弧了是什麼意思

從事電力電子、輸配電、工控行業的朋友都有過這樣的經歷：不管是直流電還是交流電，在斷開主控制迴路的機械式開關時，在觸點上都能看到電火花現象，並伴隨著發熱。在主迴路切斷前，電流越大，那麼所產生的電火花越嚴重。這種現象就叫做拉弧現象。電弧主要發生在大電流分斷時的機械觸點之間，久而久之會對觸點造成腐蝕，並有可能導致火災或者爆炸，嚴重威脅生產、財產安全。相關行業的工程師一直在努力尋找抑制電弧的有效方法。下圖就是接觸器在分斷時產生了電弧現象。

1 - 觸點帶電流分斷時產生的電弧

1 什麼是電弧，電弧有哪些特點

什麼是電弧

電弧是一種氣體放電現象，原本接觸的兩個觸點通有大電流，在觸點斷開的瞬間，電子或離子游離到空氣中並瞬間產生電火花，致使周圍的空氣自持導電，所以在電弧發生期間兩個觸點還是導電的。電弧持續的過程叫做拉弧的過程，這個過程大概持續幾十毫秒至幾百毫秒之間，一般不會超過一秒，但是在整個拉弧期間，電弧攜帶了巨大的能量和高溫，可使周圍的易燃物瞬間引燃引起火災或者爆炸。

2 - 配電站產生的電弧

電弧存在以下特點

：

1) 起弧電壓、電流低

。電弧並非是高壓、高電流的專屬，其實只要迴路電壓超過20V，電流超過80mA，機械式觸點在分斷時，就可能產生電弧。

2) 能量集中、溫度高

。在觸點分斷瞬間，電弧被瞬間釋放，產生高溫高能量的電火花。

3) 易遊離、易變形

。由於電弧是氣體放電，所以在外力作用下容易遊離、變形，可以利用這個特點想辦法滅弧。

4) 導電效能良好

。電弧是導電的，延遲了觸點的分斷。

3 - 被電弧腐蝕的觸點

2 電弧是如何產生的

電弧是如何產生的呢？機械式觸點的動觸點和靜觸點之間的活動距離非常小，在觸點分離時，接觸壓力和接觸面積也在減小，導致觸點之間的接觸電阻變大，流過的電流致使觸點之間的溫度上升，在有限的空間內，高溫把觸點表面液化。同時，在觸頭之間形成了非常大的電場，觸點在分斷時，內部的電子就被電場拉了出來，形成了電場發射，使電子、離子被遊離就形成了電弧。

4 - 動觸點和靜觸點分離瞬間

3 電弧如何抑制

電弧是不可避免的，只能抑制不能消除。從機械結構的角度，可以使用滅弧室和滅弧柵來隔離電弧。滅弧柵是由很多滅弧片所構成的，滅弧片將滅弧室分隔成很多個獨立的空間，電弧產生後透過磁吹的方式將電弧引入滅弧柵所構成的空間中，使電弧被拉長導致無法維持，從而加速了電弧的熄滅，起到了電弧抑制的效果。滅弧柵的原理如下圖所示。

5 - 滅弧柵隔絕電弧原理

交流回路和直流回路在分斷時都能產生電弧，同等條件下，交流所產生的電弧要弱於直流所產生的電弧，這是因為交流電是有方向的，每半個週期交流電會過零，削弱了電弧。所以，在交流應用中會透過

過零檢測

來判斷零點的到來，並在過零點附近時將回路斷開，因為零點附近電流小，觸點分斷時消除了電弧產生的必要條件。

4 如何設計過零檢測電路

交流電具有方向性，可以透過整流橋整流為脈動直流，再經過光耦隔離後將零點訊號輸出。或者採用雙向光耦的方案，將零點訊號輸出。這裡採用整流橋的方案設計過零檢測電路，所設計的電路圖如下圖所示。

6 - 過零檢測電路原理

交流電經過整流橋後，變成了脈動直流，交流電的負半週期被翻轉為正，在過零點以外的地方都可以使光耦導通，而在零點附近光耦截止。光耦的輸出端連線上拉電阻。波形分析如下：

正半週期

：光耦的發光二極體導通，輸出端導通，輸出訊號為低電平；

負半週期

：光耦的發光二極體導通，輸出端導通，輸出訊號為低電平；

零點附近

：光耦的發光二極體截止，輸出端截止，輸出訊號為高電平。

輸出波形如下圖所示。

7 - 過零檢測電路的波形

從上面的波形可以看出，只要檢測到高電平即可判斷零點來臨，這時候只要控制接觸器/繼電器的線圈，就能保證觸點在交流零點電流最小的時候斷開，從而抑制了電弧的產生。多觸點起到了良好的保護作用，延長了觸點壽命、保障了財物安全。

5 過零檢測電路的優缺點

過零檢測電路是抑制電弧的輔助手段，在主控迴路中告知處理器零點的來臨，處理器及時在電流最小的零點處將主迴路斷開，最大限度地杜絕了電弧的產生。但是該電路只適用於交流回路，不適用於直流回路。直流控制迴路地電弧目前沒有非常有效的手段來解決，依然依賴於磁吹、滅弧室、滅弧柵、充惰性氣體等方式。

固態繼電器雖然是電子式觸點，不存在電弧的問題，但是電子式觸點過大電流能力有限並且需要加裝較大體積的散熱片，增加了成本和體積。

總之，電弧是行業問題，不可避免，目前抑制電弧的手段非常有限，行業內的工程師一直在努力的研究抑制電弧的有效辦法。

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