开中

电力开关中电弧的产生机理

本文分析了电弧产生的机理，提出了灭弧的措施，以供相关的工作人员参考

及借鉴。

标签：电力开关;电弧;产生机理

1电力开关中电弧产生的机理

1.1开关触头瞬间释放自由电子

通常人们能迅速操作设备开关，为此，电弧发生概率小，而部分人对机器开

关进行操作时，因为一些原因使得速度变慢，就会导致电弧的发生。由于人们操

作的开关，触头开始分离过程中触头与触头之间的距离并不大，且触头与触头在

电压影响之下而形成1个电场，同时具有非常强的强度，为此，产生大量自由电

子，促使电弧的形成。从相关实验结果来看，当触头与触头电厂强度达到一定规

模时，使得开关失灵，极大损害人们健康安全。此外，如果开关触头发生分离，

它的电阻在接触面积影响之下，形成非常多的热量，继而使得局部温度在短时间

内上升。此时电子因为高温因素的影响而变得越来越快，最终导致许多电子出现

在触头与触头之间。

1.2游离电子碰撞而引起电弧

如果电子被释放出，它会在触头与触头之间进行徘徊，同时遭受非常高强度

电厂的影响，促使运行速度变快，为此，上述自由电子运转时，往往会碰撞中性

气体属性的空气质点，产生摩擦作用。且正离子和自由电子接触质点时，随着时

间的增长，速度不断增大，最终导致质点数目不断增多，对触点实施包围，最终

把电子气体转变为具有较多能量的电弧，继而酿成事故。

2电力开关中灭弧的措施

2.1运用结构改变熄弧

运用隔板，分隔开关设备，形成许多空间，以达到减少電弧发生情况。各种

形式的栅片较大程度上影响到电场分布，其最大电场强度存在非常大的不同。栅

片长度一样，同时进行平行摆放，在动触头与栅片具有最为密集的等位线，在该

区域内，电场强度达到最大值，同时该结果下的电场分布十分不均衡。把栅片变

成各种长度，可让等位线具有非常好的密集程度，让电场分布均匀化。上述两类

结构并无明显不同的最大电场强度值，位置有所改变，在动触头与十分靠近的栅

片中间电场强度达到最大数值。如果栅片被竖直摆放，最大场强点被移至触头与

触头中间，因为竖直摆放栅片，触头灭弧范围内电场均匀化分布，受恢复电压电

场的影响，电弧具有最低的重燃率数值，能够在最短的时问内燃弧。自能式灭弧，

即充分运用电弧能量，让灭弧室构建一定的压力，满足气吹熄弧需要，所以无需

操作机构给予过大的压缩功，使断路器获得非常突出的机械可靠性。为让断路器

开断大小电流获得较高的性能和非常高的断口电压，人们给予的灭弧方式融合了

热膨胀和磁旋弧，它的工作原理为，当电流处于开断状态时，膨胀室中的电弧燃

烧，一些电弧能量对四周气体进行加热，促使膨胀室中气压变得越来越大，如果

动触头运动至喷口打开时，气流流出，至膨胀室外部，将非常强大的气吹施加给

电弧，同时在电流过零过程中熄灭电弧。这种自能式断路器在熄弧上无需太大操

作功率，综合体积不大，备受研发者的关注。

2.2运用灭弧介质灭弧

灭弧介质灭弧也被称之为吹弧，将油或气体用作灭弧介质，在灭弧室环境中，

对已形成的电弧实施吹动处理，采用弧区之外比较新鲜且温度十分低的介质，达

到吹灭电弧的效果，会发挥必要的熄灭电弧的功能。首先，使用此种方法，可吹

散电弧中许多正负离子，把其吹至开关触头间隙外部，且于触头与触头中生成具

有较高绝缘性能的新鲜介质;其次，它可以短时间降低触头与触头之间的温度，

避免触头与触头之间不断进行热游离，显著增强了触头与触头的介质强度，使吹

散的离子有效接触冷介质，促使复合流程的推进。

开关电源中预防电弧的手段有：

2.2.1进行防潮处理

电子元件外部处于潮湿环境中，会沾上一层水膜，如果水膜厚度接近某一数

值时，将形成电解质膜，这种物质是化学腐蚀所需要的，该电解质中存有盐分，

严重腐蚀金属外部，所以需进行防潮，搞好防盐雾工作。

2.2.2进行密封处理

处于大气环境中的元件，禁止使用凹陷结构，避免积水而造成腐蚀。湿热环

境的存在，为霉菌的生存及繁殖提供了良好的条件，霉菌将有机物作为养料，把

水分吸附进来，形成有机酸，继而会对绝缘层构成腐蚀，导致电路发生短路情况。

所以，不得使用易霉制品，如麻、棉等一些物品。如果所处地区比较潮湿，一定

要予以三防设计。

2.2.3真空灭弧

相比普通油介质与一般气体，真空具有非常强的绝缘强度，如果真空度趋于

102～10-4Pa时，它的击穿电场强度在100kV/mm以上，尽管真空电弧的构成包

括三个部分，如等离子区、阳极区与阴极区。而其通过触头电极自身蒸发的金属

蒸气予以保持，相比四周密度与温度，真空电弧柱的带电质点非常高，会生成突

出的对流，使得炽热带电质点在较短时间内扩散至四周，达到维持电弧的效果。

2.2.4SF6灭弧

SF6是一种卤素化合物气体，没有颜色，不能燃烧，具备非常强大的灭弧功

能。通过其实施灭弧，相比空气分解温度，SF6具有较低的分解温度，不但依赖

气流压力梯度产生的等熵冷却作用，更重要的是借助了SF6气体自身独特的热

化学性。相比空气分解，需要更高的分解能量，所以，其在分解过程中吸收到了

非常多的能量，对弧柱施加比较强大的冷却作用，SF6与其分解而形成的卤族原

子与分子强有力地吸附到电弧内的电子，产生负离子，相比电子的质量，负离子

要大出许多，受电场作用影响，相比电子移动速度，负离子比较小，所以，在电

场运动过程中极易和正离子复合，生成中性分子。

2.3尽可能运用多断口开关

在选取电压高或电流大的开关时，最好使各项具有许多开断口，当发生电弧，

多断口的存在增加了电弧总的长度，会使触点与触点的电导率变低。且存在的多

个断口，缩短了各断口的行程，可有效分离出开关触头，也可在非常短的时间内

进行闭合，降低电弧发生概率，即便是发生电弧，也可以在非常短的时间内熄灭。

2.4运用近阴极效应

低压开关当中普遍使用灭弧栅装置，由铁磁材质制成的金属片，短弧栅格触

头与触头发生电弧后，在电弧电流形成的磁场内，铁磁材质的栅片形成电磁力，

将电弧弧柱引入栅片内，把长弧化割为成串的短弧L3。设立觎个数目的栅片，

那么灭弧栅整体起始介质强度是150V-250V，添加到触头与触头之间的电压数值

比上述数值要小，也就是可有效地灭弧。栅片被制成缺口状，以预防电弧弧柱进

入栅片产生过大的阻力，迅速燃弧。

2.5运用固体介质的狭缝熄弧

该方法一般能够应用在低压开关，于狭缝当中，可利用绝缘性能非常突出的

灭弧罩来达到灭弧作用，该灭弧罩的构成为石棉或水泥。在开关触头与触头生成

电弧，磁吹装置便会发生作用，形成磁场，电弧在磁场影响之下，被置人灭弧罩

当中，灭弧罩中的狭缝是非常小的，可以达到拉长电弧的效果，迫使作用下，电

弧接触灭弧片，冷却电弧，导致电弧被熄灭。

3结束语

为了安全，必须对设备的开关保持高度认知，了解电弧危害，规避危险的发

生。

参考文献

[1]王超.电力开关中电弧的产生机理[J].民营科技，2017（10）：2.

[2]唐玉龙.电力开关中电弧的产生机理[J].云南电力技术，2019（S01）：67-69.