近级压降和电弧产生原因

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  • 1近极压降
  • 2电弧产生原因

近级压降和电弧产生原因_第1张图片
电弧总结

1近极压降

近阴极区的长度约等于电子的平均自由行程。在电场力的作用下正离子向阴极运动,造成此区域内聚集着大量的正离子而形成正的空间电荷层,使阴极附近形成高电场强度。正的空间电荷层形成阴极压降,其数值随阴极材料和气体介质的不同而有所变化,但变化不大,约在10-20V之间。

近阳极区的长度约等于近阴极区的几倍。在电场力的作用下自由电子向阳极运动,它们聚集在阳极附近而且不断被阳极吸收而形成电流。在此区域内聚集着大量的电子形成负的空间电荷层,产生阳极压降,其值也随阳极材料而异、但变化不大,稍小于阴极压降。由于近阳极区的长度比近阴极区的长,故其电场强度较小。

阴极压降与阳极压降的数值几乎与电流大小无关,在材料及介质确定后可以认为是常数。

2电弧产生原因

实际上开关电器在工作时,电路的电压和电流大都大于生弧电压和生弧电流。即开断电路时触头间隙中必然产生电弧这一现象。电弧的产生,一方面使电路仍旧保持导通状态,而延迟了电路的开断;另一方面电弧长久不熄还会烧损触头及附近的绝缘,严重时甚至引起开关电器的爆炸和火灾。建立于电弧理论基础上的各种开关电器的构造和工作原理,都和电弧有关,电弧在众多电气设备火灾事故中,作为一个很重要的点火源,已引起消防界的重视。因此,我们必须掌握电弧的产生和熄灭的原理,以便采取正确的措施,防范爆炸和火灾事故的发生。

电弧能够形成导电通道,是因为触头开始分离时,接触处的接触面积很小,电流密度很大,这就使触头金属材料强烈发热。它首先被融化形成液态金属桥,然后有一部分被汽化,变成金属蒸汽进去弧隙。阴极表面在高温作用下,也产生热电发射,向弧隙发射电子。同时,触头间隙开始很小,电场强度极大,阴极表面内部的电子会在强电场作用下被拉出来,送向弧隙,这叫场强发射。由于场强发射和热电发射在弧隙中形成的自由电子,又被强电场加速,向阳极运动,具有足够动能的电子与弧隙介质中性点产生碰撞游离。这种现象不断发生的结果,是触头间隙中的介质点大量游离,变成大量正、负带电质点,从而使弧隙击穿发弧。

电子动能大于介质的游离能(即游离电位)时,碰撞游离才能发生,但当电子动能小于介质游离能时.中性质点只能激励。电子在弧隙电场中动能的大小,有电子速度决定,而电子平均速度与介质密度和电场强度有关。在开关电器触头间往往充以游离电位高的氢、六氟化硫等物质,来达到使电弧易于熄灭并难于重燃的目的。开关油作灭弧介质,因为它在电弧高温下,能分解出游离电位高的氢气,易于灭弧。

碰撞游离是电弧发生的主要原因,触头间的强电场,是电弧发生的必要条件,弧隙介质的热游离则是维持电弧燃烧的主要因素。发生电弧时,弧隙中电子、原子及分子互相碰撞,并不断交换能量,使弧隙中介质温度急剧增加,弧柱温度高达6000~7000℃,甚至10000℃以上。一般气体当温度大于7000~8000℃时,金属蒸汽温度大于3000~4000℃,热游离产生的电子,就足够形成导电通路,使电弧得以维持。

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