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高壓真空開關電弧熄滅與重燃的原理與特點
日期：2025-12-09 01:26
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摘要： 游離是在外加電壓和電弧電流作用下，電子和離子不斷產(chǎn)生的過程，也就是電弧的產(chǎn)生和維持的過程。與此同時，在弧柱中還存在著電子和離子消失（減少）的過程，使電弧電流減少，以致使電弧熄滅，稱為去游離。在穩(wěn)定燃燒的電弧中，這兩個過程處于動態(tài)平衡。如果游離現(xiàn)象大于去游離現(xiàn)象，電弧將繼續(xù)熾熱燃燒；如果去游離大于游離，電弧越來越弱，后熄滅。因此使去游離大于游離就是電弧熄滅的基本原理。
游離是在外加電壓和電弧電流作用下，電子和離子不斷產(chǎn)生的過程，也就是電弧的產(chǎn)生和維持的過程。與此同時，在弧柱中還存在著電子和離子消失（減少）的過程，使電弧電流減少，以致使電弧熄滅，稱為去游離。在穩(wěn)定燃燒的電弧中，這兩個過程處于動態(tài)平衡。如果游離現(xiàn)象大于去游離現(xiàn)象，電弧將繼續(xù)熾熱燃燒；如果去游離大于游離，電弧越來越弱，后熄滅。因此使去游離大于游離就是電弧熄滅的基本原理。
一、去游離的方式主要是復合與擴散
（1）復合
弧隙中帶正電或帶負電的質(zhì)點，在運動中彼此結合形成中性質(zhì)點的過程，稱為復合。電子的運動速度約為離子運行速度的1000倍，因此，電子和離子的直接復合可能性很小。但是，電子在碰撞時先附著在中性質(zhì)點上形成負離子，然后與運動速度大致相等的正離子相互吸引、接觸而形成中性質(zhì)點（中性分子）。
復合過程的快慢，主要決定于離子運動的速度。使弧柱場強減小，降低電弧溫度，增大氣體壓力，升高氣體密度等，均可減小離子運動速度，增加離子間接觸機會，加強復合。
（2）擴散
擴散是弧柱中的自由電子及正離子由于熱運動從弧柱內(nèi)逸出進入周圍介質(zhì)的一種現(xiàn)象。電弧中的高溫自由電子和正離子由密集的空間向周圍密度小、溫度低的介質(zhì)擴散，并與介質(zhì)中帶異性電的質(zhì)點結合，形成中性分子。電弧與周圍介質(zhì)溫度差以及離子濃度差愈大，擴散作用愈強。
采用冷的、新鮮的、未游離的氣體吹動電弧，可使電弧在周圍介質(zhì)中移動，加強與新鮮介質(zhì)接觸，一方面帶走電弧的熱量，另一方面增大電弧與周圍介質(zhì)的溫差，加強擴散，有利于滅弧。
電弧熄滅與否，取決于游離與去游離兩個因素作用的結果。當弧柱中去游離大于游離時，電弧中離子減小，電弧電阻增加，電流減小，后電弧趨于熄滅。
二、交流電弧的熄滅
交流電流每半個周期經(jīng)過一次零值。此時，電源停止向弧隙輸入能量，而弧隙由于不斷散出熱量，溫度下降，熱游離作用迅速減弱，電弧暫時熄滅。但是由于弧隙的溫度很高，熱游離尚在繼續(xù)，在弧隙電壓的作用下，弧隙仍有電流通過，電源仍向弧隙輸入能量，使弧隙溫度升高，熱游離加強。
若輸入能量大于散出能量，即弧隙中游離過程大于去游離過程，電弧將重燃。這種由于熱游離而引起電弧的重燃稱熱擊穿。反之，如果電流過零后，輸入能量小于散出能量，弧隙溫度將繼續(xù)下降，熱游離基本停止，弧隙由導電狀態(tài)向介質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，電弧即熄滅。
電流過零時，電弧暫時熄滅，但弧隙介質(zhì)絕緣能力要恢復到正常情況需要一定時間，稱為介質(zhì)強度恢復過程。在此過程中，弧隙所承受而不致使弧隙擊穿重燃的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓uj（t）。與此同時，弧隙電壓由熄弧電壓，經(jīng)一定時間，逐漸恢復到電源電壓，這是弧隙電壓的恢復過程。
隨著電壓的升高，游離因素加強，可能引起間隙再擊穿，稱為電擊穿，電弧重燃。
交流電流過零后，電弧熄滅是否會重熄，取決于介質(zhì)強度恢復過程與弧隙電壓恢復過程相互作用的結果。只要電流過零后，弧隙的介質(zhì)擊穿電壓uj永遠大于弧隙恢復電壓uhf，弧隙不被擊穿，電弧即熄滅。否則，電弧將重燃，如圖所示。因此交流電弧的熄滅條件是：電流自然過零后，弧隙介質(zhì)強度恢復曲線高于電壓恢復曲線，uj（t）>uhf（t）。
一、去游離的方式主要是復合與擴散
（1）復合
弧隙中帶正電或帶負電的質(zhì)點，在運動中彼此結合形成中性質(zhì)點的過程，稱為復合。電子的運動速度約為離子運行速度的1000倍，因此，電子和離子的直接復合可能性很小。但是，電子在碰撞時先附著在中性質(zhì)點上形成負離子，然后與運動速度大致相等的正離子相互吸引、接觸而形成中性質(zhì)點（中性分子）。
復合過程的快慢，主要決定于離子運動的速度。使弧柱場強減小，降低電弧溫度，增大氣體壓力，升高氣體密度等，均可減小離子運動速度，增加離子間接觸機會，加強復合。
（2）擴散
擴散是弧柱中的自由電子及正離子由于熱運動從弧柱內(nèi)逸出進入周圍介質(zhì)的一種現(xiàn)象。電弧中的高溫自由電子和正離子由密集的空間向周圍密度小、溫度低的介質(zhì)擴散，并與介質(zhì)中帶異性電的質(zhì)點結合，形成中性分子。電弧與周圍介質(zhì)溫度差以及離子濃度差愈大，擴散作用愈強。
采用冷的、新鮮的、未游離的氣體吹動電弧，可使電弧在周圍介質(zhì)中移動，加強與新鮮介質(zhì)接觸，一方面帶走電弧的熱量，另一方面增大電弧與周圍介質(zhì)的溫差，加強擴散，有利于滅弧。
電弧熄滅與否，取決于游離與去游離兩個因素作用的結果。當弧柱中去游離大于游離時，電弧中離子減小，電弧電阻增加，電流減小，后電弧趨于熄滅。
二、交流電弧的熄滅
交流電流每半個周期經(jīng)過一次零值。此時，電源停止向弧隙輸入能量，而弧隙由于不斷散出熱量，溫度下降，熱游離作用迅速減弱，電弧暫時熄滅。但是由于弧隙的溫度很高，熱游離尚在繼續(xù)，在弧隙電壓的作用下，弧隙仍有電流通過，電源仍向弧隙輸入能量，使弧隙溫度升高，熱游離加強。
若輸入能量大于散出能量，即弧隙中游離過程大于去游離過程，電弧將重燃。這種由于熱游離而引起電弧的重燃稱熱擊穿。反之，如果電流過零后，輸入能量小于散出能量，弧隙溫度將繼續(xù)下降，熱游離基本停止，弧隙由導電狀態(tài)向介質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，電弧即熄滅。
電流過零時，電弧暫時熄滅，但弧隙介質(zhì)絕緣能力要恢復到正常情況需要一定時間，稱為介質(zhì)強度恢復過程。在此過程中，弧隙所承受而不致使弧隙擊穿重燃的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓uj（t）。與此同時，弧隙電壓由熄弧電壓，經(jīng)一定時間，逐漸恢復到電源電壓，這是弧隙電壓的恢復過程。
隨著電壓的升高，游離因素加強，可能引起間隙再擊穿，稱為電擊穿，電弧重燃。
交流電流過零后，電弧熄滅是否會重熄，取決于介質(zhì)強度恢復過程與弧隙電壓恢復過程相互作用的結果。只要電流過零后，弧隙的介質(zhì)擊穿電壓uj永遠大于弧隙恢復電壓uhf，弧隙不被擊穿，電弧即熄滅。否則，電弧將重燃，如圖所示。因此交流電弧的熄滅條件是：電流自然過零后，弧隙介質(zhì)強度恢復曲線高于電壓恢復曲線，uj（t）>uhf（t）。
