【收藏向】发电厂电气部分（三｜1）灭弧原理与开关电器期末知识点总结
参考文献：《发电厂电气部分》（苗世洪版）
本篇作者：小闪
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3.1电弧的形成和熄灭
在开始表述之前呢，我先得提醒一下大家，这一章节很多内容都是背诵内容，而非计算内容，所以我这里会做一点调整，我们的文章中尽可能每一句黑标语句都是要背诵的，需要分析时再进行分析。这样方便大家利用这篇文本。
3.1.1电弧的形成和弧隙中介质的游离过程
开关电器的主要任务是切断有电流通过的电路。只要电源电压大于 10~20V，电流大于80~100mA，在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。由于电弧不容易自行熄灭，因此，一般用以切断电流的开关电器(高压断路器、低压开关电器和熔断器等)中，均有专门用来熄灭电弧的灭弧装置。研究开关电器的结构原理、性能特征和工作状况，必须先研究在切断电流的过程中，电弧形成和熄灭的物理过程。这里可以说是交代了一个基本原因，我们为什么要研究它(WHY?)，以及研究什么(WHAT?)。
何时出现电弧
电弧的产生和维持是触头绝缘介质的中性质点 (分子和原子) 被游离的结果，游离就是中性质点转化为带电质点。电弧的形成过程就是气态介质或固态、液态介质高温气化后向等离子体态的转化过程(这种状态我们是可以看到的，等离子体的研究也是目前一个热门研究方向，在开关电器这里尤其显著)。因而，电弧是一束游离的气体放电现象。电弧的形成与维持通常经过电子发射、碰撞游离和热游离三个阶段过程。
那么我们此时可以分条来进行论述：
i.电子发射
在触头分离的最初瞬间，触头电极的阴极区发射电子对电弧过程起决定性作用。阴极表面发射电子有两种方式。一种是热电子发射，指触头分离瞬间，接触电阻突然加大而产生的高温及电弧燃烧，使阴极表面出现强烈的炽热点，将使阴极的金属材料内的大量电子不断逸出金属表面。另一种是强电场电子发射(也有教师直接简称强场发射，这个词语也要知道它对应什么)，指触头刚分开时，触头间距离很小，产生很强的电场强度 (3X106V/m以上)，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种强电场电子发射是在弧隙间最初产生电子的主要原因。（这句话很关键，可以作为一个基础认识来考察）
ii.碰撞游离
电弧的形成主要是碰撞游离所致(看一下它这里的表述，很重要)。阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场能的作用下，向阳极方向运动，不断地与其他粒子 (如气体原子、分子) 发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离，这种游离过程称作碰撞游离。
对于每种气体介质，都有一定值的游离电位。这是指它被电子撞击而游离时，电子所必须具备的最小速度，而这一速度对应游离电位。
游离电位
碰撞游离也可以分级进行，动能不足的电子一次击中气体中性质点后，虽不足以使它游离，但也已开始使它处于激发状态，之后这些质点若继续被后继电子击中，可以获得游离所必需的能量。碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，从而介质被击穿电流急剧增大，出现光和热的效应而形成电弧。（这里作为了解即可，但是还是放在这里）
iii.热游离
电弧形成之后，维持电弧燃烧所需的游离过程是热游离（“维持”这个词语很关键，一定要注意）。由于在电弧燃烧的过程中，碰撞游离已不可能在弧隙中维持必要的离子和电子浓度。因为在弧光放电时，弧柱中的电导很大，电位梯度很小，通常只有 10~20V/cm，电子的自由行程又只有 10-3~10-4cm (这里面的-3和-4是指数，这里是为了方面拼写，千万不要搞混，自由行程即质点间距离与介质的温度成正比，与其压力成反比)，所以电子不能获得所必需的游离位能，于是碰撞游离已不可能。然而电弧产生之后，弧隙的温度很高，具有足够动能的中性质点不规则热运动速度增加，互相碰撞游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。
在电弧电流中，99%是由电子运动形成的，由正离子的运动形成的电流仅是总电流的1%。
