电火花间隙是一种电气装置,通常由两个导电电极组成,电极之间存在一定的间隙,间隙内一般充满气体(如空气)。以下是关于它的详细介绍:
工作原理:当两个电极之间的电位差超过间隙内气体的击穿电压时,气体被电离,形成火花,使气体的电阻急剧降低,从而允许电流通过。电流会持续流动,直到电离气体的路径被破坏或电流减小到低于称为 “维持电流” 的小值。例如,在火花塞中,就是利用电火花间隙产生的火花来点燃燃料 - 空气混合物。
结构组成:
电极:一般由金属制成,如铜、铝等,电极的形状和间距会根据不同的应用而有所不同。常见的电极结构有棒 - 棒间隙、棒 - 板间隙、环形间隙、三电极间隙等。例如,棒 - 棒间隙由两个对称金属棒电极组成,间隙距离可调;棒 - 板间隙一端为棒状电极,另一端为平板电极。
气体介质:通常为空气,也可采用其他气体如氮气等。在一些特殊情况下,可能会对气体进行密封或充气处理,如精密充气间隙会密封腔体并充入氮气或氩气。
外壳(可选):部分电火花间隙装置有外壳,用于保护电极免受环境因素(如水分、灰尘等)的影响,同时可能还具有防爆等功能。例如,防爆型电火花间隙的外壳采用耐腐蚀绝缘材料,内部有高通流量的气体放电间隙、强度高的玻璃纤维管筒、高温环氧树脂密封以及硅橡胶一体式硫化工艺等结构,以确保其在易燃易爆环境中安全使用。
性能特点:
响应速度快:能在纳秒级时间内对过电压做出响应,迅速击穿放电。
通流能力较强:可以承受一定的冲击电流,不同类型和规格的电火花间隙通流能力不同,如一些防爆型电火花间隙标称放电容量可达 100 千安培。
可吸收能量:能够吸收过电压带来的能量,将瞬态过电压控制在安全范围内,保护后端设备。
部分具有防爆等特殊功能:如防爆型电火花间隙,采用密封结构等措施,确保电弧不会泄露,可在易燃易爆环境中使用。
应用场景:
用于电力系统中,保护变压器中性点、高压输电线路等免受雷电浪涌、操作过电压等的影响。例如,棒 - 棒间隙可用于高压输电线路防雷保护,棒 - 板间隙可用于变压器中性点过电压保护。
在通信设备及电子电路中,防止过电压损坏设备,如环形间隙可用于通信电缆浪涌保护。
跨越输油、输气管道的绝缘法兰盘或绝缘接头两侧,防止雷电过电压或操作过电压击穿绝缘部件,也可将管道接地控制过电压幅度。
过电压保护:
点火系统:常见的是在内燃机的点火系统中,火花塞的电火花间隙用于点燃气缸内的燃料 - 空气混合物。
其他领域:在高能量物理实验(如粒子加速器)中用于产生高压放电;在化学领域,可用于生成臭氧进行水净化以及材料加工等方面的等离子体产生