开关电器中电弧的产生及其防护措施

当开关电器切断电路时，如果触头间的电压大于10～20V，电流大于80～100mA，在断开的触头间就会出现电弧。此时，触头虽已分开，但是电流以电弧的形式维持，电路仍处于接通状态。只有在电弧熄灭后，电路才真正被切断。电弧是开关电器在断开过程中不可避免的现象。

触头刚开始分离时，由于触头间的间隙很小，其间电场强度很高，在触头间会形成电弧。可把触头分成阴极和阳极。正电流一侧为阳极，负电流一侧为阴极。在触头间会发生碰撞游离。由于游离作用，会在触头间形成电弧。

1.热电子发射

高温的阴极表面能够向四周空间发射电子。当开关触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增大，接触处将发热，使阴极表面温度升高而发射出电子。阴极表面发射电子的多少与阴极的材料及其表面的温度高低有关。

2.强电场发射电子

如果阴极表面处的电场强度很高，那么金属内部的电子就会在电场力的作用下被拉出来，即所谓强电场发射。金属表面发射电子的数量决定于阴极表面电场强度的高低。当电场强度超过105～106V/cm时，即使金属表面温度不高，其电子的发射量也会显著增加。

3.碰撞游离(www.xing528.com)

当阴极表面的自由电子，在强电场力的作用下向阳极作加速运动，在运动的路径上与气体的中性质点相碰撞，若碰撞前自由电子已经经历过具有一定电位的自由行程（不与其他质点碰撞的加速行程），获得足够大的动能，则碰撞后将使中性质点游离成电子和正离子。这种由于碰撞而产生的游离称为碰撞游离。形成的和原有的自由电子一起继续向阳极作加速运动。再次和其他中性质点相碰撞时发生碰撞游离，如图2-2所示。

图2-2　碰撞游离

4.热游离

由于碰撞游离的作用，触头的弧隙间将产生电弧，电弧产生以后，弧隙的温度很高，电弧中心部分温度可达10000℃以上。在高温作用下，气体中性质点的不规则热运动速度增加，具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离成电子和正离子，这种现象称为热游离。

一般气体开始发生游离的温度约为9000～10000℃；金属蒸气的游离能较小，其热游离温度约为4000～5000℃。虽然开关电器的电弧中存在有金属蒸气，但弧心温度仍会大于4000～5000℃，所以热游离的强度足以维持电弧持续燃烧。

因此，电弧产生的物理过程可概括为：阴极在电场作用下发射电子，电子在电压作用下产生碰撞游离，形成电弧，在高温下阴极发生热发射，并在介质中发生热游离，使电弧得以维持和发展，此即是电弧产生的物理过程。