斷路器切斷通有電流的回路時(shí)，只要電源電壓大于10～20V，電流大于80～100mA，在動(dòng)、靜觸頭分開(kāi)瞬間，觸頭間隙就會(huì)出現(xiàn)電弧。此時(shí)，觸頭雖然已分開(kāi)，但是電路中的電流還在繼續(xù)流通，只有熄滅電弧，電路才真正斷開(kāi)。本節(jié)介紹開(kāi)關(guān)電弧的基本知識(shí)與各種滅弧方法的原理。

　　一、電弧的形成

　　電弧的產(chǎn)生和維持是觸頭間隙的絕緣介質(zhì)的中性質(zhì)點(diǎn)(分子和原子)被游離的結(jié)果，游離是指中性質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為帶電質(zhì)點(diǎn)。電弧的形成過(guò)程就是氣態(tài)介質(zhì)或液態(tài)介質(zhì)高溫氣化后的氣態(tài)介質(zhì)向等離子體態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。因此，電弧是一種游離氣體的放電現(xiàn)象。

　　強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射是觸頭間隙最初產(chǎn)生電子的主要原因。在觸頭剛分開(kāi)的瞬間，間隙很小，間隙的電場(chǎng)強(qiáng)度很大，陰極表面的電子被電場(chǎng)力拉出而進(jìn)入觸頭間隙成為自由電子。

　　電弧的產(chǎn)生是碰撞游離所致。陰極表面發(fā)射的電子和觸頭間隙原有的少數(shù)電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，加速向陽(yáng)極移動(dòng)，并積累動(dòng)能，當(dāng)具有足夠大動(dòng)能的電子與介質(zhì)的中性質(zhì)點(diǎn)相碰撞時(shí)，產(chǎn)生正離子與新的自由電子，這種現(xiàn)象不斷發(fā)生的結(jié)果，使觸頭間隙中的電子與正離子大量增加，它們定向移動(dòng)形成電流，介質(zhì)強(qiáng)度急劇下降，間隙被擊穿，電流急劇增大，出現(xiàn)光效應(yīng)和熱效應(yīng)而形成電弧。

　　熱游離維持電弧的燃燒。電弧形成后，弧隙溫度劇增，可達(dá)6000℃～10000℃以上。在高溫作用下，弧隙中性質(zhì)點(diǎn)獲得大量的動(dòng)能，且熱運(yùn)動(dòng)加劇，當(dāng)其相互碰撞時(shí)，產(chǎn)生正離子與自由電子。這種由熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的游離叫熱游離。一般氣體游離溫度為9000℃～10000℃，金屬蒸氣熱游離溫度約為4000～5000℃。因此熱游離足以維持電弧的燃燒。

　　二、電弧的熄滅

　　在中性質(zhì)點(diǎn)發(fā)生游離的同時(shí)，還存在著使帶電質(zhì)點(diǎn)不斷減少的去游離。去游離的主要形式是復(fù)合與擴(kuò)散。

　　1.復(fù)合

　　復(fù)合是異性帶電質(zhì)點(diǎn)彼此的中和。復(fù)合速率與下列因素有關(guān)：

　　1)帶電質(zhì)點(diǎn)濃度越大，復(fù)合機(jī)率越高。當(dāng)電弧電流一定時(shí)，弧截面越小或介質(zhì)壓力越大，帶電質(zhì)點(diǎn)濃度也越大，復(fù)合就強(qiáng)。故斷路器采用小直徑的滅弧室，可以提高弧隙帶電質(zhì)點(diǎn)的濃度，增強(qiáng)滅弧性能;

　　2)電弧溫度越低，帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度越慢，復(fù)合就容易。故加強(qiáng)電弧冷卻，能促進(jìn)復(fù)合。在交流電弧中，當(dāng)電流接近零時(shí)，弧隙溫度驟降，此時(shí)復(fù)合特別強(qiáng)烈;

　　3)弧隙電場(chǎng)強(qiáng)度小，帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度慢，復(fù)合的可能性就增大。所以提高斷路器的開(kāi)斷速度，對(duì)復(fù)合有利。

　　2.擴(kuò)散

　　擴(kuò)散是指帶電質(zhì)點(diǎn)從弧隙逸出進(jìn)入周圍介質(zhì)中的現(xiàn)象。擴(kuò)散去游離主要有兩種。

　　l)溫度擴(kuò)散?；∠杜c其周圍介質(zhì)的溫差越大，擴(kuò)散越強(qiáng)。用冷卻介質(zhì)吹弧，或電弧在周圍介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，都可增大電弧與周圍介質(zhì)的溫差，加強(qiáng)擴(kuò)散作用。

　　2)濃度擴(kuò)散。電弧與周圍介質(zhì)離子的濃度相差越大，擴(kuò)散就越強(qiáng)烈。

　　當(dāng)游離大于去游離時(shí)，電子與離子濃度增加，電弧加強(qiáng);當(dāng)游離與去游離相等時(shí)，電弧穩(wěn)定燃燒;當(dāng)游離小于去游離時(shí)，電弧減少以致熄滅。所以要促使電弧熄滅就必須削弱游離作用，加強(qiáng)去游離作用。斷路器綜合利用上述原理，制成各式滅弧裝置，能迅速而有效地熄滅短路電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電弧。

　　三、交流電弧的開(kāi)斷

　　交流電弧電流每周自然過(guò)零兩次。在電流過(guò)零時(shí)，電弧暫時(shí)熄滅。因此熄滅交流電弧，就是讓交流電弧過(guò)零后電弧不重燃。

　　交流電弧過(guò)零時(shí)自然熄滅，過(guò)零后是否重燃，取決于電源加在弧隙上的恢復(fù)電壓與弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的耐壓能力的恢復(fù)情況。

　　弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程是指電弧電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅，而弧隙的絕緣能力要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能恢復(fù)到絕緣的正常狀態(tài)的過(guò)程，此過(guò)程稱為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程。主要由斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)決定。

　　弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程是指電弧電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅，電源電壓施加于弧隙上的電壓將從不大的熄弧電壓逐漸增大直到電源電壓的過(guò)程，稱為弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程。主要取決于線路電路參數(shù)(電阻、電容、電感)和負(fù)荷性質(zhì)，一般電阻性電路的電弧最易熄滅。

　　交流電弧的熄滅條件是，交流電弧過(guò)后，弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程永遠(yuǎn)大于弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程。

　　四、滅弧的基本方法

　　滅弧的基本方法就是加強(qiáng)去游離提高弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程，或改變電路參數(shù)降低弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程，目前開(kāi)關(guān)電器的主要滅弧方法有：

　　1.利用介質(zhì)滅弧

　　弧隙的去游離在很大程度上，取決于電弧周圍滅弧介質(zhì)的特性。六氟化硫(SF6)氣體是很好的滅弧介質(zhì)，其電負(fù)性很強(qiáng)，能迅速吸附電子而形成穩(wěn)定的負(fù)離子，有利于復(fù)合去游離，其滅弧能力比空氣約強(qiáng)100倍;真空(壓強(qiáng)在0.013Pa以下)也是很好的滅弧介質(zhì)，因真空中的中性質(zhì)點(diǎn)很少，不易于發(fā)生碰撞游離，且真空有利于擴(kuò)散去游離，其滅弧能力比空氣約強(qiáng)15倍。

　　采用不同介質(zhì)可以制成不同的斷路器，如油斷路器、六氟化硫斷路器和真空斷路器。

　　2.利用氣體或油吹動(dòng)電弧

　　吹弧使弧隙帶電質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散和冷卻復(fù)合。在高壓斷路器中利用各種滅弧室結(jié)構(gòu)形式，使氣體或油產(chǎn)生巨大的壓力并有力地吹向弧隙。吹弧方式主要有縱吹與橫吹兩種?？v吹是吹動(dòng)方向與電弧平行，它促使電弧變細(xì);橫吹是吹動(dòng)方向與電弧垂直，它把電弧拉長(zhǎng)并切斷。

　　3.采用特殊的金屬材料作滅弧觸頭

　　采用熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭材料，可減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸氣，得到抑制游離的作用;同時(shí)采用的觸頭材料還要求有較高的抗電弧、抗熔焊能力。常用觸頭材料有銅鎢合金、銀鎢合金等。

　　4.電磁吹弧

　　電弧在電磁力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，叫電磁吹弧。由于電弧在周圍介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，它起著與氣吹的同樣效果，從而達(dá)到熄弧的目的。這種滅弧的方法在低壓開(kāi)關(guān)電器中應(yīng)用得更為廣泛。

　　5.使電弧在固體介質(zhì)的狹縫中運(yùn)動(dòng)

　　此種滅弧的方式又叫狹縫滅弧。由于電弧在介質(zhì)的狹縫中運(yùn)動(dòng)，一方面受到冷卻，加強(qiáng)了去游離作用;另一方面電弧被拉長(zhǎng)，弧徑被壓小，弧電阻增大，促使電弧熄滅。

　　6.將長(zhǎng)弧分隔成短弧

　　當(dāng)電弧經(jīng)過(guò)與其垂直的一排金屬柵片時(shí)，長(zhǎng)電弧被分割成若干段短弧;而短電弧的電壓降主要降落在陰、陽(yáng)極區(qū)內(nèi)，如果柵片的數(shù)目足夠多，使各段維持電弧燃燒所需的最低電壓降的總和大于外加電壓時(shí)，電弧就自行熄滅。另外，在交流電流過(guò)零后，由于近陰極效應(yīng)，每段弧隙介質(zhì)強(qiáng)度驟增到150～250V，采用多段弧隙串聯(lián)，可獲得較高的介質(zhì)強(qiáng)度，使電弧在過(guò)零熄滅后不再重燃。

　　7.采用多斷口滅弧

　　高壓斷路器每相由兩個(gè)或多個(gè)斷口串聯(lián)，使得每一斷口承受的電壓降低，相當(dāng)于觸頭分?jǐn)嗨俣瘸杀兜靥岣?，使電弧迅速拉長(zhǎng)，對(duì)滅弧有利。

　　8.提高斷路器觸頭的分離速度

　　提高了拉長(zhǎng)電弧的速度，有利于電弧冷卻復(fù)合和擴(kuò)散。