一、電弧現(xiàn)象及特點(diǎn)
電弧是氣體放電的一種形式。氣體放電分為自持放電與非自持放電兩類，電弧屬于氣體自持放電中的弧光放電。試驗(yàn)證明，當(dāng)在大氣中開斷或閉合電壓超過10V、電流超過0.5A的電路時(shí)，在觸頭間隙(或稱弧隙)中會產(chǎn)生一團(tuán)溫度極高、亮度極強(qiáng)并能導(dǎo)電的氣體，稱為電弧。由于電弧的高溫及強(qiáng)光，它可以廣泛應(yīng)用于焊接、熔煉、化學(xué)合成、強(qiáng)光源及空間技術(shù)等方面。對于有觸點(diǎn)電器而言，由于電弧主要產(chǎn)生于觸頭斷開電路時(shí)，高溫將燒損觸頭及絕緣，嚴(yán)重情況下甚至引起相間短路、電器爆炸，釀成火災(zāi)，危及人員及設(shè)備的安全。所以從電器的角度來研究電弧，目的在于了解它的基本規(guī)律，找出相應(yīng)的辦法，讓電弧在電器中盡快熄滅。
我們借助一定的儀器仔細(xì)觀察電弧，可以發(fā)現(xiàn)，除兩個(gè)極(觸頭)外，明顯的分為3個(gè)區(qū)域，即近陰極區(qū)、近陽極區(qū)及弧柱區(qū)。如圖2－1所示。
圖2－1 電弧三個(gè)區(qū)及電位降、電位梯度分布
近陰極區(qū)的長度約等于電子的平均自由行程(小于10－6m)。在電場力的作用下正離子向陰極運(yùn)動，造成此區(qū)域內(nèi)聚集著大量的正離子而形成正的空間電荷層，使陰極附近形成高電場強(qiáng)度(約為10＋6～10＋7V／m)。正的空間電荷層形成陰極壓降，其數(shù)值隨陰極材料和氣體介質(zhì)的不同而有所變化，但變化不大，約在10～20 V之間。
近陽極區(qū)的長度約等于近陰極區(qū)的幾倍。在電場力的作用下自由電子向陽極運(yùn)動，它們聚集在陽極附近而且不斷被陽極吸收而形成電流。在此區(qū)域內(nèi)聚集著大量的電子形成負(fù)的空間電荷層，產(chǎn)生陽極壓降，其值也隨陽極材料而異，但變化不大，稍小于陰極壓降。由于近陽極區(qū)的長度比近陰極區(qū)的長，故其電場強(qiáng)度較小。
陰極壓降與陽極壓降的數(shù)值幾乎與電流大小無關(guān)，在材料及介質(zhì)確定后可以認(rèn)為是常數(shù)。
弧柱區(qū)的長度幾乎與電極間的距離相同。是電弧中溫度最高、亮度最強(qiáng)的區(qū)域。因在自由狀態(tài)下近似圓柱形，故稱弧柱區(qū)。在此區(qū)中正、負(fù)電粒子數(shù)相同，稱等離子區(qū)。由于不存在空間電荷，整個(gè)弧區(qū)的特性類似于一金屬導(dǎo)體。每單位弧柱長度電壓降相等。其電位梯度EL也為一常數(shù)，電位梯度與電極材料、電流大小、氣體介質(zhì)種類和氣壓等因素有關(guān)。
二、電弧的分類及特點(diǎn)
電弧按其外形分為長弧與短弧。長短之別一般取決于弧長與弧徑之比。
弧長大大超過弧徑的稱為長弧。長弧的特點(diǎn)是，電弧的過程主要決定于弧柱，電弧壓降的大小主要由弧柱壓降所決定。即長弧的電壓是近極壓降(陰極壓降與陽極壓降)與弧柱壓降之和。U＝U陰＋U陽＋U柱
若弧長小于弧徑，兩極距離極短(如幾毫米)的電弧稱為短弧。此時(shí)兩極的熱作用強(qiáng)烈，近極區(qū)的過程起主要作用。電弧的壓降以近極壓降為主，幾乎不隨電流變化。
電弧還可按其電流的性質(zhì)分為直流電弧和交流電弧。