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考虑电极烧蚀影响的低压断路器电弧运动特性仿真及实验

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中国电机工程学报 2009年第3期29卷 115-120页

作者：马强荣命哲 Anthony B. Murphy 吴翊徐铁军孙志强电力设备电气绝缘国家重点实验室西安交通大学陕西省西安市710049 澳大利亚联邦科学与工业研究组织工业物理部

以磁流体动力学(magnetic hydro-dynamics,MHD)为基础建立了考虑电极烧蚀影响的低压断路器中电弧的数学模型。在传统的质量、动量和能量守恒方程的基础上增加了铜蒸气的浓度方程,考虑电极烧蚀对气体的热动力学特性和传输系数的影响,针... 详细信息

以磁流体动力学(magnetic hydro-dynamics,MHD)为基础建立了考虑电极烧蚀影响的低压断路器中电弧的数学模型。在传统的质量、动量和能量守恒方程的基础上增加了铜蒸气的浓度方程,考虑电极烧蚀对气体的热动力学特性和传输系数的影响,针对阴极和阳极不同特点分别建立了电弧与阴极和阳极作用的数学模型。利用基于有限容积法的商业软件对上述模型进行求解,得出灭弧室内温度场、浓度场、气流场、电位场的分布情况。仿真结果表明,由于电极附近"双漩涡"的存在,使得Cu蒸气浓度最大的区域位于弧根后方靠近电极的区域;考虑Cu蒸气影响时计算得到的电弧电压为比未考虑Cu蒸气影响时减小12.3%;考虑Cu蒸气影响所得到的电弧平均运动速度比未考虑Cu蒸气影响时减少21.3%。实验结果验证了仿真模型的合理性。

关键词：电弧等离子体磁流体动力学电极烧蚀电弧仿真

微型断路器短路开断过程中电极烧蚀特性仿真研究

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中国电机工程学报 2017年第4期37卷 1080-1087页

作者：李兴文王云峰原帅屈建宇电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

短路开断过程中电极烧蚀严重影响微型断路器开断性能和使用寿命,因此研究短路开断过程中微型断路器电极烧蚀特性具有重要意义。该文建立了电极烧蚀模型,该模型综合考虑了电极材料相变、电弧与电极表面之间的能量平衡关系以及烧蚀过程中... 详细信息

短路开断过程中电极烧蚀严重影响微型断路器开断性能和使用寿命,因此研究短路开断过程中微型断路器电极烧蚀特性具有重要意义。该文建立了电极烧蚀模型,该模型综合考虑了电极材料相变、电弧与电极表面之间的能量平衡关系以及烧蚀过程中边界的移动问题。测量了电弧在动静触头之间的停滞时间以及电弧电流波形,并基于二者获得了电极烧蚀过程中的电弧电流波形,将该电流波形作为模型的输入电流,利用该文电极烧蚀模型计算了短路电流为3k A时电极的温度分布,烧蚀体积和烧蚀质量,并与实验测得的烧蚀质量数据进行了对比,验证了模型的正确性和有效性。此外,基于该模型分析了短路电流为3k A时电弧停滞时间以及氧化锡质量分数对电极烧蚀质量的影响,结果表明在0.5~1ms范围内随着电弧停滞时间的增加,触头烧蚀质量近似线性增加,并且斜率约为7.06mg/ms;对于氧化锡质量分数分别为8%、10%和12%的银氧化锡材料,随着电极材料中氧化锡质量分数的增加,电极烧蚀质量增加比较平缓,整体上三种不同电极材料的烧蚀质量在4.5~4.8mg之间。

关键词：微型断路器电极烧蚀相变移动边界温度分布烧蚀质量

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高功率气体火花开关电极烧蚀机理研究

强激光与粒子束 2004年第6期16卷 781-786页

作者：罗敏江金生常安碧赵殿林中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

从热力学的角度 ,对高功率气体火花开关的电极烧蚀过程进行了理论分析 ,建立了该烧蚀过程的简化数学模型并进行了数值求解 ;研究了电极烧蚀深度与密度、定压比热容、熔点、沸点、热导率、熔解热等电极材料特性参数的关系 ;比较了钨、铜... 详细信息

从热力学的角度 ,对高功率气体火花开关的电极烧蚀过程进行了理论分析 ,建立了该烧蚀过程的简化数学模型并进行了数值求解 ;研究了电极烧蚀深度与密度、定压比热容、熔点、沸点、热导率、熔解热等电极材料特性参数的关系 ;比较了钨、铜、铝三种常用电极材料的耐烧蚀能力 ,结果表明钨的耐烧蚀能力最强。

关键词：气体火花开关电极烧蚀时域有限差分

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气体火花开关电极烧蚀研究

强激光与粒子束 2014年第1期26卷 248-255页

作者：谢昌明谈效华杜涛唐兵华尚绍环李蓉李正林中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621900

采用Mo,WCu和W分别作为三种气体火花开关的主电极材料,进行放电条件下电极烧蚀实验,研究开关电极烧蚀率和烧蚀形貌,分析电极烧蚀特征。结果表明,Mo,WCu和W开关的主电极烧蚀率分别为3.32×10-2 C-1·m-2,2.63×10-2 C-1·m-2和1.74×10-2... 详细信息

采用Mo,WCu和W分别作为三种气体火花开关的主电极材料,进行放电条件下电极烧蚀实验,研究开关电极烧蚀率和烧蚀形貌,分析电极烧蚀特征。结果表明,Mo,WCu和W开关的主电极烧蚀率分别为3.32×10-2 C-1·m-2,2.63×10-2 C-1·m-2和1.74×10-2 C-1·m-2,W开关主电极烧蚀率最小。实验后开关的主电极中心烧蚀严重,呈现明显裂纹和烧蚀坑。Mo主电极表面呈现明显熔融态,阴极表面形成大量裂纹(宽度达10μm)和孔隙(孔径达10μm);WCu和W主电极表面形成少量圆球状W突起(粒径达20μm及以上)。开关外壳内壁沉积了喷溅颗粒。WCu开关外壳沉积颗粒较大(粒径达10μm),Mo开关外壳沉积颗粒居中(粒径为2μm),W开关外壳沉积颗粒最小(近1μm)。因此可优先选用具有优异抗烧蚀性能的W作为气体火花开关电极材料。

关键词：气体火花开关电极材料电极烧蚀烧蚀率微观形貌能谱元素分析

大电流条件下气体火花开关电极烧蚀的研究进展

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高电压技术 2021年第9期47卷 3367-3379页

作者：吴佳玮丁卫东韩若愚邱爱慈全球能源互联网发展合作组织北京100031 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 北京理工大学物理学院北京100081

气体火花开关在各类脉冲功率装置中应用广泛,但放电产生的热等离子体将对电极材料产生烧蚀,烧蚀产物(金属蒸汽、液滴等)也会对开关绝缘造成污染,影响开关工作特性、缩短开关寿命,因而受到特别关注。在过去几十年间,国内外学者针对电极... 详细信息

气体火花开关在各类脉冲功率装置中应用广泛,但放电产生的热等离子体将对电极材料产生烧蚀,烧蚀产物(金属蒸汽、液滴等)也会对开关绝缘造成污染,影响开关工作特性、缩短开关寿命,因而受到特别关注。在过去几十年间,国内外学者针对电极烧蚀机理及其影响因素开展了广泛研究,得到了常见电极材料在不同放电条件下的烧蚀特征;近年来,随着材料科学与诊断技术的进步,电极烧蚀研究集中在新型电极材料与烧蚀表征两方面。为此回顾了不同实验条件下电极烧蚀现象的相关研究,描述了电极烧蚀的基本特征,归纳了影响烧蚀的主要因素,介绍了电极与绝缘子表面烧蚀形貌的测试方法,介绍了电极烧蚀产物表征与分析的实验方法,论述了电极烧蚀对开关工作特性的影响规律。最后,分析并提出了电极烧蚀的一般评估方法,指出了电极烧蚀研究的热点问题和发展方向,对今后继续深入开展该领域的研究工作具有一定借鉴意义。

关键词：气体火花开关电极烧蚀烧蚀形貌烧蚀产物烧蚀评估

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不同电流下气体开关电极烧蚀特性实验研究

强激光与粒子束 2014年第4期26卷 263-267页

作者：黄涛罗维熙丛培天曾江涛孙铁平西北核技术研究所、强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西安710024

在不同短路电流条件下,进行了不锈钢(1Cr18Ni9Ti)电极气体火花开关连续多次自击穿放电实验,通过测量电极质量损失、表面粗糙度和自击穿电压的变化,研究电极烧蚀特性及其对自击穿性能的影响。实验结果表明:随着放电电流峰值和周期增大,... 详细信息

在不同短路电流条件下,进行了不锈钢(1Cr18Ni9Ti)电极气体火花开关连续多次自击穿放电实验,通过测量电极质量损失、表面粗糙度和自击穿电压的变化,研究电极烧蚀特性及其对自击穿性能的影响。实验结果表明:随着放电电流峰值和周期增大,电极材料烧损速率与电容电荷量呈线性增加,而电极表面烧蚀粗糙度与电流峰值呈线性增大,自击穿电压变化达到峰值和稳定区的放电次数减少,但稳定阶段的自击穿电压值及其相对标准偏差同时减少,五种放电电流情况下,自击穿电压概率密度分布均遵循高斯函数。

关键词：气体火花开关电极烧蚀自击穿电压高斯分布

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旋转电弧对火花间隙开关电极烧蚀的影响

强激光与粒子束 2004年第11期16卷 1468-1472页

作者：何孟兵王清玲贺臣李劲姚宗干华中科技大学脉冲功率中心湖北武汉430074

　根据开关间隙放电产生的电弧在自身磁场作用下沿着开关电极表面运动的设想,设计了一个旋转电弧场畸变火花开关,研究了开关电极在大电流情况下的烧蚀情况。实验结果表明,开关的工作电压为6～30kV,开关电感0.07μH,转移电荷量35.2C/shot... 详细信息

　根据开关间隙放电产生的电弧在自身磁场作用下沿着开关电极表面运动的设想,设计了一个旋转电弧场畸变火花开关,研究了开关电极在大电流情况下的烧蚀情况。实验结果表明,开关的工作电压为6～30kV,开关电感0.07μH,转移电荷量35.2C/shot时,铝电极non RAG结构比RAG结构的开关电极的烧蚀情况要严重得多,黄铜电极比铝电极的烧蚀要小得多。

关键词：火花开关旋转电弧电极烧蚀

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电极烧蚀对密闭容器内空气故障电弧的影响

高压电器 2018年第9期54卷 38-42页

作者：袁端磊王海燕杨芳朱志豪费翔李美吴翊平高集团有限公司河南平顶山467001 西安交通大学西安710049

文中基于磁流体动力学理论(MHD)建立了密闭容器内空气故障电弧的二维数学模型,研究了铜电极烧蚀金属蒸汽对故障电弧的影响。在充分考虑由电极烧蚀引起的熔化、蒸发及化学反应等不同能量传递过程的基础上,通过求解质量、动量、能量、电... 详细信息

文中基于磁流体动力学理论(MHD)建立了密闭容器内空气故障电弧的二维数学模型,研究了铜电极烧蚀金属蒸汽对故障电弧的影响。在充分考虑由电极烧蚀引起的熔化、蒸发及化学反应等不同能量传递过程的基础上,通过求解质量、动量、能量、电磁场守恒方程以及金属蒸汽浓度方程描述故障电弧内部的流体动力学和电磁场耦合过程。计算获得了电弧等离子体的温度,压力和铜蒸汽浓度分布。比较分析了考虑和不考虑电极烧蚀情况下的计算结果,研究表明电极烧蚀铜蒸汽对压力上升的影响很小,这主要归因于内部能量平衡的变化。此外,电弧电压对铜蒸汽的存在也不敏感。压力上升、电极烧蚀质量和电弧电压的仿真结果和实验结果相一致,验证了故障电弧仿真模型的有效性。

关键词：故障电弧数学模型电极烧蚀压力上升

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水中脉冲放电金属电极烧蚀机理

强激光与粒子束 2016年第4期28卷 100-106页

作者：李志远刘毅韩毅博罗启平林福昌华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074 广西机电职业技术学院电气工程系南宁530007

采用板-板电极,在放电间隙距离为2mm、放电电流峰值为22kA条件下,对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失,分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微... 详细信息

采用板-板电极,在放电间隙距离为2mm、放电电流峰值为22kA条件下,对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失,分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微观元素组成的分析及液体中金属离子的含量分析,对水中脉冲放电金属电极的烧蚀机理进行了探讨。结果表明,水中脉冲放电时,钨铜电极的抗烧蚀性能明显高于黄铜电极。黄铜电极的主要烧蚀是以中心的大量孔洞及其边缘的波纹结构为表现形式的液体金属的溅射;钨铜电极的突出物及较平整的表面暗示了气相侵蚀的作用。以电弧的焦耳热效应为催化剂,钨铜与水的电化学反应更为强烈,因此电化学腐蚀是水中放电电极烧蚀的形式之一。

关键词：脉冲放电电极烧蚀烧蚀速率形貌特征烧蚀机理电化学反应