触头打开时，电弧形成的原因及解决对策

如果电路中的电流超过最小起弧电流，同时触头上的电压也超过最小起弧电压，那么触头打开时必然会出现电弧。电弧的形成完全取决于触头材料的特性，电弧总是从触头蒸发出的金属蒸气中产生的。触头闭合时接触电阻R_C为

式中 H——材料硬度；

ρ——电阻率；

F——触头压力。

当触头开始分开时，F→0，因此接触电阻R_C增加。当R_C增加时，接触压降U_C也会增加，U_C可由下式给出：

U_C=IR_C （4-42）

接触斑点的温度T_C（℃）也会增加，因为

式中 T₀——环境温度。

温度增加会使得接触斑点的温度达到金属的熔点T_m。图4-12给出了电器开关中常见的触头材料在其熔点T_m时接触压降U_C的计算值和测量值的比较。表4-4给出了不同金属的熔化电压。当触头分开时接触斑点处于熔化状态，触头间会拉出一个熔融态的金属桥。即使电流很小，或触头以很高的加速度打开，甚至是在真空中打开，触头间总会形成金属桥。触头间电压降的一个典型变化过程示于图4-13中。它示出触头打开拉长熔融金属桥时的电压变化，当金属桥拉长时它开始变得不稳定，这种不稳定来自于许多原因，包括液态金属桥的表面张力，温度最高点的气化，桥根部和高温区域温度差造成的对流等。金属桥最终断裂，向触头间隙释放金属蒸气。由于击穿电压U_B接近于计算得到的触头材料沸点电压U_b1，见表4-5，因此阴极区域的温度已达到充分发射电子的程度。释放到触头间隙中的炽热金属气体创造了热电离的条件。在触头间隙中不仅电子与离子的碰撞会产生电离，而且原子与原子的碰撞，甚至辐射也会产生电离。由于金属桥断裂后产生的高温，有相当一部分金属蒸气原子会有很高的速度，这些原子中有许多会有足够的能量与其它原子产生非弹性碰撞并产生电离。因此，在熔融金属桥断裂后，当触头上施加的电压大于最小起弧电压U_min时，电弧将会迅速形成。其形成过程如图4-14所示。(www.xing528.com)

图4-12 闭合触头达到熔化温度时接触压降测量值与计算值的比较

表4-4 不同金属的熔化电压

图4-13 一个正在打开触头上的电压降

表4-5 不同金属的沸点电压U_bl与击穿电压U_B的比较

图4-14 触头打开过程——形成熔融金属桥，金属桥断裂后形成电弧