产生的电荷浓度较高的区域。

在开关电弧研究中，研究电弧发生的条件是有重要意义的。电弧的发生有以下5个主要途径：

1）电路开断时电弧的发生，在触头开始分离时，作用在它们之间的接触压力将减少，接触面积也缩小，因而接触电阻和触头中放出的热量就增加。热量集中在很小的体积中，金属被加热到高温而熔化。在触头之间形成液态金属桥。最后金属桥被拉开，在触头之间形成过渡的或稳定的电弧。如果这放电是稳定的，则就是所谓的开断电弧。放电稳定性与很多因素有关，如在开断前的电流、触头电路的特性、触头分离的速度等。为了使电弧点燃，某一最低电流值是必需的。

2）触头闭合时电弧的发生。当连接到电压源的两个触头闭合之前会发生电击穿。击穿电压的最低值对于银触头大约是15V，这时可以发生通常的电弧放电。触头上电压并不是立即稳定的，电弧建立的时间大约为10-8s，与发生击穿时的触头间距无关。

3）真空和气体间隙的击穿。电弧可以在真空的两电极间发生。这种电弧可以称为真空电弧。但电弧实际上并不是在绝对真空而是在金属蒸气中燃炽。

4）从辉光放电到电弧放电的转变。从辉光放电过渡到热电子电弧的过程是随着电流的增加，及发生辉光放电转变到阴极电位降逐渐增高的非正常状态，在阴极上放出的能量也就增加。如果这时阴极温度达到热电子发射开始起显著作用的数值，则放电的击穿电压开始下降。电流继续增加，阴极温度跟着升高及热电子流的作用就增大。因此，电压下降到电弧放电所具有的数值。

从辉光放电转变到冷阴极电弧的过程就远非如此清楚。在阴极电位显著增高的非正常辉光放电中，阴极表面的个别部分在强电场影响下能够发射电子，其数量足以使阴极电位降区域中气体显著地游离，由此产生的电荷浓度较高的区域。电子比正离子更快离开这个区域，因此形成空间电荷的增加，促使场电子发射继续增加，最后形成电弧放电。

5）从火花放电到电弧放电的转变。当两电极之间的间隙被击穿形成火花放电时，就在间隙形成导电通道，开始输入能量，电流逐渐上升。电流上升速度一般决定于外部电路的参数，但在两电极间的电容经常有某些储藏的能量被迅速输入到通道中。通道强烈地被加热和扩展，并且扩展的速度在初始阶段可以近似地看作为冲击波的传播。火花放电可以引起具有大的压力跃变的冲击波。

电弧发生的条件及其研究意义

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