電弧是放電過程中發生的一種現象，當兩點之間的電壓超過其工頻絕緣強度極限時就會發生。當適當的條件出現時，一個攜帶著電流的等離子產生，直到電源保護設備斷開才會消失。空氣在通常條件是很好的絕緣體，但由于溫度的升高或者其他外部因素的作用，其化學和物理特性發生改變時，它可能變成通電的導體。

只要兩端的電壓提供的能量足以補償熱損耗并維持適當的溫度條件，電弧將會持續發生。如果電弧被拉長和冷卻，維持它的必要條件缺失進而熄滅。類似地，如果電路兩相發生短路也可以產生電弧。短路是兩個不同電壓的導體發生低阻抗的連接，形成低阻抗的導電體，（例如：金屬工具遺忘在柜子的母排上、錯誤的連接或動物闖入柜子內，這些都是各種潛在的可能）一旦形成短路，會引起很大的短路電流值，其大小取決于電路的特性。

弧光保護是指電力系統由于各種的短路原因可引起弧光，弧光會以300m/s的速度爆發，摧毀途中的任何物質。只要系統中不斷電，弧光就會一直存在。要想最大限度的減少弧光的危害，我們需要安全、迅速地切斷電弧光，這樣可以在發生弧光故障的時候，保護操作人員不受傷害，并且可以降低財產損失程度。

開關柜和控制柜內電弧的發生

主配電柜或大型的電氣設備（如變壓器或發電機）附近短路能量高而且有故障產生時的電壓也很高。

在柜體內形成電弧的過程可分為四個階段：

壓縮階段：電弧占據了整個空氣空間，由于持續的釋放能量產生過熱，導致對流和輻射，保留在柜內的空氣被加熱，在整個初級階段不同區域的溫度和壓力值不一樣。

擴展階段：從這一瞬間開始，內部壓力增加，由于過熱的空氣開始流動而形成一個空洞。在這個階段其壓力達到最大值，并因為熱空氣的釋放而開始減弱。

發射階段：由于電弧能量的持續釋放，幾乎所有的空氣均被一個緩和但恒定的壓力擠壓出去。

發熱階段：在驅逐出空氣后，柜內的溫度幾乎達到電弧的溫度。最后階段就由此開始，直至熄滅。此時，所有金屬和絕緣體在受到產生的氣體、煙霧和溶蝕物質顆粒的侵蝕后，已融為一體了。

當電弧出現在非常封閉的設備環境時，可能不會出現上述某些階段或者只有較少的影響;然而，在電弧的周圍，會形成壓力波、并導致溫度的上升。

以下數據表明了一個電弧所具有的危險性：

壓力：已估測，在一個相距60cm的20kA故障電弧，一個人所抵受到的壓力為225kg;這種突如其來的壓力會對耳朵造成永久的傷害。

溫度：電弧的溫度可以達到約為7000-8000°C

聲音：電弧發出的聲音強度高達160db（槍聲發出的爆破聲僅為130db）。

折疊電弧光的危害

開關設備內部間隔發生故障而產生的電弧光會造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除、將可能造成以下重大危害：

電弧光中心溫度（相當于太陽表面溫度的2~4倍，約為10000~20000°C）過高導致銅排、鋁排熔毀氣化;

電纜熔毀，電纜護套著火;

開關設備劇烈振動，使固定元件松脫;

使上一級變壓器承受近距離短路沖擊，故障電流產生的電動力可能導致變壓器繞組變形引起匝間短路;

故障產生的弧光沖擊波以300m/s的速度爆發，可摧毀途中的任何物質，若波及站內直流系統導致全站直流失電，將造成無法彌補的重大損失;

燃燒產生的有毒氣體被人吸入會產生生命危險;

高溫灼傷皮膚，強光刺傷眼睛

爆破音振損傷耳膜，肺臟;

爆炸碎片飛射，造成人員傷亡。

監測及防護

當低壓開關柜發生電弧，可以通過三種不同的設計理念保護操作人員和設備的安全：

改善設備的機械結構，使之能夠承受電弧（被動保護）

設備安裝限制內部電弧效應的裝置（主動保護）

設備安裝限流斷路器

這三種方案（可聯合使用）已在工業領域得到快速的發展，并為一些主要的低壓開關控制柜制造商廣泛使用。

其中限制內部電弧效應的裝置是一種主動保護裝置，它含有機電/電子裝置，較被動保護裝置更為復雜。

主動保護即通過安裝限制電弧的弧光保護裝置，以防止內部出現故障電弧。

主動保護有以下兩種常見的、可行的方法：

1） 通過壓力傳感器進行監測

2） 通過弧光傳感器進行監測

第一種方法（采用壓力傳感器作為電弧光探測單元）

壓力波是裝置內出現電弧事故的效應之一，它將在電弧出現后的10-15毫秒后出現，可以安裝一些壓力傳感器用于探測壓力峰值。當內部的壓力達到設定值時，電弧監測裝置發出動作指令，控制開關器件動作。但是要預先確定電弧在柜內產生的過壓值并非易事。

第二種方法（采用光纖傳感器作為電弧光探測單元）

弧光監測器的操作邏輯如下：電弧現象會產生強烈的光輻射，因此柜體內出現的弧光可以被弧光傳感器探測到。當弧光監控系統探測到故障，會發出動作信號給斷路器。這種方法的探測反應時間僅為1毫秒。

審核編輯 黃昊宇