第1章　绪论

1.1 电弧的定义

电弧是气体放电的一种形式。在正常状态下，气体有良好的电气绝缘性能，但当气体间隙两端电场足够大时，电流就会流过气体，这种现象称为气体放电[1]，气体放电又分为非自持放电和自持放电。电流流过气体的前提是存在向电极迁移的运动载流子，一般当电极上或气体间隙中的这些运动载流子由外部补充时，就称为非自持放电[2]。当气体间隙两端的电位差足够大时，电流将迅速增大到较大数值（还受电路电阻和电源功率的限制），气体开始发光，气体间隙的两个电极开始变得炽热，并在气体放电时发出声响，这种性质上的转变称为气体间隙的击穿，其所需的电位差称为击穿电压。此时由于电场的支持，在气体间隙中可不断补充新的载流子，放电不会停止，故称为自持放电。自持放电包括黑暗放电、辉光放电、电晕放电、火花放电、电弧放电等多种形式。电弧是自持放电的一种形式，它可以由自持放电的其他放电形式转变而成，因此电弧可以认为是导体之间的气体在电场作用下被贯穿性击穿导致的一种发光放电现象，是气体放电的最终表现方式。与其他放电形式相比，电弧放电的特点是电流密度更大[3]。

在具体电路中，当两个带电导体将接触或者开始分离时，只要两者之间电压达到12～20V、电流达到0.25～1A，在两个带电导体间隙内就会产生电弧[4]。在实际工作生活中，很多场合会产生电弧，例如，在正常工作的电路里，当机械开关开通或者关断时，从插座上插拔插头时，等等。一般情况下，电弧是有害的，电弧产生的高温会使触头表面产生烧损、熔焊从而影响触头寿命，电弧电流中包含大量高次谐波分量，会对一些敏感用电设备的运行产生干扰，但是合理地利用电弧可以造福于人们。比如，电弧具有强光和很高的热力学温度，电弧中心温度可以达到5000～15 000℃[5]，通过有效控制并利用电弧发光发热的特点，人们已将电弧应用在照明、喷涂、焊接、切割、熔炼等多个工业场合[4]。在开关电器设备中，利用电弧可以防止产生过高的过电压和限制故障电流。在混合式固态断路器中，还可以利用机械触点之间电弧产生的电压实现电流向其他固态开关支路的快速转移。

根据文献记载，人类对电弧的研究最早可追溯到1803年俄国科学家彼得罗夫发现电弧，但是在发现电弧后的100年里关于电弧的研究成果并不多。此后，电弧理论随着整流装置、电焊、电冶金及开断电器的不断发展而完善。针对不同场合，人们对电弧的研究关注点不同，例如，研究如何有效利用电弧，研究如何减小电弧产生的危害，等等。到目前为止，针对电弧理论及其相关研究已经产生了大量的研究成果。