电场不均匀系数对SF6/N2混合气体负直流电晕电流脉冲特性的影响

为了研究SF6/N2混合气体负直流电晕电流脉冲特性,建立SF6/N2混合气体二维轴对称针-板几何模型,对不同电场不均匀系数下的负直流电晕放电进行了仿真计算.通过将放电过程中正离子、负离子和电子的连续性方程与泊松方程耦合,研究负电晕电流脉冲的形成机制,分析了电场不均匀系数对带电粒子变化过程和电流脉冲特征参数的影响,并通过针-板模型电晕放电实验平台验证了仿真模型的有效性.仿真结果表明,电流脉冲形成过程中,电子数密度远小于离子数密度,且正离子数密度大于负离子数密度;每个电流脉冲对应一个负离子云的形成和迁移,随着电场不均匀系数减小,由于针电极和负离子云之间的静电排斥,负电晕会呈现先偏离针尖发展、而后又向针尖回移的趋势;电流脉冲幅值整体呈增大趋势,初始电流脉冲宽度增大,脉冲上升时间和下降时间增长,同时脉冲重复率减小.     

棒-板电极直流负电晕放电过程中重粒子特性的仿真研究

为研究电晕放电过程中的重粒子特性,基于流体动力学模型提出了一种改进的电晕放电混合模型,该模型包含空气放电过程中最主要的6类等离子体化学反应,以及光电离作用和二次电子发射过程。基于上述模型,对棒-板电极在6 kV电压下的负电晕放电过程进行仿真,得到负电晕放电的脉冲波形;并分析了电场强度、净空间电荷密度在单次脉冲过程中随着时间和空间的变化规律,重点讨论了重粒子的组成成分及其分布特性。结果表明,在所有粒子反应中,电子和N2分子发生碰撞电离的反应速率最大,但产生的N2+密度却远小于O4+和O2+。O2-离子是负离子中数量最多的粒子,对电晕放电过程起到抑制作用。O是除N2和O2外含量最高的中性粒子;由于中性粒子在电晕放电过程中的含量较小,因此起到的作用相对较小。     

窄脉冲放电粒子荷电过程分析

对脉冲流光放电粒子荷电过程进行了分析 ,脉冲流光放电状态不同于传统的直流电晕放电 ,窄脉冲流光放电电晕区可延伸到异性电极 ,区域内既有电子 ,也有正离子和负离子 ,电子能量远高于离子能量 ,正离子数量高于负离子数量。脉冲流光放电粒子荷电过程分两个阶段 ,在脉冲放电期内为电子荷电 ,脉冲期过后为离子荷电     

棒-板电极直流负电晕放电脉冲过程中的电子特性研究

为了揭示负电晕放电过程的电子特性,本文对棒-板间距3.3mm,施加电压-5.0kV,大气压强1.0atm(1atm=101 325Pa),环境温度300K时的空气(N_2:O_2=4:1)负电晕放电微观过程进行数值计算,该过程主要通过求解改进的电子连续性方程、电子平均能量方程、重粒子连续性方程和泊松方程实现,计算结果表明单次脉冲的波形特性和实验结果符合较好。文中选取单次脉冲持续周期内的6个典型时间点对负电晕放电过程中的电子特性进行详细描述,结果表明:电子温度的最大值出现在场致电离区,随着放电时间的发展由阴极向阳极移动,温度值也随之减小。电子密度在阴极鞘内近似为0,在阴极鞘外层具有最大值,随着放电时间的增加,电子分布区域由阴极向阳极扩展,并且棒-板间隙内的电子密度逐渐增加。R_1和R_2分别为与N_2和O_2有关的碰撞电离反应,是电子增殖的主要过程,在整个放电过程中R_1和R_2的反应速率几乎保持一致;R_(17)是涉及N_2、N_2~+和电子的三体复合反应,在电子消散过程中占绝对优势。     

日本对特高压直流线路环境影响的研究

在直流输电线路的导线和绝缘子上,由于电晕放电会产生无线电干扰、电晕噪声以及对周围环境的影响,建设直流输电线路就必须充分考虑这些因素。一、离子流带电离子流带电是直流输电线路上一种特有的现象。直流输电线路的导线表面由于电晕放电产生离子,导线在正极性时为正离子,负极性时为负离子,都流向地面。离子流到     

针–板电极负电晕放电下离子分布状态的影响因素

为研究电晕放电过程中影响离子分布的因素,用针-板电极电晕放电装置,通过改变放电空间的大小,测量了不同放电电压下接地极板不同区域的电流分布。并通过电场模拟及离子风流场模拟,分析了负电晕放电过程中电场强度、离子风、空间离子之间相互作用的关系。结果表明:在针-板电电极晕放电过程中,空间离子的运动状态与放电电场强度和离子风流场分布相互干扰,最终形成离子在电场中的分布状态;放电电场强度是影响离子运动轨迹的主导因素,但是随着电场强度的减弱,离子风流场逐渐形成,离子风将携带部分离子运动,因此,此时离子风的流场形式是影响离子运动状态的主要因素。通过对离子在电场中的运动状态分析,为解决放电场中离子与电场中物质相互作用提供了理论支持。     

直流气体放电过程中的离子分子碰撞模型

气体放电是高压设备绝缘击穿的一种常见现象,为了研究正离子能量及行为对气体放电过程的影响,采用微观粒子法在计算机上模拟了平板电极下,极间电压为500V时,短间隙击穿过程中的正离子运动。数值计算的过程中考虑了离子与分子间的弹性碰撞及电荷交换碰撞对离子运动的修正作用,采用了与能量相关的碰撞截面,跟踪正离子直至其运动到达阴极表面。基于此方法获得了空间电荷密度、带电粒子数与电场强度等宏观物理量。计算结果表明:直流放电过程中,正离子碰撞阴极是放电得以维持的必要条件;正离子运动缓慢形成的空间电荷畸变了电场,促进了碰撞电离,有利于放电的持续进行,同时离子碰撞加剧将减弱γ过程,使放电无法自持。     

SDBD等离子体中正、负离子的动量传递效率

为研究表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体体积力密度的产生机理,采用粒子图像测速技术测量了SDBD激励器的诱导射流。发现采用正极性纳秒脉冲激励时诱导射流从植入电极指向暴露电极,与一般交流激励SDBD诱导射流方向相反,说明负离子对体积力密度的产生具有重要影响。同时,数值模拟了正极性纳秒脉冲激励下SDBD放电过程,得到了正离子、负离子和电子浓度分布随时间的演化情况;计算了正离子、负离子产生的时均体积力密度,发现整个脉冲放电周期内负离子数密度一直低于正离子,其产生的体积力密度绝对值远小于正离子情况,与实验结果进行对比表明负离子动量传递效率要远高于正离子,正离子的动量传递效率应低于37.9%。电流计算结果表明,放电过程中出现了2个连续正向放电和1个反向放电。     

正极性电晕放电脉冲特性仿真研究

正极性电晕放电脉冲由于其幅值较大,持续时间较长,在特高压交直流输电线路无线电干扰产生中占主导地位。为了深入研究正极性电晕脉冲发展的微观物理过程及其重复机制,文中基于流体动力学模型,用背景电离来代替光电离为正极性流注的发展提供种电子,对间距为1 cm,施加电压为17.5 k V的同轴电极进行了正极性电晕放电特性仿真,得到了一组较为规则的正极性电晕电流脉冲,脉冲幅值为15～25 mA。而后对初始脉冲不同发展阶段的空间电场分布特性和3种带电粒子(正离子、电子和负离子)空间浓度分布特性进行了分析讨论,对死区时间内的电场和正离子空间演化特性进行了描述,并给出了新的脉冲发展时空间电场分布。通过仿真发现,正流注在向前发展时,等离子体通道内的场强非常小,而流注头部场强较大。流注停止发展,逐渐消散时,通道内和流注头部的正离子在电场力的作用下向外迁移,导线表面电场逐渐恢复,当恢复至可以引发初始电子崩的起晕场强时,新的电晕脉冲发生。     

非均匀场下SF6短间隙正电晕放电行为

为深入探索SF6气体放电过程的微观机制,对大气压下10mm针-板电极SF6气体间隙的正电晕放电通道中带电粒子行为进行了研究。在尖-板电极模型的基础上,考虑了SF6间隙放电过程带电粒子电离、附着、复合、扩散以及光致电离的影响,给出了SF6短气隙正电晕放电过程的电子、正离子和负离子时空行为的表征方程,以及与空间电荷场耦合的泊松方程,并采用通量校正输运法(flux-corrected transport,FCT)对粒子连续性方程进行求解,获得了放电过程中带电粒子的时空行为规律及空间电场分布发展规律,并从空间电荷密度、放电参数、电场强度等方面与实验结果相比较,验证了模型及算法的正确性。     

导线横断面结构对直流输电线路正极性电晕放电的影响

导线横断面几何构型是影响直流输电线路电晕放电的重要因素,研究导线断面结构对电晕放电特性的影响对高压输电工程导线断面选择具有重要意义。为此利用流体-化学动理学方法首先建立了不同横断面结构导线表面电晕放电混合数值模型,对圆形导线和股线导线电晕放电过程中的表面电子数密度和电场强度分布规律进行了研究,具体分析了导线横断面最外层股线数对正极性电晕放电特性的影响。研究结果表明:股线附近的电子数密度明显高于圆断面导线,但在流注放电阶段,流注通道内不同横断面导线电子数密度相差不大;在放电初期,股线导线表面的电场强度明显高于圆形导线表面,随着放电时间的发展,场强差值逐渐减小;随着导线断面股线数(瓣数)的增加,导线表面电子数密度和电场强度反而减小,当股线数达到某一定值时,其股线导线表面电晕特性接近于圆断面导线。     

电晕离子流对先导放电路径的影响

为探明当空气中含有电晕产生的离子时(离子背景),对雷电先导的发展、击穿过程和路径的选择有何影响,分别采用两种不同的实验方法研究了正、负离子流对先导放电进展路径影响的特点及规律,两种方法得出的一致结果表明,有离子背景的雷电先导放电路径具有选择负离子背景而回避正离子背景的特点和规律并运用电子崩发展和电场作用两方面原理,分析了离子背景的影响机制。这对于特高压输电线路与设备的防雷及其绝缘设计的进一步研究具有重要参考意义。     

线点式电晕放电特性实验研究

目前,大气压非平衡等离子体及其源的研究局限于弱(电场)电离放电范畴,存在等离子体浓度低、能耗高和体积庞大等问题。为此,研究非均匀强电场下电晕放电特性及其离子运动规律,以便解决上述问题,成为当务之急。该实验以自制的线点式等离子体发生器为例,研究其在非均匀强电场下的电晕放电特性及离子运动规律,结果表明:使用细电晕极,更易使空气电离产生负离子;通过数据模拟,得出此线点式电晕放电空间,负离子浓度可达到1014～1015个/m3,且电压越高,越靠近电晕区,场强越大,离子输运率越高,负离子浓度越大。此装置比线板式放电装置在同一位置处单位体积内的离子浓度更高,更易集中获得荷电粒子。     

不同电极结构中SF_6/N_2混合气体正向流注电晕放电特性

宏观上假定气体放电过程中产生的正、负离子束和电子束为流体,采用二维流体动力学模型对SF6/N2混合气体正向流注电晕放电过程进行建模,利用通量校正传输法求解连续方程,通过求解耦合的泊松方程处理空间电荷畸变电场对放电的作用,仿真过程中假设带电粒子的输运参数是折算电场的函数,对比分析了平行板电极间隙、同轴电极间隙和棒-板电极间隙三种电极结构中正向流注电晕放电特性。结果表明:流注电晕的形成加强了流注头部与阳极间的场强,减弱了流注尾部与阴极的场强。只有流注头部所在位置的初始场强足够大时放电才能继续发展,否则放电转化为稳定的流注电晕放电。     

椭球电极负电晕放电的数值仿真研究

电晕放电的研究对深入理解高压电气设备内部各种缺陷的电晕放电机理有着重要的意义。耦合流体动力学方程和泊松方程,建立了椭球电极的负电晕放电模型,应用有限元方法分析了放电电流脉冲和正离子数密度分布,首次通过数值仿真分析了椭球电极环模式放电。研究了不同施加电压及电极形状对椭球电极负电晕放电的影响机理。结果表明,施加的电压、电极形状对椭球电极负电晕放电电流脉冲数、脉冲波形特性及放电脉冲模式等有很大的影响。     

气体放电管着火电压的测定与辉光放电特性描述

简述1种测试气体放电着火电压的方法,通过实验分析得出着火电压(U_g)与极间距离(d)、压强(P)关系:在其他条件不变时着火电压U_g是P与d乘积的函数。考察辉光放电过程中的特殊外形与极间距离、压强之间的关系以及辉光放电阴极区在气体放电过程中的重要性,辉光放电是1种高电压小电流的放电。这一特征是由阴极发射电子的机理决定的。由于r过程(正离子轰击阴极表面时使阴极产生的次级电子发射称为r过程)产生电子不很有效,所以必须有很高的阴极位降才能得到很小的电流密度。     

SF6气体正极性电晕放电特性仿真研究

为了研究SF6气体正极性电晕放电特性,采用有限元仿真软件COMSOL的流体动力学-化学混合数学模型,对针-板间隙SF6气体正极性电晕放电过程进行了仿真,研究了不同外加电势、间隙距离、初始粒子数密度条件下的电晕放电特性.得到主要结论如下:放电过程可分电流上升、电流下降以及电流趋于稳定3个阶段,电流上升阶段是由于电子崩形成所致;电流下降阶段是由于针尖区域电子数量减少,电离反应减弱,正离子云团远离针电极所致;电流趋于稳定阶段是由于电子崩过程基本结束,正离子云团在远离针尖区域漂移速率减缓所致;脉冲电流上升和下降耗时与外加电势负相关、与间隙距离正相关;脉冲电流峰值及稳定值与外加电势正相关、与针-板间隙距离负相关;针尖粒子数密度由1×109～1×1014 m-3变化时,脉冲电流上升耗时、下降耗时、电流峰值以及电流稳定值与针尖初始粒子数密度关系不大.     

均匀场中SF6二维流注放电模型的动态仿真

为了对SF6气体的放电过程进行深入研究,使用含电子、正离子、负离子的连续方程对SF6气体的放电过程建模,通过耦合泊松方程进行了解决空间电荷对电场的畸变影响的研究。使用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport)求解连续方程,并首次实现了二维情况下的SF6放电过程的动态仿真。模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散以及光电离等过程。从仿真结果可见,SF6放电时的电子崩转化成了正、负流注,并且光电离过程加速了流注的发展。通过仿真使得SF6流注放电机制的研究从定性变为定量,这对于进一步研究SF6及相关气体的放电机理具有重要意义。     

湿度对雷云电场作用下特高压地线表面电晕放电过程的影响

雷云电场下空气湿度对地线表面电晕放电过程的作用，会影响特高压交流输电线路的雷电屏蔽性能。为此，建立雷云电场下特高压输电线路双地线表面电晕放电模型并试验验证，模拟不同绝对湿度条件下地线表面正离子、气溶胶离子和中性粒子的漂移扩散过程，探究湿度对地线表面电晕放电过程的影响机制，分析湿度对地线接闪性能的影响规律。仿真结果表明：随着雷云电场的增大，空间正离子浓度不断增大并呈对称椭圆分布，地线表面电流增大，最大值为7.47μA·m-1；随着空气湿度增大，空间正离子浓度减小，浓度最大值仅相差4%，地线表面电晕电流减小，地线表面电晕放电起始时间延迟，且在雷云电场下参与定向排列水分子数量增多，地线周围电场强度增强，有利于地线表面上行先导起始，提高地线接闪性能。     

雷电先导下行过程特高压直流线路电晕向流注放电转化的仿真研究

为了定量研究雷暴过程中电晕空间电荷对特高压直流输电线路后续流注放电起始的影响,基于带通量限制器的2阶有限体积方法和Kaptzov假设,建立雷暴过程中特高压直流输电线路电晕空间电荷分布的数值仿真模型。通过开展动态电场下水平导线电晕放电电流的实测与仿真对比研究,验证了模型的准确性。计算分析典型±1100kV特高压直流输电线路雷暴过程中导地线电晕电流时域波形和电晕空间电荷分布特征。得出下行先导趋近过程会显著增加导、地线表面附近约0.5m范围内正离子密度,并使导、地线电晕电流最大值较雷云电场作用时增加6～7个数量级。随着地线表面附近正离子密度增加,电场最大值从地线表面向导线附近空间移动,而导致后续流注产生。所作研究工作可为后续研究电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击特性的影响奠定基础。