為什麼感性負載容易產生電弧？

在課堂上老師無意中說起了這個命題，我不是很懂其中的原理，我猜想是負載斷開時會產生過電壓，從而擊穿空氣產生電弧。

但是我在使用插座的時候也會產生電弧，這裡我就不太懂了。

很有意思的問題。

先說結論：不是感性負載容易產生電弧，而是感性負載不容易熄弧和滅弧。這是關鍵！

我們看下圖：

從1圖中我們看到了直流電路中有電感L和電阻R，當然還有開關K。電路中流過運行電流In。

現在，開關K打開，會發生什麼狀況呢？

我們知道，對於電感元件來說，它會產生反向電動勢e，它的大小為： 。

注意看這個式子，反向電動勢e的大小與電感量L成正比，與電流對時間的變化率也成正比。換句話說，如果電流變化的越快，反向電動勢的值就越高。

在2圖中，電感產生的反向電動勢被稱為電路的過電壓。

我們來看看國家標準GB214048.1-2012《低壓開關設備和控制設備 第1部分：總則》中如何定義過電壓，如下：

所以圖2中出現的過電壓就屬於通斷過電壓。

我們還知道，在空氣中生弧電壓為12到20V，因此當K開斷時，不管是電阻性負載還是電感性負載，只要電壓超過20V，則開關K的觸頭間隙中就會一定會出現電弧。

對於直流電路來說，由於電壓和電流不存在自然過零，所以滅弧相對交流電路要困難得多。對於小電流觸頭來說，可以採取若干個同類觸頭串聯的辦法滅弧。見下圖：

這種辦法其實就是加大電弧弧長，利用電弧散熱冷卻來自然熄弧。

現在，我們來看交流電路的情況。

我們來看圖3：

我來解釋此圖如何看。

此圖的電路類似1圖，但其中的直流電源換成了交流電源。

我們知道，交流電流的表達式為： ，我們把它代入到 中，求導後發現正弦值變成了餘弦值。也就是說，對於感性負載而言，它的電壓超前電流90度。

在實際線路中，由於有電阻存在，所以電壓超前電流一般不到90度。

我們看圖3的左側，當觸頭分開的t0時刻，我們看到電流波形與電壓波形存在相位差。同時，觸頭之間出現了電弧，其電壓就是藍色的Uh。

接著到了t1時刻，電流過零，電弧熄滅。但注意到此時的電壓卻很高，並且是正值，於是電流過零後，觸頭弧隙被再次擊穿，電弧再次出現。

有意思的是，由於觸頭間的距離越來越大，所以弧隙間氣體的恢復能力也越來越強。所以在t3時刻電流過零後，電弧已經無法再次重燃了，電弧就此熄滅。

不過，由於感性負載與系統分布電容產生諧振，諧振的電壓疊加在電壓波形上，我們看到了圖3最右側出現了衰減的附加振蕩波。

最後，我來給個結論：

不管是直流電路也好，是交流電路也好，當開關開斷時，感性負載一定會產生反向電動勢，由此出現過電壓。此過電壓除了讓觸頭電弧不易熄滅外，也會對其它電器產生一定的影響。

提個小問題：

對於交流低壓配電線路來說，電弧就沒有任何好處嗎？如果有，好處是什麼？

答案：

我們來設想，當電弧出現後，在電流過零前左邊電極為陽極，右邊電極為陰極。陽極發射的陽離子比較重，因此在陽極附近滯留了不少陽離子。

陽例子其實就是失去部分電子的氣體原子，它的質量大，運動速度比電子要慢許多。

當電流過零後，陽極變成陰極，它要發射陰離子，也即電子。但它的前方卻堆積著大量的陽離子，使得電流增長被限制住了。這叫做近陰極效應，見圖4。

近陰極效應存在的時間很短，且有效作用寬度有限，因此近陰極效應對高壓電器無效，對低壓電器卻起到很重要的作用。

事實上所有帶觸頭的低壓電器或多或少地具有限流作用，其原因就在於此。

可見，電弧還是有一點好處的。

那咱們說說有啥常見的容性負載.....

以及，容性負載的典型電容多大，感性負載的典型電感多大，注意法拉是個很大的單位，我們通常用不到法拉 F, 毫法 mF 也不常見，常見的是 微法 μF

感性負載常常是電機.....