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    電弧產生的原因及危害

    作者:電工吧 日期:2020-07-06 19:45:57 人氣: 欄目:電氣知識

      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?;≈鶇^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。

      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。

    電弧產生的原因及危害

      電弧的危害

      它不僅對觸頭有很大的破壞作用,而且使斷開電路的時間延長。在低壓設備,開關設備中,故障電弧會在10ms內將溫度升高到13000k,同時在約15ms內將壓力上升到約2×105pa~3×105pa。設備內的零部件如門在這樣的高壓力作用下會脫離它們的固定機構并被掀開。高溫還在設備內產生熔化和蒸發過程。結果產生毒氣,毒氣又在壓力作用下向外排出。這樣對附近的工作人員就有生命的危險。工作人員吸入毒氣造成死亡的例子不少。更多的情況是燒傷皮膚和使人目眩。

      除了人身傷害外,還有設備的損壞,如建筑內的設備,開關設備和二次部分部分或全部地被破壞。即使破壞過程結束了,用戶還要承受長時停產及高昂的事故費用。

      電弧的消除

      1.速拉滅弧

      快速拉大觸頭間距離,當觸頭間所加電壓不足以擊穿其間距時,電弧就不會重新點燃。觸頭的分離速度越快,電弧熄滅就越快,通常在高壓斷路器中裝設強力的跳脫彈簧來加快觸頭分開的速度。

      2.吹弧滅弧法

      利用外力(如氣流、油流或電磁力)來吹動電弧,使電弧加速冷卻,同時拉長電弧,降低電弧中的電場強度,加速電弧的熄滅,按吹弧的方向來分,有橫吹和縱吹兩種。

      3.冷卻滅弧法

      降低電弧的溫度,使正負離子的復合增強,有助于電弧迅速熄滅,這是一種基本的滅弧方法。

      4.短弧滅弧法

      利用金屬片將長弧切成若干短弧,則電弧上的壓降將近似地增大若干倍。當外施電壓小于電弧上的壓降時,則電弧就不能維持而迅速熄滅。通常采用鋼滅弧柵,讓電弧進入鋼片,一是利用了電動力吹弧,二是利用了鐵磁吸弧,同時鋼片對電弧還有冷卻作用。

      5.狹縫滅弧法

      電弧在固體介質所形成的窄溝內燃燒,將電弧冷卻,同時電弧在狹縫窄溝中燃燒,壓力增大,有利于電弧的熄滅。有的熔絲在熔管內充填石英砂,就是利用這種狹溝滅弧原理,還有一種用耐弧的絕緣材料(陶瓷類)制成滅弧柵,也是利用了這種滅弧原理。

      6.真空滅弧法

      真空具有較高的絕緣強度,如果將開關觸頭裝置置于真空容器,則在電流過零時,即能熄滅電弧。為防止產生過電壓,應當不使觸頭分開時,電流突變為零。一般應在觸頭間產生少量金屬蒸汽,形成電弧通道。當交流電流自然下降過零前后,這些等離子態的金屬蒸汽便在真空中迅速飛散而熄滅電弧。

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