崔宇聲

（滄州大化股份公司，河北 滄州061000）

0 前言

大家都知道，電弧是開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)，動(dòng)、靜觸頭之間的介質(zhì)（如空氣）由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x導(dǎo)電狀態(tài)的一種現(xiàn)象。 它的產(chǎn)生分為四個(gè)過(guò)程：（1）強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射；（2）熱電發(fā)射；（3）碰撞游離；（4）熱游離(高溫游離)。 這四個(gè)過(guò)程是前人得出的結(jié)論，在學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)前人電弧理論的基礎(chǔ)上，筆者想發(fā)表一些拙見(jiàn)，請(qǐng)諸位讀者批評(píng)指正。

1 強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射之前的過(guò)程探討

筆者認(rèn)為在斷開(kāi)超導(dǎo)狀態(tài)下的電路時(shí)，在強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射之前就可能先出現(xiàn)了碰撞游離。

眾所周知，電氣設(shè)備中的電路及開(kāi)關(guān)觸頭皆為金屬導(dǎo)體。那么，從化學(xué)角度上講，金屬導(dǎo)體是以單質(zhì)形式存在的，即完全由該金屬原子組成的。每個(gè)金屬原子是由原子核和核外電子組成。當(dāng)電路閉合后，眾多核外外圍電子在電場(chǎng)力的作用下掙脫原子核的束縛，成為自由電子向電源的正極方向似接力形式運(yùn)動(dòng)，然后再由電源的負(fù)極流出，循環(huán)往復(fù)而形成持續(xù)的電流。

自由電子是一種基本粒子，雖然極其微小，但它也屬于一種物體。既然屬于物體，那么從物理學(xué)角度來(lái)講，它就具有慣性特征（牛頓第一定律），即物體具有保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。

自由電子在超導(dǎo)狀態(tài)電路中的運(yùn)動(dòng)速度是非?？斓?，所以相對(duì)于它自身來(lái)講具有很大的動(dòng)能。假如這個(gè)開(kāi)關(guān)是個(gè)刀閘，在拉開(kāi)刀閘，觸頭剛剛分離的瞬間，流動(dòng)到此斷口陰極表面的自由電子在慣性和電場(chǎng)力（因距離很近，此刻斷口處仍有電場(chǎng)存在）的雙重作用下，自由電子應(yīng)該能“飛”出金屬導(dǎo)體，并碰撞中性介質(zhì)分子。 因自由電子此刻具有很大的動(dòng)能，所以中性介質(zhì)分子中的原子的外圍電子被撞出，分離成自由電子和正離子，此時(shí)由于觸頭間電場(chǎng)的存在，被撞出的自由電子和原有的自由電子，在電場(chǎng)的作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，又碰撞出新的自由電子和正離子，如此連鎖反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)了碰撞游離現(xiàn)象。

在這一環(huán)節(jié)，筆者認(rèn)為：對(duì)于弱電低壓電路，慣性作用占主導(dǎo)地位；對(duì)于強(qiáng)電高壓電路和低壓大電流電路，電場(chǎng)力的作用占主導(dǎo)地位。

2 強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射過(guò)程探討

接下來(lái)，隨著斷口間距逐漸拉開(kāi)，慣性作用逐漸降低，能夠“飛”出金屬導(dǎo)體的自由電子越來(lái)越少，但因慣性而后續(xù)到此斷口陰極處的自由電子雖未“飛”出金屬導(dǎo)體，但被聚集于斷口陰極表面。 同時(shí)由于電場(chǎng)的存在，陰極表面也有其它電子在此逐漸聚集。 這兩股電子在陰極表面的聚集增多使斷口處的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸疊加增大，當(dāng)大于一定程度時(shí)，這些電子將從金屬觸頭表面被強(qiáng)行拉出，進(jìn)入觸頭之間，成為自由電子。在電場(chǎng)力的作用下，自由電子向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)，即完成強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射過(guò)程。

3 熱電發(fā)射過(guò)程探討

除強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射之外，在觸頭即將分開(kāi)的瞬間，由于觸頭間壓力和接觸面積減小，接觸電阻增大，從而電能損耗增大，在陰極表面出現(xiàn)熾熱點(diǎn)，金屬觸頭在高溫作用下也發(fā)射出電子，在電場(chǎng)力的作用下，發(fā)射出的電子向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)，即完成熱電發(fā)射過(guò)程。

4 碰撞游離過(guò)程探討

在上述過(guò)程之后，這些向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)的自由電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下獲得巨大的動(dòng)能，以很高的速度碰撞中性介質(zhì)分子，進(jìn)而產(chǎn)生了上述的連鎖反應(yīng)，這便進(jìn)入到第二次碰撞游離過(guò)程。 這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的自由電子和正離子，與強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射之前碰撞游離所產(chǎn)生的自由電子和正離子一起，在觸頭之間達(dá)到一定濃度時(shí)，中性介質(zhì)被擊穿變成了導(dǎo)體，在電壓的作用下，大量的電子流向陽(yáng)極，形成電流，開(kāi)始了弧光放電。這是電弧產(chǎn)生的初期階段，隨著觸頭間距的增大，電場(chǎng)強(qiáng)度的減小，強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射與碰撞游離作用減弱。

5 熱游離(高溫游離)過(guò)程探討

最后一個(gè)過(guò)程便是熱游離(高溫游離)。即電弧產(chǎn)生以后，其具有很高的溫度，介質(zhì)分子在高溫作用下，產(chǎn)生快速的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并具有很大的動(dòng)能，它們相互碰撞時(shí)游離出自由電子和正離子，即靠高溫產(chǎn)生游離。 熱游離過(guò)程維持了電弧的燃燒，此時(shí)僅要較小的電場(chǎng)強(qiáng)度就能維持一定數(shù)量的電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

以上便是筆者在學(xué)習(xí)前人電弧理論的基礎(chǔ)上，自己對(duì)超導(dǎo)狀態(tài)下電弧產(chǎn)生過(guò)程所持的觀點(diǎn)。其中從觸頭即將分離至開(kāi)始弧光放電這一階段，筆者認(rèn)為其電弧過(guò)程與常態(tài)下相比，既有相同點(diǎn)也有不同之處。開(kāi)始弧光放電之后這一階段的電弧過(guò)程，筆者所持觀點(diǎn)與常態(tài)下的該電弧過(guò)程一致。

［1］劉介才.工廠供電[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:101-102.