电弧的产生机理与应用
电弧的产生机理与应用
电弧是一种气体放电现象，可以在绝缘情况下产生高强度瞬时电流。它具有起弧电压低、电流数值低、能量集中、温度高等特点，在电力开关装置和保险丝等设备中有重要应用。
1、起弧机理
电弧的本质是一种气体放电现象，可以理解为绝缘情况下产生的高强度瞬时电流。在电场的作用下，气体发生电离而持续形成等离子体，使得电流通过了通常状态下的绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花现象。
电弧放电可分为3个区域：阴极区、弧柱和阳极区。在气体发生电离后，阴极表面发射出的电子高速向阳极运动，弧柱依靠其中性粒子热运动相互碰撞而产生自由电子及带电的正离子，从而形成通路。由此可见，产生电弧的必要条件主要有：电压、间距与介质。
在整个电子、离子频繁运动和撞击的过程中，其温度不断上升。这个过程往往是高强度且瞬间的，因此电弧的温度极高，表面达3000~4000℃，弧心可达10000℃。
2、电弧特点
（1）起弧电压低、电流数值低
（2）电弧能量集中，温度很高
（3）电弧是一束质量很轻的游离态气体，在外力作用下，很易弯曲、变形
（4）电弧有良好的导电性能、具有很高的电导
（5）电弧有阴极区（包括阴极斑点）、弧柱区（包括弧柱、弧焰）、阳极区（包括阳极斑点）三部分组成
（6）直流电弧要比交流电弧难以熄灭，交流电有零点
3、电弧放电特点
电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。电弧的重要特点是电流增大时，极间电压下降，弧柱电位梯度也低，每厘米长电弧电压降通常不过几百伏，有时在1伏以下。弧柱的电流密度很高，每平方厘米可达几千安，极斑上的电流密度更高。
电弧放电通道形状显圆锥形，阳极与阴极斑点大小不同，阳极斑点小，而阴极斑点大。
4、实际意义
1）电力开关装置
电力系统中的电磁暂态现象主要是由各种开关装置（如ZW32-12型户外柱上高压真空断路器）在操作过程中的电弧放电现象所引起，随着输电电压等级的提高，开关电弧放电所引起的电磁暂态问题更加突出。
开关分断电路时会出现电弧放电。由于电弧弧柱的电位梯度小，如大气中几百安以上电弧电位梯度只有15V/厘米左右。在大气中高压开关分断100kV/5A电路时，电弧长度超过7米。电流若再大，电弧长度可达30米。
因此要求高压开关能够迅速地在很小的封闭容器内使电弧熄灭，为此，专门设计出各种各样的灭弧室。
灭弧室的基本类型有：
①采用六氟化硫、真空和油等介质
②采用气吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量
③迅速拉长电弧等
2）保险丝
保险丝在工作时会经历金属熔融→液态金属桥→金属桥断裂(爆炸)-(电流瞬时截断)→产生过电压-(击穿介质)→电弧→电弧熄灭→完全分断的过程。