揭秘气吹灭弧技术：从原理到金旸新材料的应用

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揭秘气吹灭弧技术：从原理到金旸新材料的应用

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https://m.xianjichina.com/special/detail_555052.html

在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程往往伴随着电弧的产生及熄灭。电弧是一种气体放电现象，对电器具有一定的危害。

在电力行业里，SF₆气体凭借其出色的灭弧和绝缘性能，被广泛运用在高压电力开关领域。但要注意的是，SF₆气体的全球变暖潜能（Global Warming Potential, GWP）相当惊人，大约是二氧化碳的 23500 倍，是目前所了解的温室效应气体中威力最强的。

电弧危害的具体体现

电弧是一种气体游离的放电现象，是电流通过某些绝缘介质（如空气）所产生的瞬间火花，其最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。

电弧由阴极区、弧柱和阳极区3部分组成，持续时间通常不到20ms，弧柱核心温度最高可达20000℃，能瞬间释放出巨大的辐射能。电弧如果不能及时熄灭，轻则使开断故障电路的时间延长，或者使塑料变形影响下一次开断，重则烧坏绝缘材料，更可能引发爆炸、造成火灾，危及人员及设备安全。

首先，它会使开断故障电路的时间明显延长。在一些对时间要求极为严格的电力系统中，这多出来的每一秒都可能导致更大范围的停电事故，给生产和生活带来极大的不便和损失。其次，电弧产生的高温可能会使塑料变形。这看似是个小问题，但却会影响到下一次的开断操作，降低设备的可靠性和稳定性。

更为严重的是，电弧的高温可能会烧坏绝缘材料。绝缘材料一旦受损，电路就更容易发生短路，进一步加剧故障的严重性。而且，在某些极端情况下，电弧甚至可能引发爆炸、造成火灾。这不仅会对电力设备造成毁灭性的破坏，还会危及到现场人员的生命安全。一旦发生爆炸和火灾，不仅会造成巨大的经济损失，还可能导致人员伤亡的悲剧。所以，对于电弧，我们必须高度重视，采取有效的措施确保其能够及时熄灭，以保障人员和设备的安全，维护电力系统的稳定运行。

常用的灭弧方法

拉长电弧： 电弧拉长以后，电弧电压将会增大，从而改变电弧的伏安特性。在直流电弧中，其静伏安特性上移，电弧可以熄灭；在交流电弧中，由于燃弧电压的提高，电弧重燃困难。电弧的拉长可以沿电弧的轴向（纵向）拉长，也可以沿垂直于电弧轴向（横向）拉长。

灭弧罩： 根据缝的宽度与电弧直径之比可分为窄缝与宽缝。缝的宽度小于电弧直径的称窄缝，大于电弧直径的称宽缝。根据缝的轴线与电弧轴线间的相对位置关系可分为纵缝与横缝。缝的轴线和电弧轴线相平行地称为纵缝，两者相垂直的则称为横缝。

油冷灭弧装置： 油冷灭弧是将电弧置于液体介质（一般为变压器油）中，电弧将油气化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。氢气具有很高的导热系数，这就使电弧的热量容易散发。另外，由于存在着温度差，所以气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却。若要再提高其灭弧效果，可在油箱中加设一定机构，使电弧定向发生运动，这就是油吹灭弧。由于油中的灭弧能力比大气中灭弧能力强得多，所以这种方法一般用于高压电器中，如油开关。

吹弧灭弧装置： 吹弧灭弧最为经济和主流，而气吹灭弧则是吹弧灭弧法中最常用的一种。气吹灭弧是利用气体纵向或横向吹动电弧，使电弧受到强烈的冷却和拉长，从而降低电弧中的电场强度，使电弧快速熄灭。气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的。压缩空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、提高电弧区的压力、很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。按照气流吹弧的方向，它可以分为横吹和纵吹两类。横吹灭弧装置的绝缘件结构复杂，电流小时横吹过强会引起很高的过电压，故已被淘汰。

真空灭弧装置： 真空灭弧是使触头电弧的产生和熄灭在真空中进行，它是依据零点熄弧原理，以真空为熄弧介质工作的。在真空中气体很稀薄，电子的自由行程远大于触头间的距离。当真空度为10-5mm汞柱时，电子的自由行程长达43m。自由电子在弧隙中作定向运动时几乎不会和气体分子或原子相碰撞，不会产生碰撞游离。所以将触头置于真空中断开时产生的电弧是由于阴极发射电子和产生的金属蒸气被电离而形成的。当电弧电流接近零时，阴极发射的电子和金属蒸气减少，弧隙中残留的金属蒸气和等离子体向周围真空迅速扩散。这样，弧隙可以在数微秒之内由导电状态恢复到真空间隙的绝缘水平。因此，在真空中触头有很高的介质恢复速度、绝缘能力和分断电流的能力。