铜触头开关电弧光谱测温研究

为了测量铜触头开关电弧的温度,研究了在满足局部热力学平衡条件下的电弧测温原理,设计了能够持续燃烧数微秒的暂态电弧和数毫秒的稳态电弧试验。使用HR2000＋光谱仪实现了电弧同步采集;分析了比色测温的选取原则,并得到用于测量电弧温度的Cu谱线对;结合测温公式,分别测得不同电流和燃弧时间下的电弧温度在7 000~10 000 K之间,且随着电流升高温度逐渐升高,同时得到真空电弧温度低于空气电弧温度。电弧温度的测量为揭示断路器开关介质恢复成败,从而进一步提高断路器性能提供理论依据。     

直流故障电弧稳态传热特性仿真研究

直流系统中的故障电弧具有持续性,其产生的高温会释放能量诱发可燃物燃烧.直流故障电弧难以检测又极具危害性,该文针对直流故障电弧的温度分布,基于磁流体动力学建立了直流故障电弧稳态传热数值模型,对不同电路电压、电阻、电极间距下的放电过程进行系统的数值研究,得到直流故障电弧的稳态传热模型的温度分布.在模型计算结果的基础上,揭示了电弧最高温度变化规律及电弧热源对于电极内部温度的传热规律.研究表明,电弧最高温度会随电阻的增大呈反比例下降趋势,随电极间距的增大呈现分数指数上升规律,随电路电压在一定范围内呈现线性增长,但随电压增加温升速率减小;电弧温度的提高会使靠近电弧侧的电极导体具有较高的温度下降速率,该速率会随着导体的延长而降低;电极间距的增大会使电弧最高温度向尖端电极偏移.     

基于COMSOL的10 kV高压开关柜温度场仿真分析

现有的10 kV高压开关柜温度场仿真分析中,由于10 kV高压开关柜的内部结构、材料属性和传热过程复杂,难以准确地对其内部温度进行求解计算。为解决上述问题,利用COMSOL中共轭传热模块对10 kV高压开关柜的温度场进行仿真计算。应用该仿真方法,可以有效求解10 kV高压开关柜的稳态温度值,准确模拟稳态温度场,并且结果误差小,符合实际温度分布规律。最后通过红外测温试验对比分析,验证了本仿真方法的有效性和准确性。     

小电流直流电弧的动态模拟及其稳态特性研究

直流电弧故障一旦发生,由于无过零点阶段,电弧不易熄灭,将严重危害直流供配电系统的安全运行,因此有必要研究小电流直流故障电弧的电气特性与温度场分布。电弧发展过程较为复杂,涉及电场、磁场、流体场与热力场等多个物理场的变化,建立了直流电弧的磁流体动力学模型,通过有限元分析方法模拟了电弧的发展过程,得到了直流电弧不同发展阶段的电弧电压、温度分布变化特点。同时,建立了电弧等效电阻的数值拟合模型,通过该模型获得的电弧电阻特性变化规律与实验数据基本吻合,电弧电阻与电弧电流呈反比例特性。分析了直流电弧稳态特性的影响因素,证明了电弧电流、电极间距是决定电弧特性的主要因素。以上研究结果为小电流直流电弧特性研究提供了新思路,为直流电弧的检测及保护装置的研究提供理论支持。     

采用光谱诊断法测量长间隙空气电弧温度

电弧温度是表征长间隙空气电弧物理特性的重要参量。采用光谱诊断法测量长间隙空气电弧温度,为分析输电线路潜供电弧的自熄特性提供了依据。基于空气电弧等离子体辐射的光谱诊断原理,由附加光学预处理装置的高速图像采集系统来拍摄电弧图像,结合数字图像处理技术、阿贝尔(Abel)变换和光谱相对强度比色法,计算得到电弧等离子体的温度分布。研制了长间隙空气电弧温度的测量系统,对小电流电弧温度特性进行测试分析。结果表明,所提出的光谱诊断测温法能有效测量长间隙空气电弧等离子体的温度分布,为研究潜供电弧的自熄机制提供了重要手段。     

基于磁流体动力学模型的弓网电弧温度场仿真

笔者针对弓网电弧产生的瞬时高温严重烧蚀受电弓滑板和接触网导线的问题展开研究。以磁流体动力学(MHD)理论为基础,考虑电弧的基本物理特性及电磁效应、热效应和辐射效应,建立了静态弓网电弧二维磁流体动力学模型,仿真计算了电弧的温度场分布,得到了电弧弧柱和两电极内部的温度分布特性。仿真结果表明,弧柱中心区域温度最高,并逐渐向外衰减;滑板表面温度高于导线表面,两电极表面温度低于弧柱温度;受电弓滑板表面的温度随着滑板材料热导率的增大而降低;电弧区域、滑板和导线上的温度随电流的增加而增大,而两电极之间的电位差基本保持不变。     

电磁发射拦截系统发射线圈三维温度场数值计算

为了更好地对电磁发射拦截系统的发射装置进行设计和实验研究,分析了发射装置的工作原理,建立了发射瞬间发射线圈温度场的数学模型。用有限元软件编制仿真程序建立了发射装置的仿真模型,并对其进行了三维温度场的有限元仿真,得到了发射线圈的温度随时间变化的规律;分析了线圈电流峰值载荷变化对线圈温度的影响规律。结果表明:由于发射线圈中脉冲电流产生焦耳热的作用,线圈的温度瞬时升高,但加载过程的前段时期内线圈的温度分布很不均匀,最高温度位于最里圈的内侧,随着放电时间的延长,由于受到热传导的作用,线圈的温度逐渐下降并趋于均匀;发射线圈的温度随着电流载荷峰值的增大而迅速升高,若温度过高,会影响发射装置的发射效率和使用寿命。故当发射线圈的电流载荷较大时,应采用必要的冷却措施,以减少发射线圈的温升。     

基于电弧图像的中频真空电弧阳极燃烧特性研究

为了研究中频真空电弧的阳极燃烧规律,利用CMOS高速摄像机,对可拆卸真空灭弧室中的纯铜平板触头之间的中频真空电弧进行拍摄,触头开距为8 mm,触头直径为28 mm,分别采集了不同电流频率以及不同电流峰值下的电弧图像。利用MATLAB图像处理技术对阳极触头的灰度分布、阳极高灰度值区域的持续时间以及运动规律等进行了分析处理。结果表明电流峰值大小对阳极灰度分布的影响要远大于电流频率;阳极高灰度值区域的持续时间占总半波燃弧时间百分比随电流频率的增加而下降,而随电流峰值的增加而增加;阳极高灰度值区域在电流上升阶段发生融合,在下降阶段发生收缩。     

感应发电机温度场的数值计算

给出了一种具有轴-径双向通风冷却系统的感应发电机定转子温度场的计算方法。根据其电磁及冷却结构上的对称性,结合适当的假设,建立了样机半个轴向段的全域物理模型,计算得到了样机在额定运行状况下,稳态全域温度分布情况。并由此模型,进一步研究了冷却水流量和散热筋数量改变情况下的稳态全域温度分布。得到了定转子温升随冷却水流量和散热筋数量变化的一般规律。     

ER48660型锂/亚硫酰氯电池热分析

锂/亚硫酰氯电池放电时发热问题不仅影响锂/亚硫酰氯电池的性能和使用寿命,也存在严重的安全隐患[1]。利用FLUENT 6.2软件对ER48660型锂/亚硫酰氯电池工作时内部温度随时间的变化关系和温度分布情况进行计算机仿真分析,并讨论了不同放电电流和表面传热系数对ER48660型锂/亚硫酰氯电池内部温度随时间的变化关系和温度分布情况的影响。结果表明,不同放电电流和表面传热系数对电池内部温度随时间的变化关系和温度场分布具有明显影响。     

短路开断 SF_6 断路器灭弧室内热气流场数值分析

采用ＦＬＩＣ法计算了短路开断时ＳＦ６断路器灭弧室内热气流流场的分布，较好地模拟了灭弧室内的移动部件在开断过程中的移动情况和电弧电流的变化特性，分析了电弧与气流的相互作用情况，说明了电弧阻塞效应对气流特性的影响。     

长间隙小电流空气电弧动态特性(英文)

单相接地故障引起的配电网短路电弧和输电网潜供电弧在大气中自由燃炽,电弧的非线性使电弧试验和建模都存在较大的难度.本文对这种长间隙小电流空气电弧的物理特性进行了测试和分析,测量了容性和感性回路产生小电流电弧的电压和电流波形,并拍摄了电弧发展的动态图像,以此分析了电弧特性的时变特征.结合电弧理论和物理学说,详细阐明了电弧电压和电流波形的产生机理及发展轨迹,并给出了电弧的弧道电阻和动态伏安曲线,揭示了电弧各物理参量之间的关系和变化趋势.最后提出了电弧自熄判据,并以此计算了燃弧时间,与实测时间基本吻合.结果表明,长间隙小电流空气电弧特性研究的方法合理、结论可信,对分析电弧自熄特性和建立科学的电弧模型具有参考价值.     

A new interruption method for low-voltage, high-capacity, air-breakcontactors through suppression of hot blowoff gases

The purposes of this study are to suppress the blowoff of hot gases from an arc chamber and to shorten the arcing time in the interruption of overcurrents. The blowoff of hot gases is suppressed by the cooling action of a porous metal plate attached in front of the gas exhaust holes of an arc chamber. From heat analysis, it is estimated that exhaust gas temperature is reduced to less than 10% of the temperature of hot gases in the arc chamber using the porous metal plate. The arcing time is shortened by a unique commutation electrode and arc runner. For interruptions of a 6 kA current in a 480 V circuit, the maximum arcing time of the new method is shortened by about 40% compared with that of a conventional method. From observation using a high-speed framing camera, it is concluded that the shortening of arcing time is due to an effective arc-drive by the commutation electrode and arc runner. The new method has been applied to contactors of 600 A and 800 A frames having the maximum rated operational voltage of 660 V     

低压电器开关电弧可视化仿真研究

电器开关电弧的燃弧时间非常短,为了观察和分析燃弧的整个过程,提出一种基于电弧图像的可视化仿真方法.电弧弧柱的特征点从电弧图像中被提取出来,基于磁收缩效应、非均匀B样条理论和电弧特征点,建立一种弧柱的可视化模型.仿真结果显示,提出的可视化仿真方法对于低压电器开关电弧是有效的.     

限流熔断器电弧能量的简化计算与分析

提出电弧电压在电弧燃炽过程中恒定这一简化假设,推导了直流和交流情况下电弧能量计算公式.基于该公式分析了电弧能量和电弧电压的关系,发现电弧能量随电弧电压增高而降低,当电弧电压均值约为额定电压的2.5～3.0倍时,可以使电弧能量降低到合适水平.进一步分析了电弧能量和预期短路电流、短路时间常数（直流）或短路相角（交流）的关系.分析表明：直流情况下电弧能量受时间常数影响最大,随时间常数单调增加;交流情况下电弧能量与短路电流和短路相角都有显著关系,最大电弧能量大约出现在中等短路电流和0°短路相角处.这为限流熔断器的过电压设计和最大电弧能量短路分断试验参数的选择提供参考.     

直流接触器触头电弧侵蚀特性

触头开断过程中会产生电弧,从而导致触头表面被侵蚀,影响其电接触性能。由于直流供电系统不存在自然过零点,致使直流接触器触头受电弧侵蚀影响比交流接触器更加严重。为了研究电弧对触头的侵蚀作用,基于磁流体动力学理论,考虑电弧与触头之间的能量耦合,建立电弧-触头动态耦合模型,研究了电流等级和分断速度对触头电弧侵蚀特性的影响。仿真结果表明：近阳极区电弧温度高于近阴极区电弧温度;电流等级由20 A提高到30 A时,电弧温度和燃弧时间显著提高,燃弧能量增加75.93%,使得触头侵蚀更加严重;触头分断速度由0.1 m/s增加到0.2 m/s时,电压电流的变化率提高,燃弧时间和熔池体积减小,燃弧能量减少47.83%,电弧对触头的侵蚀作用降低。实验结果与仿真相吻合,验证了仿真模型的正确性。     

一种断路器开断燃弧时间检测新方法

准确测量断路器燃弧时间的关键是确定电弧的起弧时刻.根据断路器开断时开断电弧的模型,详细分析了断路器开断前后电流的变化过程和开断相角等因素对燃弧时间的影响,提出了一种基于暂态电流的燃弧时间检测方法.通过对线路发生故障后的部分故障线路的三相电流录波数据滤波后进行拟合,预测之后的电流变化,并与实际电流数据比较,求得电流畸变量.当畸变量大于设定阈值时,即可认为该时间点为断路器的触头始分点;断路器首开相的触头始分点即起弧时刻.开断完成的时间点即熄弧点为相电流小于设定阈值的时间点,末开相的熄弧点为熄弧时刻.起弧时刻与熄弧时刻之间的时间差为断路器的燃弧时间.利用电磁暂态分析程序EMTP仿真证明了该方法的可行性和较高的可靠性.     

电弧反射电缆故障测距装置脉冲发射时刻选择算法

电弧反射法(ARM)是一种广泛应用的电缆故障测距方法.由于不清楚测试过程中电缆故障点电弧电阻的动态特性,因此施加测试脉冲时脉冲发射时刻的选择比较困难.分析了ARM测距装置放电过程中的电压和电流特性,以及故障点的电弧电阻特性.论证了在直流电弧放电阶段电弧电阻较低而且稳定,是发射脉冲的最佳时段.据此提出根据电流最大值和故障...     

ELFSL4-2型断路器灭弧室气流场分布计算及分析

根据热力学和等熵流理论,开发出相应的数值计算方法和程序,对ELFSL4—2型断路器灭弧室开断过程中上游气缸压力,温度和喷口气流量进行了计算,同时还计算出电流过零时气压、流速、温度等参数沿喷口轴向的空间分布值。结果显示,该灭弧室较好地利用了电弧阻塞效应,因此具有良好的灭弧能力。