火花塞绝缘体点击穿成因及抗电检测方法探讨

文章介绍火花塞绝缘体点击穿的故障模式、失效后果以及造成点击穿的成因,并提供几种火花塞成品抗电检测方法,还对不同的抗电方法的优劣势和可靠性进行探讨,得出更加适用新一代增压发动机用火花塞的抗电检测方案以及检测电压设置的原则,以便能提高火花塞抗电检测的可靠性,降低车辆短里程行驶后发生火花塞绝缘体点击穿的故障率。

IEC安全火花试验装置点燃因素研究

为研究IEC火花试验装置的影响因素,建立IEC火花试验装置放电间隙电压、电流数学模型,得到有效点燃能量表达式。在此基础上,利用Fluent软件建立IEC火花试验装置中钨丝与镉盘放电间隙模型,采用UDF编程模块模拟钨丝向镉盘运动过程,并设置计算出的放电间隙有效点燃能量及其相关参数,仿真模拟有效点燃能量、点火半径、电极材质3个因素对电火花引燃甲烷/空气混合气体的影响。结果表明:点火半径不变的情况下,钨电极在运动至电火花之前,温度有短暂上升并保持不变,当与火花接触后会瞬间吸收大量热量,通过仿真计算电火花能量在钨电极上的损耗占有很大比重;得到不同电容值对应的最小点火半径,最小点火半径随着电容值的增大逐渐减小,并拟合出最小点火半径与有效点燃能量之间的函数关系式。

基于IEC安全火花试验装置的电感分断放电电极热-电耦合的数值研究

研究基于IEC安全火花试验装置的电感分断弧前金属液态桥的形成是研究低压、小电流感性电路分断电子产生机制及电弧形成机理的关键。考虑镉盘电极微观表面形貌,基于流体动力学模型,建立了真空环境下钨丝-镉盘电极热-电耦合的几何与数学模型。数值模拟了极间金属液桥的形成过程,得出了液桥的温度分布、固-液相变过程和电压特性;探究了电路串联电感、初始电流及电极初始接触压力对金属液桥形成的影响。数值模拟计算结果表明,模型最高温度出现在接触区域中心,金属液桥形变受热膨胀力与马兰格尼效应共同作用;当接触区域温度均达到镉材料的沸点时,金属液桥完全断裂,此时电极两端电压与实验测量得到的最小建弧电压相符;电路电感大小对金属液桥形成基本无影响,而增大初始电流或减小电极初始接触压力会缩短电极熔化、金属液桥蒸发及完全断裂所需时间。这为进一步探究低压、小电流感性电路分断放电电弧形成及引燃机理提供了理论指导意义。

新型小体积伪火花开关研制

伪火花开关是脉冲功率领域关键器件之一,具有脉冲电流大、电压范围宽、寿命长及可靠性高等优点。针对整机系统小型化发展的需要,开展新型小体积伪火花开关研制,创新性地将触发针引入空心阴极内部,实现辉光放电电子源注入,该设计减小伪火花开关的体积,并通过制管及实验验证设计合理性。测试结果表明,该产品的阳极工作电压范围为0.5~10 kV,最大阳极脉冲电流40 kA;在36 kA脉冲电流情况下,工作2万余次并未发现性能下降;该样品已通过高温、低温、温循、振动等可靠性试验考核。

电线电缆火花试验机人工击穿装置校准方法探讨

本文针对电线电缆火花试验机人工击穿装置的结构、国家标准提出的计量特性及相关的计量校准问题,通过对人工击穿装置的校准项目、标准设备及校准方法进行探讨,为该设备的计量特性研究提供参考。

基于模拟电荷法的微间隙场增强因子研究

运动电极下的微间隙是国际电工委员会推荐安全火花试验装置(IEC-STA)短路火花放电体系的核心组成部分,也是研究装置短路放电特性、揭示短路放电机理的关键性难点.为研究其短路放电特性,运用扫描电镜对其电极进行了扫描分析,重构了最危险打火情形下的电极表面形貌模型.基于模拟电荷法建立了阴极表面场强的数学模型,并对传统模拟电荷法进行了改进,给出了其参数设置、算法流程及病态矩阵处理方法,并对场增强因子进行了数值计算.数值计算结果表明,对于给定的微凸起高度,场增强因子与微凸起密度并不成简单的单调关系,而是存在使场增强因子最大的微凸起密度;对于给定的微凸起密度,在电极间距较大的情况下,场增强因子随间距成单调递减关系,反之,则随间距的减小而增大.数值计算结果为IEC-STA短路放电特性研究奠定了基础.

短间隙的击穿及其短路放电特性研究

为研究IEC安全火花试验装置短路放电的击穿放电机制,针对室温1atm下不同浓度的甲烷空气混合气体,对几百微米~几毫米范围内的击穿实验进行了设计。分析表明对于不同浓度甲烷空气混合气体,击穿电压与电极间距的关系曲线均呈现马鞍形;室温1atm下8.5%甲烷空气混合气体在几百微米~几毫米间隙范围内的最低击穿电压表明试验装置的电容短路放电过程在巴申定律的适用范围之外且其临界击穿间距在几百微米以下。可见,该放电过程中间隙内的碰撞电离效应并不突出,阴极电子发射是其击穿放电的主导机制,该放电过程类似真空放电,通过安全火花试验装置得出不同介质环境的电容电路短路放电波形对此进行了验证。

基于PIC/MCC法爆炸性气体环境下的微尺度放电特性

为了研究爆炸环境下微间隙放电的微观特性,以国际标准IEC火花试验装置为研究对象,建立了瓦斯与空气混合气体环境下,以钨丝为阳极和镉盘为阴极的二维平行板放电仿真模型。采用粒子法(PIC/MCC)进行仿真,研究了平行板极间电压为295 V、极距为5μm的微间隙放电动态过程;从微观层面分析了爆炸性气体环境下微尺度放电机制,同时讨论了极距和瓦斯体积分数等因素在放电过程中对微观粒子的影响,进而揭示这些因素对放电电压和电流特性的影响。最终的仿真结果表明:极距在5μm时微间隙放电的主要机制是场致发射,而并非是以碰撞电离及电子雪崩为主要特征的气体放电,放电过程中CH类离子粒子数并未有明显变化而电子数量变化较为明显;当极距为15μm时,微间隙放电的主要机制是气体发生雪崩式电离,混合气体中的甲烷体积分数会影响放电结果:甲烷体积分数在3.5%~13.5%范围内时,体积分数每增加5%,放电中阳极吸收电流就会增加10 mA,在微观上表现为随着混合气体中甲烷体积分数的不断增加,CH类离子产生的速率也会有所提高,且甲烷气体在放电过程中贡献程度也在不断增加。并搭建了爆炸环境下微间隙放电试验平台,进一步从实验方面验证了改变极间距离时微观粒子的变化所表现出的宏观特性。

电路本质安全性能计算机分析方法

直流低压本质安全电路在IEC火花试验装置上进行爆炸检测时会产生电弧放电。如果将火花试验装置的电极在闭合或断开时的放电电弧看作一个非线性电阻,则可以实现电路本质安全性能的计算机辅助分析方法。介绍了电路本质安全性能计算机分析方法的评价原则;给出了3种不同性质电路(电阻、电感和电容)的电弧放电数学模型;介绍了计算机辅助分析方法的步骤以及电路本质安全性能分析的特殊问题;最后给出计算机分析软件的流程图和结果样例。为设计人员预估电路本质安全性能提供一个方便的方法。

基于电荷等效法的电容短路放电微观特性数值模拟研究

为了研究基于IEC火花试验装置的容性电路短路放电的微观特性,该文建立了以钨为阳极材料、镉为阴极材料的二维平行极板仿真模型。在仿真区域充满了空气以及体积分数为8.5%的甲烷混合气体,根据电荷等效原理对该模型采用粒子法(PIC/MCC)进行数值模拟研究,着重分析了极间电压、极间距离及外接电容对电容短路放电过程的影响,得到了在击穿后放电过程中极间电压、电流、各种粒子浓度、平均电子能量的变化情况。模拟结果表明:随着极间电压的增大,平均电子能量也逐渐增大,极间电压对N2的电离影响程度远大于对O_(2)和CH_(4)的电离;当电极间距变大时,击穿所需要的时间变长,电极间气体介质越难以击穿;外接电容容值的改变,对气体电离基本不会产生影响,但外接电容的改变影响极间电流变化,击穿后的极间电流随着电容的增大而增大;随着极间电场强度的增大,气体电离会越剧烈,电流密度会越大,平均电子能量也会逐渐变大。

模拟珠峰环境火种灯炭柱燃烧气体产物研究

通过低压强风试验舱模拟珠峰环境,对火种灯炭柱的燃烧气体产物进行了测定。分析了燃烧气味产生的原因和种类,比较了携带筒内外气体产物浓度的差异,推算了人员距火种灯排气口的安全距离。结果表明,难闻气味是炭柱在低压缺氧环境燃烧产生的少量有机挥发性气体、HC l和H2S造成的;火种灯炭柱燃烧对携带人员是安全的。

基于火花试验装置的真空放电微观特性模拟研究

为了研究火花试验装置中电极在真空中放电的微观特性,本文建立了在真空环境下,以钨为阳极材料、镉为阴极材料的二维平行板放电模型.采用PIC/MCC(Particle-In-Cell/Monte Carlo Collision)方法对该模型进行仿真,研究了不同电子发射机制下平行板电极放电的发展过程以及空间场强、阴极表面温度和场增强因子对空间电子变化的影响,得到在场致发射、热发射以及热-场致发射作用下放电过程中的电子浓度和阳极吸收电流的变化以及电子密度和电势的空间分布等.研究发现,场致发射是微间隙阴极电子发射的主导发射机制,当阴极表面温度在焦耳热的作用下达到镉金属的沸点1040K时将产生镉蒸汽,电流密度和电子浓度逐渐增大,此时热发射将开始作用于微间隙放电;当温度大于镉金属气化温度后,场强的影响将大于温度的影响;当场增强因子很小时,热发射几乎不起作用,随着场增强因子不断增大,热发射的作用逐渐增强,导致空间电子浓度明显增加,真空环境下微间隙放电是由热-场共同作用的.

等离子点火技术在高压合成试验中的应用

火花间隙是高压合成试验回路中的一个关键设备,目前其点火方式存在抗干扰能力弱,触发可靠性低,操作频繁等问题。文中将等离子点火技术应用于高压电器试验触发系统之中,通过对等离子点火技术的原理进行分析,设计并试制了点火装置样机,在实验室中进行了调试及运行,最终验证了等离子点火装置触发可靠性高,抗干扰能力强、时延低、时延分散性小,能有效提高常规高压合成试验及特高压合成试验的安全性及效率。

气氧/酒精火炬式点火器试验

为研究火炬式点火器旋转液膜冷却的冷却机理，设计了气氧／酒精火炬式点火器，并在冲压发动机试车台上进行了试验，试验中设置的最长工作时间20S，总流量变化范围8～40g／s，获得了压力、燃烧室下游壁面附近温度等试验数据，并通过与相似结构以液氢为燃料的试验结果进行对比，得到了如下定性结论：在一定余氧系数下，液体燃料沿壁面旋转进入火炬点火器燃烧室时，若液体燃料沸点较低（如液氢），则燃烧室下游燃烧产物为气态；若液体燃料沸点较高（如酒精），则燃烧室下游燃烧产物核心部分为气态，周围为液态。

本质安全电感电路电弧放电时间双正态分布

本质安全电感电路的电弧放电时间本应整体服从正态分布,但试验发现存在双正态分布情况,即放电时间被分为大小不同的两组,每一组均服从正态分布。为解释该现象,对IEC火花试验装置的钨丝在镉盘凹槽内的分离情况进行数学推导,得到钨丝的分离轨迹,并结合钨丝的实际分离速度计算,确定了钨丝在镉盘凹槽内分离的最短和最长时间。指出放电时间存在双正态分布时,较低平均值一组对应钨丝与镉盘凹槽内边缘的分离,较高平均值一组对应钨丝与镉盘外边缘的分离。给出了存在双正态分布的判据。

三相组合式过电压保护器工频放电电压试验的分析

介绍了三相组合式过电压保护器(TBP)的主要特点;根据现场试验过程和试验数据,分析了TBP的工频放电特性;重点讨论了工频放电试验方法和产品结构等方面存在的问题,对产品设计的改进和试验方法提出了几点建议。

特高压串补用火花间隙试验技术研究

详述了特高压交流串联补偿装置用火花间隙的功能及作用,介绍了火花间隙型式试验的要求,针对火花间隙的放电电流试验、故障电流试验、去游离性能试验提出了3种试验方法和试验回路,进行了试验回路原理分析,并完成试验。

本质安全火花试验装置及应用

介绍了本质安全火花试验装置的原理、装置类型、各装置的适用范围及应用状况。

电感性本质安全电路火花放电全过程仿真

本文对IEC火花试验装置标定电路断开过程中钨丝与镉盘间的极间电容进行了分析,得到了极间电容和分离时间之间的关系.基于电感性本质安全电路电弧放电的动态伏安特性数学模型,建立了断开过程中电弧的MATLAB仿真模型,对电路断开过程中电弧的电压和电流进行了仿真分析,得到了电感性本质安全电路火花放电的全过程仿真波形.通过比较,与实际的波形保持了良好的一致性,证明了理论分析的正确性.

一种仅由绝缘油气相色谱分析发现的电流互感器缺陷

对一起仅由油中气相色谱分析发现的互感器低能放电故障进行了研究和分析。该设备在绝缘油例行周期检查中发现色谱试验数据异常,将其返厂。在制造厂对故障设备进行了相关常规和诊断性试验,试验数据均在国家规定标准之内,未发现异常;仅有油色谱试验数据依然不合格。后经整体解剖发现,此故障是由互感器一次绕组地屏铜带蹭伤产生的毛刺尖端,在高场强下发生火花放电所致。该故障虽未对设备造成较严重后果,但利用常规试验和诊断性试验均没有发现此故障的现象,这是值得引起高度警觉和重视的问题。