電弧當開關電器切斷電流時,如果電路電壓不小於10-20伏,電流不小於80 ~ 100毫安,電器的觸頭之間就會產生電弧。
電弧是壹種高溫、高導電性的遊離氣體,不僅損壞觸頭,而且延長分斷電路的時間。
所以,在了解開關電器的結構和工作情況之前,我們先來看看它們是如何產生和熄滅的。
電弧的形成是中性質子(分子和原子)在接觸之間解離的過程。當開關觸點分開時,觸點之間的距離很小,電場強度E很大(E = U/d)。當電場強度超過3× 10-6-V/m時,陰極表面的電子會被電場力拉出來,在接觸空間形成自由電子。這種解離模式被稱為強電場發射。
陰極表面發射出的自由電子和觸點間原本很少的電子在電場力的作用下加速向陽極運動,途中不斷與中性粒子碰撞。只要電子的速度V足夠高,電子的動能A = mv2足夠大,就有可能把電子從中性粒子中敲出來,形成自由電子和正離子。這種現象被稱為碰撞離解。新形成的自由電子也向陽極加速,也將與中性粒子碰撞解離。連續碰撞電離的結果是觸點充滿電子和正離子,具有很大的導電性;在施加的電壓下,電介質被擊穿並產生電弧,電路再次接通。
觸頭之間電弧燃燒的間隙稱為電弧間隙。電弧形成後,電弧間隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足夠的能量向外發射,形成熱電場發射。同時,在高溫的作用下(電弧中心部分維持的溫度可達10000℃以上),氣體中性粒子的不規則熱運動速度增大。當具有足夠動能的中性粒子相互碰撞時,會解離形成電子和正離子,這就是所謂的熱解離。
隨著觸頭間距的增大,觸頭間的電場強度E逐漸減小,電弧的燃燒主要靠熱解離來維持。
同時,開關電器的觸點之間有壹個解離過程,也導致去電離過程,使帶電粒子減少。