Електрична дуга може бути вкрай руйнівною для обладнання і, що більш важливо, становити небезпеку для людей. Тривожне кількість викликаних нею нещасних випадків відбувається щороку, часто приводячи до серйозних опіків або смерті. На щастя, в електротехнічної промисловості досягнуто значного прогресу в частині створення засобів і методів захисту від впливу дуги.
Причини і місця виникнення
Електрична дуга є однією з найбільш смертоносних і найменш вивчених небезпек електроенергії і переважає в більшості галузей промисловості. Широко визнається, що чим вище напруга електричної системи, тим більше ризик для людей, які працюють на території або поблизу проводів і обладнання, що знаходяться під напругою.
Теплова енергія від спалаху дуги, однак, може насправді бути більше і виникати частіше при більш низькій напрузі з тими ж руйнівними наслідками.
Виникнення електричної дуги, як правило, відбувається при випадковому контакті між струмоведучих провідником, таким як контактний провід тролейбусної або трамвайної лінії з іншим провідником, або заземленою поверхнею. 
Коли це відбувається, що виникає струм короткого замикання плавить дроти, іонізує повітря і створює вогненний канал проводить плазми характерною дугоподібної форми (звідси і назва), причому температура електричної дуги в її серцевині може досягати понад 20000 ° С.
Що ж таке електрична дуга?
По суті, так в побуті називають добре відомий у фізиці та електротехніці дугового розряд - вид самостійного електричного розряду в газі. Які ж фізичні властивості електричної дуги? Вона горить в широкому діапазоні тиску газу, при постійному або змінному (до 1000 Гц) напрузі між електродами в діапазоні від декількох вольт (зварювальний дуга) до десятків кіловольт. Максимальна щільність струму дуги спостерігається на катоді (102-108 А / см2), Де вона стягується в катодна пляма, дуже яскраве і мале за розмірами. Воно безладно і безперервно переміщується по всій площі електрода. Температура його така, що матеріал катода в ньому кипить. Тому виникають ідеальні умови для термоелектронної емісії електронів в прікатодном простір. Над ним утворюється невеликий шар, заряджений позитивно і забезпечує прискорення емітованих електронів до швидкостей, при яких вони ударно іонізують атоми і молекули середовища в міжелектродному проміжку.
Таке ж пляма, але трохи більше і малорухлива, формується і на аноді. Температура в ньому близька до катодного плямі.
Якщо струм дуги порядку декількох десятків ампер, то з обох електродів випливають з великою швидкістю нормально до їх поверхонь плазмові струмені або смолоскипи (див. На фото нижче).
При великих токах (100-300 А) виникають додаткові плазмові струмені, і дуга стає схожою на пучок плазмових ниток (див. На фото нижче).
Як проявляє себе дуга в електрообладнанні
Як було сказано вище, каталізатором її виникнення є сильне тепловиділення в катодній плямі. Температура електричної дуги, як уже згадувалося, може досягати 20 000 ° С, приблизно в чотири рази вище, ніж на поверхні сонця. Цей спеку може швидко розплавити або навіть випарувати мідь провідників, яка має температуру плавлення близько 1 084 ° С, набагато нижче, ніж в дузі. Тому в ній часто утворюються пари міді і бризки розплавленого металу. Коли мідь переходить з твердого стану в пар, вона розширюється в кілька десятків тисяч разів від свого початкового обсягу. Це еквівалентно тому, що шматочок міді в один кубічний сантиметр зміниться до розміру 0,1 кубометра в частки секунди. При цьому виникне тиск високої інтенсивності і звукові хвилі, поширюються навколо з великою швидкістю (яка може бути понад 1100 км на годину).
Вплив електричної дуги
Важкі травми, і навіть зі смертельними наслідками, при її виникненні можуть отримати не тільки особи, що працюють на електрообладнання, а й люди, що знаходяться поблизу. Дугові травми можуть включати в себе зовнішні опіки шкіри, внутрішні опіки від вдихання гарячих газів і випаруваного металу, пошкодження слуху, зору, такі як сліпота від ультрафіолетового світла спалаху, а також багато інших руйнівні ушкодження.
При особливо потужною дузі може також статися таке явище, як її вибух, що створює тиск більше 100 кілопаскалей (кПа) з викидом частинок сміття, подібних шрапнелі, зі швидкістю до 300 метрів в секунду.
Особи, які перенесли впливу електричного струму електричної дуги, можуть потребувати серйозного лікування і реабілітації, а ціна їх травм може бути екстремальної - фізично, емоційно і фінансово. Хоча законодавство вимагає від підприємств проведення оцінки ризиків для всіх видів трудової діяльності, проте ризик ураження електричною дугою часто не береться до уваги, тому що більшість людей не знають, як оцінювати і ефективно управляти цією небезпекою. Захист від впливу електричної дуги передбачає використання цілого комплексу засобів, включно із застосуванням при роботі з електрообладнанням, що знаходяться під напругою, спеціальних електрозахисних засобів, спецодягу, а також самого обладнання, перш за все високо- низьковольтних комутаційних електроапаратів, сконструйованих із застосуванням засобів гасіння дуги.
Дуга в електричних апаратах
В цьому класі електротехнічних пристроїв (автоматичні вимикачі, контактори, магнітні пускачі) боротьба з цим явищем має особливе значення. Коли контакти вимикача, не обладнаного спеціальними пристроями для запобігання дуги, розмикаються, то вона обов`язково запалюється між ними.
У момент, коли контакти починають відділятися, площа останніх зменшується швидко, що призводить до збільшення щільності струму і, отже, до підвищення температури. Тепла, що виділяється в проміжку між контактами (звичне середовище масло або повітря) досить для іонізації повітря або випаровування і іонізації масла. Іонізоване повітря або пар діє як провідник для струму дуги між контактами. Різниця потенціалів між ними дуже мала, але її достатньо для підтримки дуги. Отже, струм в ланцюзі залишається безперервним тих пір, поки дуга залишається невирішеним. Вона не тільки затримує процес переривання струму, але також генерує величезну кількість теплоти, яке може привести до пошкодження самого вимикача. Таким чином, головна проблема в вимикачі (перш за все високовольтному) - це гасіння електричної дуги в найкоротші терміни для того, щоб що виділяється в ній тепло не могло досягти небезпечного значення.
Фактори підтримки дуги між контактами вимикачів
До них відносяться:
1. Напруга електричної дуги, що дорівнює різниці потенціалів між контактами.
2. Іонізовані частки між ними.
Беручи це, зазначимо додатково:
- Коли між контактами є невеликий проміжок, навіть невеликої різниці потенціалів досить для підтримки дуги. Одним із способів її гасіння є поділ контактів на таку відстань, що різниця потенціалів стає недостатньою для підтримки дуги. Проте цей метод є практично нездійсненним в високовольтному обладнанні, де може знадобитися поділ на багато метрів.
- Іонізовані частки між контактами, як правило, підтримують дугу. Якщо її шлях деионизирован, то процес гасіння буде полегшений. Це може бути досягнуто шляхом охолодження дуги або видалення іонізованого частинок з простору між контактами.
- Є два способи, за допомогою яких здійснюється захист від електричної дуги у вимикачах:
- метод високого опору;
- метод нульового струму.
Гасіння дуги збільшенням її опору
У цьому методі опір на шляху дуги зростає з плином часу так, що струм зменшується до значення, недостатнього для її підтримки. Отже, він переривається, і електрична дуга гасне. Основний недолік цього методу полягає в тому, що час гасіння досить велике, і в дузі встигає розсіюватися величезна енергія.
Опір дуги може бути збільшена шляхом:
- Подовження дуги - опір дуги прямо пропорційна її довжині. Довжина дуги може бути збільшена за рахунок зміни зазору між контактами.
- Охолодженням дуги, точніше середовища між контактами. Ефективне охолодження обдувом має бути направлено вздовж дуги.
- Приміщенням контактів в трудноіонізіруемую газове середовище (газові вимикачі) або в вакуумну камеру (вакуумні вимикачі).
- Зниженням поперечного перерізу дуги шляхом її пропускання через вузький отвір, або зниженням площі контактів.
- Поділом дуги - її опір може бути збільшено шляхом поділу на ряд невеликих дуг, з`єднаних послідовно. Кожна з них відчуває дію подовження і охолодження. Дуга може бути розділена шляхом введення деяких провідних пластин між контактами.
Гасіння дуги методом нульового струму
Цей метод використовується тільки в ланцюгах змінного струму. У ньому опір дуги зберігається низьким, поки струм не знижується до нуля, де вона гасне природним шляхом. Її повторне запалювання запобігає незважаючи на збільшення напруги на контактах. Всі сучасні вимикачі великих змінних струмів використовують цей метод гасіння дуги.
В системі змінного струму останній падає до нуля після кожного напівперіоду. У кожне таке обнулення дуга гасне на короткий час. При цьому середовище між контактами містить іони і електрони, так що її діелектрична міцність невелика і може бути легко зруйнована зростаючим напруженням на контактах.
Якщо це відбувається, електрична дуга буде горіти протягом наступного напівперіоду струму. Якщо відразу ж після його обнуління діелектрична міцність середовища між контактами зростає швидше, ніж напруга на них, то дуга не загорається і струм буде перерваний. Швидке збільшення діелектричної міцності середовища поблизу нуля струму може бути досягнуто шляхом:
- рекомбінації іонізованих частинок в просторі між контактами в нейтральні молекули;
- видаленням іонізованих частинок геть і заміною їх нейтральними частинками.
Таким чином, реальною проблемою в перериванні змінного струму дуги є швидка деионизация середовища між контактами, як тільки струм стає рівним нулю.
Способи деионизация середовища між контактами
1. Подовження зазору: діелектрична міцність середовища пропорційна довжині зазору між контактами. Таким чином, при швидкому розмиканні контактів може бути досягнута і більш висока діелектрична міцність середовища.
2. Високий тиск. Якщо воно в безпосередній близькості від дуги, збільшується, щільність частинок, складових канал дугового розряду, також зростає. Підвищена щільність частинок призводить до високого рівня їх деионизации і, отже, діелектрична міцність середовища між контактами збільшується.
3. Охолодження. Природна рекомбінація іонізованих частинок відбувається швидше, якщо вони остигають. Таким чином, діелектрична міцність середовища між контактами може бути збільшена шляхом охолодження дуги.
4. Ефект вибуху. Якщо іонізовані частинки між контактами зметені геть і замінені неіонізовану, то діелектрична міцність середовища може бути збільшена. Це може бути досягнуто за допомогою газового вибуху, спрямованого в зону розряду, або впорскуванням масла в міжконтактного простір.
У таких вимикачах як середовище гасіння дуги використовується газ гексафторид сірки (SF6). Він має сильну тенденцію поглинати вільні електрони. Контакти вимикача відкриваються в потоці високого тиску SF6) між ними (див. Малюнок нижче). 
Газ захоплює вільні електрони в дузі і формує надлишок малорухомих негативних іонів. Число електронів в дузі швидко скорочується, і вона гасне.
