什么是電弧放電

2025-02-21

氣體放電中最強烈的一種自持放電。當電源提供較大功率的電能時，若極間電壓不高（約幾十伏），兩極間氣體或金屬蒸氣中可持續通過較強的電流（幾安至幾十安）, 并發出強烈的光輝, 產生高溫（幾千至上萬度），這就是電弧放電。電弧是一種常見的熱等離子體（見等離子體應用）。

電弧放電最顯著的外觀特征是明亮的弧光柱和電極斑點。電弧的重要特點是電流增大時, 極間電壓下降, 弧柱電位梯度也低，每厘米長電弧電壓降通常不過幾百伏，有時在1伏以下。弧柱的電流密度很高, 每平方厘米可達幾千安，極斑上的電流密度更高。

電弧放電可分為 3個區域：陰極區、弧柱和陽極區。其導電的機理是：陰極依靠場致電子發射和熱電子發射效應發射電子；弧柱依靠其中粒子熱運動相互碰撞產生自由電子及正離子，呈現導電性，這種電離過程稱為熱電離；陽極起收集電子等作用，對電弧過程影響常較小。在弧柱中，與熱電離作用相反，電子與正離子會因復合而成為中性粒子或擴散到弧柱外，這一現象稱為去電離。在穩定電弧放電中，電離速度與去電離速度相同，形成電離平衡。此時弧柱中的平衡狀態可用薩哈公式描述。

能量平衡是描述電弧放電現象的又一重要定律。能量的產生是電弧的焦耳熱，能量的發散則通過輻射、對流和傳導三種途徑。改變散熱條件可使電弧參數改變，并影響放電的穩定性。

電弧通常可分為長弧和短弧兩類。長弧中弧柱起重要作用。短弧長度在幾毫米以下，陰極區和陽極區起主要作用。

根據電弧所處的介質不同又分為氣中電弧和真空電弧兩種。液體(油或水) 中的電弧實際在氣泡中放電，也屬于氣中電弧。真空電弧實際是在稀薄的電極材料蒸氣中放電。這二種電弧的特性有較大差別。

電弧是一束高溫電離氣體， 在外力作用下， 如氣流，外界磁場甚至電弧本身產生的磁場作用下會迅速移動（每秒可達幾百米），拉長、卷曲形成十分復雜的形狀。電弧在電極上的孳生點也會快速移動或跳動。

在電力系統中，開關分斷電路時會出現電弧放電。由于電弧弧柱的電位梯度小，如大氣中幾百安以上電弧電位梯度只有15伏/厘米左右。在大氣中開關分斷100千伏5安電路時，電弧長度超過7米。電流再大，電弧長度可達30米。因此要求高壓開關能夠迅速地在很小的封閉容器內使電弧熄滅，為此，專門設計出各種各樣的滅弧室。滅弧室的基本類型有：①采用六氟化硫、真空和油等介質；②采用氣吹、磁吹等方式快速從電弧中導出能量；③迅速拉長電弧等。直流電弧要比交流電弧難以熄滅。

電弧放電可用于焊接、冶煉、照明、噴涂等。這些場合主要是利用電弧的高溫、高能量密度、易控制等特點。在這些應用中，都需使電弧穩定放電。