低压空气开关电弧现代测试技术的研究综述_图文(精)
低压开关设备的电弧熄灭技术研究
低压开关设备的电弧熄灭技术研究近年来，低压开关设备广泛应用于工业、建筑和家庭等领域中。
低压开关设备在起到控制和保护电路的作用时，必须能够有效地熄灭电弧，以保障电气设备的正常运行和人身安全。
电弧熄灭技术是低压开关设备中的核心问题，本文将对低压开关设备的电弧熄灭技术进行研究。
一、电弧熄灭技术的背景与意义电弧熄灭技术，顾名思义即是将产生的电弧迅速熄灭，以防止电弧对设备和人员产生伤害。
电弧是由电流在断路点之间产生的气体电离现象，其具有高能量、高温度和高速度等特点，如果不能及时熄灭，将会对设备产生电弧侵蚀、温度升高和振动等不良影响，甚至引发火灾和爆炸等严重后果。
因此，电弧熄灭技术的研究具有重要的意义。
二、电弧熄灭技术的分类与原理目前，电弧熄灭技术主要可以分为机械熄灭、气体熄灭和电子熄灭等几种类型，每一种类型都有其独特的原理和适用范围。
1. 机械熄灭技术机械熄灭技术是通过机械结构来迅速熄灭电弧。
常见的机械熄灭技术包括弹簧引动机构、熄弧室和熄弧器等。
其中，弹簧引动机构利用弹簧的弹力将活动触头迅速分离，从而迅速断开电路，熄灭电弧。
熄弧室则是通过将电弧迅速引导至封闭空间中，利用介质的作用将电弧熄灭。
熄弧器则是通过合理的设计和构造，使电弧能够自动熄灭。
2. 气体熄灭技术气体熄灭技术是利用气体的特性来熄灭电弧。
常见的气体熄灭技术包括气体灭弧装置、SF6灭弧室和气体自动重合闸技术等。
气体灭弧装置通过向电弧区域喷射压缩空气或氮气等气体，以形成局部的气流，将电弧吹灭。
SF6灭弧室则是利用SF6气体的高绝缘性和强灭弧性能，在充填高压气体后，迅速熄灭电弧。
气体自动重合闸技术则是通过预先充填特定气体，当电弧形成时，气体在电弧区域形成高压环境，以促进电弧迅速熄灭。
3. 电子熄灭技术电子熄灭技术是利用电子器件来实现电弧熄灭。
常见的电子熄灭技术包括快速开关技术和电子熄弧器技术等。
快速开关技术是通过高速开关器件来实现电弧的迅速熄灭，如使用晶闸管、快速二极管等器件。
低压成套开关设备内部电弧故障试验方法探究
65中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.03 （下）3 变压器出现故障的可能原因在日常的运行过程中，变压器可能会出现各种各样的故障，这些故障可能是内部的，也可能是外部的，下面将就变压器出现故障的可能原因进行分析。
3.1 操作性故障在工作人员的日常操作中，变压器会在低电压一侧的断路器断开的时候进行相关的检查和修复，高压一侧的合闸之后了解到主变压器在这一阶段正常之后才会进行低压侧的断路器合闸。
但低压侧与电流感应器出现了短路，所以差动保护不能够及时进行，两侧的断路保护都不能进行，最后会导致主变压器的损坏。
3.2 运行性故障运行性故障是指相关的电器元件在运行过程中出现了故障，本文以电流互感器和低压侧短路故障为例。
低压侧的母线电流增加，导致电压下降，感应到这一故障之后，继电保护技术会在很短的延迟之内完成断开低压侧断路器的操作，这一操作能够使得低压侧的母线电压及时恢复，电流得到恢复，以此来保护主变压器。
但由于发生故障的部分并没有得到隔离，短路的电流仍旧在从主变压器发生故障的部位输送，所以高压一侧的故障电流仍旧存在。
但由于相关的限制，高压一侧的电流电压并不能得到释放，因而电压并不能得到可靠的开放性动作，所以故障部位不能得到及时有效的切断，所以形成了保护盲区。
4 继电保护对变压器故障的解决方法继电保护技术在实际操作中，由于操作方式的不同，工作原理的不同，会导致保护装置在一些阶段产生了错误的判断，对相关的干扰进行隔绝，就要对低压侧的断路器进行设置。
在此设置相关的输入压板，防止出现误判时的不相关的元件发生动作，并在更为复杂的变压器中，应该注意改变接线方式或者相关的保护逻辑等方法，以便尽量减少或者避免出现误判问题。
4.1 高压侧的解决方法在高压一侧，应该注意，当低压侧的继电保护装置在断开的现实情况下，如果高压侧的电流超出额定电流，就应该对高压侧的继电保护装置在短时间内执行断开连接的任务，即应该迅速完成高压侧跳闸的指令，这是对两圈的变压器而言，对三圈的变压器而言，应该在电流超出额定电流时，相关的后备保护的逻辑就应该变为无论是高压侧，中压侧还是低压侧的断路保护装置的开关都会跳开，都在同一时间进行跳闸行为。
低压断路器电弧仿真试验和研究
Ｘ ’ｎＪ ｏ ｎ ｎｖｒ ｔ， ｉａ ０ ９， ｈｎ ） ｉ ａ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｓ ｙ Ｘ ’ｎ７ ０ ４ Ｃ ｉａ ａｏ ｅｉ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｔ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ａｅ ｍｏ ｅ ｆ ｔｅ ｍａ ｎ ｔ ｕ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｗａ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｎ ｈ ｈ ｗｏ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｒ ｄ ｌｏ ｈ ｇ ｅｉ ｆ ｉ ｙ ａ ｃ ｔ ｏ ｓ ｉ ｔ ｕ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｃｌ ｏ
来 描述 电弧 等离 子 体 运 动 的 质量 、 量及 能 量 守 动
恒 过程 ； Ｍａｗ ｌ方程来 描述 其 中的 电磁 过程 。 用 ｘ ｅｌ
程， 忽略 电弧 与 电极 之 间 的相 互作 用 ， 不仅 对与 电
弧特 性及 开断 性能 关系更 为 密切 的弧 柱部 分进 行
此 外 ， 了反 映弧 柱 中 的焦 耳热 和辐 射冷 却过程 ， 为 以及 在 自身／ Ｆ 磁场 作用 下 的 电磁力 作用 ， ３部 特别 是 引入 器壁 侵蚀作 用 后对 电弧 特性 的影 响方程 中 需加 入 一些对 应 的源 项 ， 成 磁 流体 动力 学 基本 构
动 力学建 模 与特 性 仿 真 ， 以及 基 于 自行 研 制 的带 聚 焦透镜 的二 维光 纤 测试 系统 的模 型灭 弧室试 验 研 究方 面的部 分研 究成 果 ¨ Ｊ 。。
１ 控 制 方 程 与数 值 求解
为 了简 化 断路 器 电弧 中 的 复 杂 物 理 化 学 过
基 于 以上 假 设 ， 用 Ｎ ｖｅ—ｔｋｓ控 制 方 程 可 ａｉ Ｓｏｅ ｒ
ｅｆｃ ｆｔ ｅ ｍ ａｅ ｉｌｇ ， ｍｅａ ａ ｒａ ｄ ｉ ｅ ｒ ｐｔｒｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｒ ｈａａ ｔｒｓｉｓ ｗｅ ｅ ｎａｙ ｅ ｆｅ ｔｏ ｈ ｔ ｒａ ａｓ ｔｌｖ ｐｏ ｎ ｎｔｒｕ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ａ ｃ ｃ ｒ ｃ ｅ ｔｃ ｒ ａ ｌ ｚ ｄ． Ｔｈｅ ｒ ｌｖ ｎ ｉ ｅｅ ａ ｔ
低压交流电弧故障检测方法研究综述
２．河北 工业大 学 河北省 电磁 场 与电器 可靠性重点 实验 室，天 津 ３００１３０； ３．人 民电器集 团有 限公 司 ，浙江 温州Ｉ ３２５６０４）
摘 要 ：低压交流 电弧故障是电气火灾事故 的重要诱 因。分析 了低 压交流 电弧故 障的产 生机理及故障特征 ，综 述 了当前 电弧故 障检 测方 法及 ＡＦＣＩ产 品标 准。现有 电 弧故 障检 测方法主要依靠故 障 电弧 电压 电 流的 时频域 特征 实现 。指 出 目前 电弧 故障 检测方法存 在的不足 ，主要 是非 线性 负荷 下 的误动作 问题 。最后 ，展 望 了 电弧故 障检 测技 术发展方向 ，包括 电弧故障多 源信 息融 合识 别 、电弧 故 障 自适 应保 护 以及直 流系 统 电弧故 障保护等。
高 ，２１２业 电气 设备 和 家用 电器 种类 不 断增 多 ，随之 居各类 火 灾 原 因之 首 。２０１１年 ～２０１７年 我 国 电
田 明 （１９９４一 ），女 ，硕士研究生 ，研究方 向为故 障电弧检测 。
牛 峰 （１９８６一 ），男 ，讲师 ，博士 ，研究方 向为 电器智能化及其通信技术 。
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３０，Ｃｈｉｎａ；
低压电器空气电弧的近期研究进展
低压电器空气电弧的近期研究进展李兴文【摘要】介绍了近期电弧磁流体动力学仿真方法的应用,特别是多触头并联系统的电弧运动、频率对电弧运动过程的影响,以及触头烧蚀仿真的研究。
针对低压系统,阐述了基于故障电弧电特性、故障电弧电磁辐射特性和故障电弧弧声特性等,进行故障电弧检测的方法。
针对栅片灭弧室的优化设计,提出通过测量栅片电压可较为细致地评估灭弧室的性能。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2018(000)022【总页数】8页(P12-19)【关键词】磁流体动力学;触头烧蚀;故障电弧;电弧运动;灭弧室【作者】李兴文【作者单位】[1]西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049;【正文语种】中文【中图分类】TM501.20 引言在低压直流系统成为行业重要发展方向的背景形势下,本文就近期关于低压空气电弧的一些进展进行介绍。
首先,介绍可对电弧等离子体发展过程以及内部机理进行研究的磁流体动力学(MHD)方法建模与仿真,重点介绍基于MHD方法在低压断路器电弧运动过程及触头烧蚀方面的研究;其次,介绍故障电弧相关检测技术的相关研究;最后,介绍基于栅片电压测量评估灭弧室性能的方法。
1 MHD的建模与仿真MHD方法主要是耦合求解电磁场-温度场-气流场等多物理场的方程,从而用来对电弧等离子体发展过程以及内部机理进行研究的一种数值计算方法。
MHD方法在高压和低压断路器中的应用最为广泛,主要用来分析断路器在开断故障电流时的电弧发展过程,获得电弧内部的一些物理量,与试验充分结合,以此来指导断路器的设计与优化。
MHD方法经过多年的发展,已可用于灭弧室的优化设计。
目前,国外学者在低压电器方面主要采用MHD方法对电弧内部能量耗散机理进行研究[1-2]。
典型的代表就有Lindmayer,利用MHD仿真对灭弧室壁面冷却直流电弧和自由燃烧的直流电弧能量耗散机理进行了详细的研究。
在文献中,对比了器壁冷却型电弧和自由燃弧时能量耗散方式的不同,详细地研究了电弧的冷却机理,从而为低压断路器灭弧室的优化和设计提供了理论指导。
电力系统中的高低压开关柜检验技术
电力系统中的高低压开关柜检验技术摘要：如今，随着国内经济的快速发展，各个行业的生产已增加了能源需求。
尽管国家电网一直在不断改进，已经有大量不同高压开关柜应用于市场，但实际上存在许多问题。
基于此，本文对电力系统中的高低压开关柜检验技术进行深入研究，以供参考。
关键词：电力系统;高低压开关柜;检验技术引言高低压开关柜作为电力系统中的重要组成部分，需要保证自身正常运行才能确保整个电力系统的顺畅运行。
在目前电力系统规模不断扩大来满足人们日益增长的电能需求的形势下，电力系统中的高低压开关数量和种类也在不断增加，这也增加了此类装置的故障问题。
而对其故障原因进行分析可知，其中其自身质量原因比较关键。
为此，在使用高低压开关柜之前需要结合其常见故障做好检验处理工作，也就是合理应用相应的检验技术，提前发现此类设备的质量问题并进行故障排除或更换，保障整个电力系统的稳定与可靠运行。
1高压开关柜常见故障分析1.1拒动、误动故障此类错误是高压开关柜的主要故障，其原因可分为两类。
一种类型是由于操作系统和晶体管的机械故障，其设备发白，组件变形，移位或损坏，内核松动和闭合，轴松动所致。
另一个包括电气控制和辅助电路，辅助电缆接触不良，端子松动，辅助开关切换不灵，以及操作电源、合闸接触器、微动开关等故障。
1.2绝缘故障需要绝缘度才能正确管理各种电压(包括工作电压和各种过载)，极限电压和绝缘电阻之间的关系。
尝试使产品安全经济，并获得最佳经济效益。
绝缘故障主要表现为外部绝缘破坏、地面绝缘击穿、雷电干扰、雷电支撑雷击、瓷瓶开瓶器和冷凝器盖的反映。
闪络、断裂、爆裂、升起杆闪络、CT闪络、断裂、爆裂、瓷瓶等。
1.3开启和关闭休息打开和关闭的故障与电路上的故障基本相同。
对于间隔开的回路，这在很大程度上是由于可变冷凝物排的重新点火，灭弧室和波纹管漏气，陶瓷管破裂以及真空度降低所致。
对少油断路器的特征是断裂能力差、灭弧室烧损、喷油短路、关合时爆炸等。
低压交流串联故障电弧检测概述
低压交流串联故障电弧检测概述发表时间：2020-07-20T13:22:27.973Z 来源：《基层建设》2020年第9期作者：刘俊杰[导读] 摘要：据应急管理部消防救援局火灾统计数据显示，2012—2018年，全国平均每年有约8．9万起电气火灾事故发生，在所有类型火灾中排名第一，占全国火灾总数的33．43%，重特大火灾中更是占到75%。
西北工业大学陕西省西安市 710000摘要：据应急管理部消防救援局火灾统计数据显示，2012—2018年，全国平均每年有约8．9万起电气火灾事故发生，在所有类型火灾中排名第一，占全国火灾总数的33．43%，重特大火灾中更是占到75%。
电气火灾的发生造成了极大的人员伤亡和经济损失。
大量研究数据表明，低压配电线路的故障电弧是引起电气火灾的最主要原因。
关键词：低压交流；串联故障电弧；检测引言电弧故障保护电器（Arc Fault Detection Devices，AFDD）是一种新型用电线路保护装置。
其主要功能是检测和辨别危险的接地电弧故障、并联电弧故障和串联电弧故障，并及时驱动使电流断开的装置，避免发生电气火灾。
AFDD装置的电弧故障检测识别技术对于电网的交流配电保护起到了关键作用，将来也为直流领域、智能城市、航空航天电气系统以及油电混动新能源车及电气系统的直流电弧故障检测提供有效保护。
1典型串联型故障电弧电流波形分析选取三相异步电动机和工控机2个典型负载进行串联型故障电弧模拟实验，其中三相异步电动机为线性负载中阻感性负载，工控机为非线性负载。
实验中采集的典型负载在线路正常运行和发生串联型故障电弧时的电流波形如图1所示。
在线路正常运行时，三相异步电动机电流波形具有周期性，近似为正弦波；在线路发生串联型故障电弧时，三相异步电动机电流波形在过零点处出现了明显的“零休”现象，整体波形发生了一定程度的畸变。
工控机由于本身的非线性负载特性，其在线路正常运行时的电流波形便有明显的“零休”现象，但仍具有周期性；在线路发生串联型故障电弧时，工控机电流波形在过零点处出现了大量毛刺，整体波形发生了较为严重的畸变。
2008年《低压电器》通用低压电器篇总目次
低压 电器 智 能 化 的新 技 术 … … … … … … … 陈德 桂 （ ． ） １１
继 电 器 触 簧 材 料 的 应力 松 弛 特性
… … … … … … … … …
控制 与保护开关 电器 的进展 ……………… 陈德桂 （ ． ） ９ １ 低压开关 电器热分析方法的进展 ……… 陈德桂 （ ７ １ １．） 低压 开关 电器热分析方法的进展 （ ） … 陈德桂 （ ９ １ 续 １．）
… … … … … … … … …
李玲玲 ， 庆 ， 吕 王艳廷 ， （ ．０ 等 １１ ） 基于触头 分断／ 闭合 电流波形的电寿命预测
… … … … … … … …
电场对带 电颗粒在 电连接器表面沉积过程 的影响 殷 晔， 良军（ ３ ８ 许 １．）
… … … … … … … … … … … … …
继 电器集成 Ｃ Ｄ专家 系统 Ａ 朱永庆 ， 陆俭 国， 庆龙 （３ １ ） 孟 １．３ 电源电压和触点材料对继电器分断时间的影 响 李震彪 ， 张 欢， 郑必成 ， １ ． ） 等（５ １
… … … … … … … … … … … … … … … … …
魏梅 芳 ， 李震彪 ， 阳 不同频率下材料特性对 电磁吸力 的影响
… … … … … … … … … … … … … … … …
靖 ， （ ．４ 等 １１）
王永鑫 ， 金立 军， 火庚 ， １ １ ） 庄 等（ ．８ 继 电控制线路 的功能仿真系统
张颖瑶 ， 英三 ， 永庆 ， （．） 耿 邓 等 ３ １ 基于 Ｂ ｙｓ ａｅ 理论的电磁继电器失效率等级验证试 验
一
铖 （．） ５ １
关于熔 断器和断路器 合理选用 的探讨
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李兴文(1978—,男,副教授,博士,研究方向为电弧电接触理论及其应用和电力电子技术。
低压空气开关电弧现代测试技术的研究综述3李兴文,陈德桂,吐松江・卡日,李瑞(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049摘要:空气开关电弧是以空气为灭弧和绝缘介质的低压电器中最为复杂的物理现象。
针对电弧运动过程特别是电弧背后击穿现象、电弧温度、电弧组分及其浓度等方面,综述了CCD 和光纤阵列、光谱诊断技术及磁测试技术等低压空气开关电弧的现代测试技术的特点及其应用,并指出了空气开关电弧实验研究中所面临的几个问题。
关键词:电弧;测试;光谱;光纤阵列中图分类号:T M 501+.2文献标识码:A 文章编号:100125531(20080120006204Rev i ew of the I nvesti ga ti on on the M odern M ea surem en tTechnolog i es of L ow Volt age A i r Sw itch ArcL I X ingw en,CHEN D egui,TUSON GJ I AN G Kari,L I R ui(State Key Laborat ory of Electrical I nsulati on and Power Equi pment,Xi πan J iaot ong University,Xi πan 710049,ChinaAbstract:A ir s witch arc is the most comp lex phenomenon in l ow voltage electric apparatus using air asquenching and insulati on mediu m.W ith regarding t o arc moti on p r ocess,es pecially,arc back commutati on phe 2nomenon,arc te mperature,arc compositi on and the corres ponding concentrati on,the characteristics and app licati on of modern measurement technol ogies including CCD,op tical fiber array,s pectru m diagnostics and magnetic diag 2nostics were reviewed .Finally,s ome i m portant p r oble m s in the experi m ental studies of arc s witching arc were pointed .Key words:arc;m ea sure m en t ;spectru m;opti ca l f i ber array陈德桂(1933—,男,教授,博士生导师,研究方向为新型低压电器的研究和开发等。
吐松江・卡日(1985—,男,硕士研究生,研究方向为低压电器。
李瑞(1985—,男,硕士研究生,研究方向为放电等离子体及其应用技术。
3基金项目:国家自然科学基金项目资助(505070160概述空气开关电弧是以空气为灭弧和绝缘介质的低压电器中最复杂同时也是最关键的物理现象。
光、电、磁等科学和技术的发展,促进了电弧等离子体测试领域的研究。
近年来,CCD 、光纤阵列、光谱以及磁等非接触式现代测量技术已经应用到空气开关电弧等离子体的实验研究中,通过对电弧参数尤其是微观参数的测试,使人们对电弧等离子体的认识进一步深刻。
本文从电弧运动过程,特别是电弧背后击穿现象、电弧温度、电弧组分及其浓度等方面,综述了低压空气开关电弧现代测试技术的特点及其应用。
1CCD 与光纤阵列CCD 和光纤阵列主要用于测试电弧等离子体宏观参数,也就是电弧的运动过程。
CCD 作为一种传统的开关电弧测试手段,具有较高的时间和空间分辨率,拍摄速度一般为(10~20×103幅/s,而且新型的防磁和彩色CCD 的性能非常出色。
但在进行电弧测试时,有以下主要缺点:由于灭弧室的器壁一般是不透明的,要获得电弧运动图景,必须首先在器壁上开一个窗口,并用有机玻璃等透明材料重新覆盖上,这一方面破坏了实验样机的完整性,更重要的是有机玻璃和电弧之间的相互作用会影响等离子体的参数及灭弧室内的压力,这种影响随着电流的增加会愈加明显,如有时由于等离子体组分的变化可能会引起重击穿的发生。
然而至今,CCD 测试技术仍在开关电弧运动过程的实验研究中广泛应用[1]。
上世纪末,人们发现电弧背后击穿现象是制约低压电器分断性能提高的一个重要问题。
CCD 在认识电弧背后击穿现象的发生机理及其影响因素等方面的研究中,发挥过非常重要的作用[2]。
图1为针对一模型灭弧室,采用CCD 技术捕捉到的电弧背后击穿现象这一极为暂态的过程。
由图可见,当t =t 0时,电弧运动到栅片的前端,并试图进入栅片;在t =t 0+0.33m s 时刻,电弧进入栅片,然后,由于电弧背后区域的温度较高,仍有一定的导电性能,在电弧进入栅片、电弧电压不断升高的过程中,电弧背后区域被击穿,使得进入栅片的电弧被短路;在t =t 0+0.66m s 电弧重新在栅片外部形成。
图1利用CC D 技术拍摄到的电弧背后击穿过程文献[3,4]也利用CCD 研究电弧背后击穿现象,分析了触头间距、触头材料、灭弧室几何形状和恢复时间等对电弧背后击穿的影响。
和CCD 技术不同的是,利用光纤阵列测试电弧运动时,无需破坏灭弧室结构,且拍摄速度可达到106幅/s 。
其基本原理是,用光纤感测并传输电弧的光信号,并用光电二极管将光信号转换成电信号;然后将测量到的信息存贮起来,通过计算机接口上传到上位机中,这样就可以用专用的软件来模拟电弧的运动过程。
但是,一般来说,由于受到光纤数量的限制,光纤阵列测试设备的空间分辨率较低。
图2为光纤测试系统的一般结构[5]。
图2光纤阵列测试系统的结构文献[6~9]用各自研制的光纤测试装置对开关电弧运动进行了研究。
这些系统各有特点,如Shea 研制的系统可将电弧电流、电压等随时间变化的过程与电弧运动同步模拟;Mc B ride 通过图像处理可模拟出电弧运动过程的整体形态等。
与上述装置相比,本文研制的光纤系统主要特点为:在每根光纤的顶端加装非均匀介质纤维透镜以提高测试精度,且能将断路器动触头及动导电杆的转动过程同电弧运动同步动画模拟[9]。
利用研制的测试系统,对低压电器中的开关电弧现象进行了深入的研究,分析了交流接触器中不同的栅片结构和排布方式对电弧运动和重燃几率的影响,以及电弧初始燃烧位置、产气材料对电弧运动速度的影响等[10,11]。
2光谱测试技术常用的光谱测试方法有:吸收光谱、发射光谱、激光诱发荧光等,用于测试等离子体中的原子密度和分子温度、等离子体化学组成及电场强度分布等参数。
发射光谱可测试等离子体的温度和化学组分,其优点是设备相对较简单,仅需镜头、单色光镜或分光计、接收装置如光电倍增管或CCD;主要缺点是其测量原理上要求等离子体是光学薄层的,且处于LTE 状态,图3为该系统结果的原理图[5]。
和发射光谱相比,吸收光谱测试系统更为复杂。
首先,需要一个附加的激光光源,且接收装置要求也较高。
其优点是不要求被测等离子体处于LTE 状态,并可定量得到等离子体中的粒子浓度,此外,其时间分辨率仅取决于激光的脉冲宽度。
激光诱发荧光技术除了可在非LTE 状态下测量粒子浓度外,还可进行局部低温区域原子参数的测量,此外,该方法对单一气体和混合气体均有效。
但在高气压时需考虑激发态粒子间的碰撞对测量的影响,另外,该方法在测量等离子体的绝对密度时较为困难。
图3发射光谱的系统结构图文献[12]采用发射光谱技术,定性研究了电弧等离子体与周围气体间的相互作用。
文献[13]采用发射光谱的方法测量了孤立触头间的弧柱截面的温度分布。
文献[14]采用发射光谱的方法,通过对不同产气材料在电弧作用下产生的氢气量进行了定量测量,研究了器壁产气对电弧冷却的作用。
文献[15]利用吸收光谱测量了空气开关电弧等离子体中的铜、银和铁原子的浓度,并得到了电子温度。
文献[16]应用激光诱发荧光技术得到了电弧等离子体中的氢原子密度及电场强度分布。
可以看出,光谱技术作为一种先进的测试手段,在人们探索和认识开关电弧现象的过程中必将发挥更大的作用。
3光谱测试技术磁测试技术B rdys[17~19]等提出采用霍尔探针来测试空气开关电弧的运动,其基本原理是求解电磁场的逆问题。
假定电极、栅片和电弧均由连续的若干段线电流来描述,用B i ot 2Savart 定律就可给出一定电流时灭弧室中的每一点磁感应强度的表达式,然后通过测量特征点的磁场,就可确定电弧的大致形状。
他们利用该系统研究了低压断路器中的电弧重燃现象。
设备的时间分辨率可达106幅/s,所用的14个线性霍尔探针尺寸为4mm ×3mm ×1mm 、响应时间为1μs 、特性系数为20V /T 、供电电源为直流5V 。
值得一提的是,通过实验研究后发现,2.5k A 峰值电流下,当探针距离导体23mm 时,栅片等非线性铁磁物质的存在对测量结果的影响就很小了。
因此,适当增加探针和导体的距离,会消除铁磁物质对测量结果和精度的影响。
这样,就初步解决了磁测试技术在实际应用中的一个关键问题。
他们还通过CC D 拍摄电弧运动过程,校验了磁测试系统的有效性(见图4。
图4磁测试方法和CC D 测试方法的结果比较如何进一步更为直观、准确地描述电弧的形态,将是磁测试技术所面临的一个重要问题。
4结语综上所述,为了不断深入认识空气开关电弧这一复杂的物理现象,提高低压电器产品的性能,国内外学者对空气开关电弧进行了长期、持续地实验研究,采用的测试技术主要有CCD 和光纤阵列、光谱诊断技术及磁测试技术,不断地发现了其中的物理规律。
但是,在低压空气开关电弧的实验研究方面,以下问题尚需要进一步探讨:(1电弧与电极、栅片、产气材料之间的相互作用过程是目前空气开关电弧中的一个难点和热点问题。
主要是通过电弧的建模和仿真来了解其中的物理过程,然而,如何通过实验手段进一步认识该问题,并为仿真提供必要的数据和依据,需做进一步深入研究。
(2虽然人们对电弧的背后击穿现象和过零后的重燃现象进行了长期的研究,但在灭弧室体积不断减小、分断电流不断提高的背景下,如何通过小电流测试方法研制相应的测试设备,以认识这些现象发生的机理,是当前低压电器发展过程中所面临的一个重要问题。