简述电气设备中电弧的产生及灭弧的方法

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精选答案

电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程.开关触头分离时,触头间距离很小,电场强度E很高(E = U/d).当电场强度超过3×10---6---V/m时,阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子.这种游离方式称为：强电场发射.从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子,在电场力的作用下向阳极作加速运动,途中不断地和中性质点相碰撞.只要电子的运动速度v足够高,电子的动能A=mv^2足够大,就可能从中性质子中打出电子,形成自由电子和正离子.这种现象称为碰撞游离.新形成的自由电子也向阳极作加速运动,同样地会与中性质点碰撞而发生游离.碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子,具有很大的电导；在外加电压下,介质被击穿而产生电弧,电路再次被导通.触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙.电弧形成后,弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射,形成热电场发射.同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000℃以上),气体中性质点的不规则热运动速度增加.当具有足够动能的中性质点相互碰撞时,将被游离而形成电子和正离子,这种现象称为热游离.随着触头分开的距离增大,触头间的电场强度E逐渐减小,这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的.在开关电器的触头间,发生游离过程的同时,还发生着使带电质点减少的去游离过程.灭弧的主要措施：(1)增大近极电压降.主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧.若利用金属片将长弧切成若干短弧,则电弧上的电压降将近似增大若干倍,电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭.(2)增大弧柱电压的顺轴梯度.主要方法是加强对电弧的冷却.具体方法有：迅速拉长电弧；让电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧；利用外力吹动电弧；将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧.上述具体方法除能达到增大电弧冷却面积,加强热交换,加速电弧的冷却,实现增大弧柱电压的顺轴梯度的目的外,还因电弧冷却了能使触头温度下降,从而又可达到增大近极电压降的目的.(3)增大电弧长度.主要方法是增大触头的开距；利用外力吹动(拉长)电弧.(4)改善灭弧介质,增大弧隙间的电绝缘强度。