Ag触头开关电弧测温原理与谱线分析

为了测量鲰触头开关电弧的温度,分析了光谱分析法测量电弧温度的原理,得到了比色法测温公式和谱线的选线原则;同时,为了初期的电弧温度测量,研究设计了Ag触头开关电弧产生装置,使用USB2000＋微型光谱仪对Ag触头开关电弧的谱线进行了分析。选用AgI768．78nm配合AgI421．28nm,AgI 520．91nm分别进行电弧温度计算;使用NIST数据库查找得到关键测温参数,根据测温公式和谱线强度比,测得舷触头开关电弧温度在5000～9000K。测量结果为断路器开关介质的恢复、开断性能的提高提供了理论依据。     

PTFE蒸气对电弧特性影响的数值分析

在喷口电弧动态数学模型中 ,考虑了喷口烧蚀产生的PTFE蒸气的作用。应用有限元方法模拟了SF6 自能膨胀式断路器开断短路电流的过程。通过与不考虑PTFE蒸气影响的开断过程的模拟结果相比较 ,得到了PTFE蒸气对喷口电弧特性影响的结果。表明 :PTFE蒸气使喷口电弧的压力明显增高 ;使电流较高时的电弧温度降低 ;使电弧电流过零时的弧区温度升高 ;在电弧电流下降时 ,电弧的温度下降速度变慢 ;使电弧的半径增大。     

基于彩色摄像和光谱分析联合测温方法的电弧温度场分布测量

温度是描述电弧物理特性的关键参数,掌握电弧温度分布随时间变化的规律对分析电弧燃烧机理及其对触头的烧蚀过程具有重要意义。利用彩色高速摄像机和光谱分析仪进行联合测温,得到电弧温度场空间分布随时间的变化规律。通过开距可调的电弧发生装置产生稳态电弧,进行测温系统标定,得到了稳态电弧温度场分布。在此基础上研究了不同稳态电流下电弧温度场分布,得到了电流对于标定系数及电弧温度场分布的影响规律。     

SF_6断路器动态接触电阻测量方法及影响因素

动态接触电阻测量是反映SF_6断路器弧触头侵蚀状态的有效方法,但测量时影响因素较多,因而研究这些影响因素对准确分析弧触头侵蚀状态非常重要。通过建立动态接触电阻测量回路与SF_6断路器试验模型,研究了测量电流、电源型式、电弧烧蚀及断路器分闸速度对动态接触电阻的影响。研究结果表明:为获得稳定而准确的动态接触电阻,测量电流应大于1 000 A;超级电容器与蓄电池均可作为测量的电源,蓄电池输出电流更稳定;30 kA比10 kA试验电流下电弧烧蚀更严重,100次试验后动态接触电阻分别增大169.9μ?与11.9μ?;当测量电流较大时,断路器分闸速度在4.4~8.43 m/s之间变化对动态接触电阻影响较小,最大相差15.6μ?。     

非平衡态双温度SF_6等离子体电弧数学模型研究

笔者针对SF6断路器小电流开断过程中温度梯度、各粒子密度梯度较大等现象,对非平衡态等离子体双温度电弧模型进行研究。分析电子与离子及中性粒子的碰撞频率与碰撞截面对电导率的贡献,得到SF6等离子体电导率随温度和压力变化关系,进而建立小电流条件下非平衡态双温度电弧模型。在已建立小电流非平衡态双温度电弧模型基础上,将研究结果应用于126 kV SF6断路器开断容性小电流弧后介质恢复特性计算,得到计算结果与平衡态条件下相比是有差异的,此电弧模型的建立为非平衡态小电流数值计算提供了一种新的方法,研究结果对完善电器电弧理论具有重要意义。     

10kV自然换流型混合式直流断路器中真空电弧电流转移特性研究

围绕应用于?10kV直流配电领域中的自然换流型混合式直流断路器的电弧电流转移特性展开研究。开断过程中,机械开关支路在没有辅助换流装置的情况下,需要在真空电弧电压的作用下实现电流向主关断支路的转移。文中建立了真空电弧电流转移的数学模型,确定了电弧电压、转移回路电感电阻参数、电力电子支路的导通压降是影响真空电弧电流转移的主要因素。实验方面首先对具有不同触头结构及材料的真空灭弧室进行了电弧电压测量,实验表明真空电弧电压可以同电力电子支路进行配合;在此基础上,采用IGBT作为电力电子支路开关,进行真空电弧电流向电力电子支路的转移实验,并研究了回路电感电阻参数对于转移特性的影响;最后,设计实现了10kV自然换流型混合式直流断路器,并对开断进行了实验:真空灭弧室电弧电流在1.5ms内完全转移到电力电子支路,关断电流3.6kA、关断过电压21.4kV,验证了该方案的可行性。     

开关电弧非平衡态电导率的研究

电弧等离子体电导率是影响电弧能量的关键因素之一。文中从微观角度出发,通过库伦碰撞模型对SF_6电弧等离子体内电子温度与重粒子温度进行计算,针对热力学非平衡态特点对Saha方程、Guldberg-Wagge方程进行修正,根据SF_6放电时存在的电离、解离平衡计算得出不同压强、不同温度下的电子数密度;改进Spitzer电导率计算模型,得到压强为0.1～1 MPa、温度为300～20 000 K范围内非平衡态双温度SF_6电弧等离子体电导率,并在压强为0.6 MPa下与平衡态电弧电导率计算结果进行对比。研究结果表明:当温度为7 000 K时等离子体内部开始出现电子,并随着温度的升高电子密度迅速达到峰值;压强为0.6 MPa下,温度小于10 000 K时,非平衡态双温度等离子体电导率与平衡态等离子体电导率计算结果相差较大,这是由于非平衡态条件下,电子温度与重粒子温度相差很大,不能用单一温度同时表征两种粒子的发展过程。在等离子体内粒子电离不充分时,非平衡态双温度电弧等离子体模型更能够准确描述电弧的动态发展过程。研究结果可应用于滤波器组、电容器组断路器等开断容性小电流的气流场数值计算中。     

改进混合型限流断路器限流特性及换流电弧能量分析

混合型限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。为了对高di/dt电流下混合型限流断路器的换流电弧能量进行分析,在已研制出的两种混合型限流断路器样机基础上,开展了相同实验线路参数和设定动作值条件下的两种限流断路器方案的对比实验。改进方案可将电流上升率di/dt为18A/μs的短路电流限制到7.5kA,分断动作时间1ms,相比于初始方案,改进方案分断速度更快,限流能力更强。进而计算了2种方案在不同短路电流上升率下的换流电弧能量,并分析了电弧能量对触头烧蚀特性的影响。改进方案能够有效地降低换流电弧能量,减小电弧对触头的烧蚀,提高触头寿命。研究表明改进方案更适合需要多次分断高di/dt短路电流的应用场合。     

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。     

基于电弧电压的混合型直流断路器

混合型直流断路器同时具有传统机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速关断的动态特性,多端直流输电网络很大程度上依赖于直流断路器技术的发展。文中提出了一种基于电弧电压的混合型直流断路器,推导了电流换流物理过程的数学关系。通过有限元分析软件,进行了关键部件——电磁斥力机构高速开关的仿真计算。在以上基础上进行了1kA/15kV直流断路器样机的设计研制,试验结果表明,该样机的电弧最大换流能力为3kA,电流从高速开关向固态开关转移的过程呈指数关系,与理论推导相符。该样机能够在5ms内分断10kA短路电流,分断时间主要取决于高速开关开断速度以及电弧电压大小。     

弓网电弧等离子体光谱特性实验

弓网电弧等离子体具有高温度、高能量的特点,对高速铁路弓网电接触的性能造成了威胁。基于弓网电弧模拟实验平台,利用光谱诊断法对弓网电弧等离子体进行研究。对辐射的主要特征谱线进行标识和归属,并计算弓网电弧等离子体的激发温度、转动温度、振动温度和电子密度。此外,还研究了电源输出电流对激发温度和电子密度的影响。实验结果表明,弓网电弧等离子体对接触网铜导线和浸金属碳滑板强烈的烧蚀作用会产生丰富的铜原子谱线、铁原子谱线和CN B2∑+→X2∑+谱线。同时,基于Boltzmann斜线法,发现了弓网电弧等离子体激发温度随电流的增加而增加。通过拟合电弧等离子体中CN B2∑+→X2∑+谱线,可知在30A电流条件下,弓网电弧等离子体的转动温度和振动温度分别达到6 800K和9 000K。最后,讨论了特征谱线的展宽机制,并利用Cu I 521.82nm谱线,探讨了弓网电弧等离子体的电子密度随电流的增加而上升的情况。     

Predicting Damage from 277-V Single Phase to Ground Arcing Faults

Laboratory tests of arcing faults trapped between a corner of a simulated steel housing and single or multiple bus bars were found to be reasonably reproducible and caused relatively consistent burning damage. Single phase 277-V arcing fault tests using spacings of 1 to 4 in from bus bars to ground at current levels of about 3000 to 26 000 A indicate that damage is proportional to I1.5t. In this ``ballpark' arc voltage and arc length need not be known to predict probable maximum damage. For coordinated short circuit and ground fault protection, an arbitrary practical limit is proposed such that I1.5t is numerically not greater than 250 times the ampere rating of the circuit. Probable maximum burning damage in cubic inches of copper, aluminum, and steel is predicted based on the tests. The arbitrary limit is achievable with commercially available equipment using simple time current band coordination. Lower limits can be achieved using more sophisticated ground fault protection equipment.     

智能高压开关设备的在线监测技术

金属开关柜柜内和手车触头温升、断路器机械特性及断路器触头电弧烧损是造成开关柜设备故障的重要方面,对它们进行有效的实时监测是实现开关设备维护方式转换的关键。文章介绍了CG2061型高压断路器触头温升在线测量系统原理及应用、永磁操动机构断路器远方监视技术及断路器触头电弧烧损监测技术。     

低压断路器电弧转移现象的光学诊断

大多数微型低压断路器是靠把电弧从起始位置移到灭弧位置以分析短路电流的。本文３借助成像及光谱技术着重研究电在离开弧触头区时发生的现象。采用了一种新的多镜头电子照相机，它的爆光时间可达１００ｎｓ，可在一行内拍摄几幅电弧照片。由于使用了干涉滤光片，可以将铜，氢及碳分子这些典型粒子的空间辐射分布显示出来。     

Measurement of the radial temperature distribution in the central part of an arc burning through a polyethylene tube

The radial temperature distributions in the central part of arcs burning through polyethylene (PE) tubes are estimated by measuring the half-width of Hα line spectrum and using the electron density versus Stark half-width and the electron density versus temperature characteristics. Estimation is carried out for various tube inner diameters (2 and 4 mm) and dc arc currents (5, 10 and 15 A). The result shows that the temperature at the arc center is around 10,000 K, and it tends to increase as the tube inner diameter becomes narrow and/or the arc current increases. The overall temperature distributions from the arc axis to the tube wall are obtained by combining these inner temperature distributions with outer temperature distributions which have been derived from C₂ spectra. They are found to take a form of typical two-temperature distributions of ablation stabilized arcs. The electric field strengths of PE arcs are evaluated from the temperature distributions and the electrical conductivity versus temperature characteristics of thermally decomposed polyethylene vapor gas. The results agree well with experimental values.     

高压开关设备的状态维修技术

金属开关柜柜内和手车触头温升、断路器机械特性及断路器触头电弧烧损是造成开关柜设备故障的重要原因,对它们进行有效的实时监测是实现开关设备维护方式转换的关键。介绍了CG2061型高压断路器触头温升在线测量系统原理及应用,永磁操动机构断路器远方监视技术及断路器触头电弧烧损监测技术。分析了断路器分闸动作时线圈电流波形与动铁心位移关系。列举了断路器短路开断电流与开断次数的计算方法。指出了将运行成熟的在线监测技术纳入设计和制造中,可以降低电器产品在线监测单元的安装费用,减少不必要工作。     

触点材料直流电弧静态伏安特性试验研究

直流电弧静态伏安特性是电器电弧理论的基础,是理解电弧发生、发展至熄灭的重要手段。本文借助电弧发生装置绘制出不同触点材料（W、Cu、AgNi合金）的直流电弧静态伏安特性曲线,确定触点材料的最小燃弧电压值和最小燃弧电流值,进而建立了等效电弧模型,并确定了其应用范围。所得结论对于电弧特性的研究具有积极意义,同时对于电器熄弧过程的电路分析具有一定参考价值。     

低压故障电弧图像特征提取及试验

为了研究负载功率、负载类型对电弧面积变化的影响,基于CCD高速摄像机,构建了高速图像采集系统.通过电弧图像的连续采集获取一个完整的燃弧过程图像.利用数字图像处理技术对图像进行去噪、图像增强、边缘检测、图像分割等处理,得到电弧图像面积.试验结果表明,在相同试验条件下,负载功率越大,电弧燃弧面积越大,燃弧时间越长,电弧危害程度越大;不同负载电弧燃弧面积和燃弧时间不同,为定量判定电弧危险程度提供依据.     

金属卤化物灯电极温度研究

本文介绍了一种测金属卤化物灯电极温度的方法,测定高温电极在三个不同波长处的辐射强度来得到电极温度.这种方法解决了因电弧辐射的干扰而造成的困难.用这个方法测量并比较了金属卤化物灯在竖直燃点时,不同镇流器工作条件时的电极温度.