5、电气电弧基础与电流中断原理解析

电气电弧基础与电流中断原理解析

1. 引言

从电流被发现的那一刻起，人们就意识到需要一种装置来控制电流的通断。电流中断主要有两种方式：降低驱动电位到零，或物理分离触点形成间隙。历史上，后一种方法更为常用。早期的断路器如汞开关和刀闸开关，随着技术发展逐渐演变为如今复杂的断路器。电弧作为电流中断过程中的关键元素，了解其基本理论对于理解中断过程至关重要。

2. 电气放电基本理论

电气放电可分为非自持放电、自持放电和电弧三类。
- 非自持放电 ：当电压施加在电极上时，电荷载流子在电场作用下移动，产生电流。电流最初随电压增加而增加，达到饱和电流极限后保持恒定。饱和电流依赖于外部电离源，如光电或热离子发射。随着电场强度增加，电荷载流子速度加快，可能引发冲击电离或使原子处于激发态，降低后续电离所需能量。当电压达到临界水平，会产生自持放电，如辉光放电或电弧。
- 自持放电 ：当电极电位增加到足以使正离子撞击阴极并释放电子时，放电变为自持。初始阶段为暗放电，电流密度低且不发光。随着电流增加，出现辉光放电，不同区域颜色不同，如空气中阴极辉光呈浅蓝色，正柱呈鲑粉色。正常辉光区域电流低，阴极未完全被辉光覆盖，阴极电流密度恒定；异常辉光区域阴极被辉光完全覆盖，电流密度和阳极电压降增加。电流进一步增加时，阴极温度升高，导致热离子发射，放电从辉光放电转变为电弧。

3. 电弧类型

电弧是一种自持放电，具有低电压降、能承载大电流和非线性电阻特性。可分为高压电弧和低压（真空）电弧。
- 高压电弧 ：存在于大气压或更高压力下，表