开关设备在高压电器中占有重要地位,在开关电器的分/合闸操作过程中,有可能存在一个触头之间产生电弧、电弧持续和熄灭的过程,对开关能否完成所进行的操作有重要影响,因此有必要对电弧的产生和熄灭机理进行研究。
1.电弧现象
开关电器一般由导体(用于提供电能从开关外部到开关触头之间的通路)、触头(对电能通路进行分开和闭合,分动触头和静触头)和绝缘介质组成。
当开关电器断开电路的瞬间,只要电路中有不小于80-100ma的电流,开关触头间电压大于10-20v时,断口间将产生强烈的白光,即产生电弧。
从现象上看,电弧是一束明亮的光柱。
从本质上讲,电弧是一种游离态气体的自持放电现象,是自由电子、带电离子定向移动的通道。
放电:带电体周围介质从绝缘状态变为导通状态,从而使电能通过的现象,称为放电。
2.电弧的特点
1.起弧电压,电流数值很低。
2.电弧能量集中,温度很高。
10kv少油断路器断开20ka的电流,电弧功率高达10000kw以上,电弧表面温度高达4000-5000摄氏度,弧柱中心温度高达10000摄氏度。
3.电弧是质量很轻的游离态气体,在外地作用下,很容易弯曲、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。电极上电弧的孳生点(温度最高、最明亮的斑点)称为阴极斑点或阳极斑点。
由于电弧温度很高,在电弧持续燃烧的过程中将烧毁开关设备的触头和附近的绝缘;使油开关内部压力(变压器油在电弧高温下产生高压油气)不断增加,可导致油开关爆炸。