考虑电压上升影响的“针-板”空气间隙直流负流注放电特性研究

负流注放电过程是一个高度非线性动力学过程,且发展过程复杂。该文针对“针–板”电极结构、1cm空气间隙,建立短空气间隙负流注放电模型并通过仿真试验验证模型合理性,分析外加上升时间及电压幅值对负流注放电发展过程空间电场强度、带电粒子浓度、流注发展速度、放电电流变化特性的影响。随负流注由“针”电极向“板”电极发展,放电区域内的轴线电场强度、电子浓度在短暂升高后呈现先降低后升高的变化趋势;随外加电压上升时间增大,流注头部的电场强度和电子浓度呈非线性上升趋势,外加电压上升时间T=0.01ns上升到T=2ns时,流注发展平均速度降低3.38mm/ns;随外加电压幅值增大,负流注头部的电场强度及电子浓度呈非线性上升趋势,外加电压幅值U_(0)=-20kV上升到U_(0)=-25kV时,流注发展平均速度上升2.7mm/ns。

均匀场中负流注放电形成过程粒子模拟

为研究均匀场中负流注放电的形成过程,采用粒子模拟方法对平行平板间隙中均匀场作用下高电压流注放电通道的形成和发展进行模拟,获取流注形成发展过程的瞬态物理图像和流注通道中心场强的变化图像。模拟结果表明:电子崩向阳极发展过程中,头部呈辐射状发展,尾部细长,电子集中在电子崩头部,当电子崩转变为流注后,流注通道中形成非平衡等离子体,通道头部和尾部局部场强增大,流注头部存在高能电子;在流注通道内的电子数密度分布图中观察到流注通道存在明显的分叉现象,不同气压和场强下通道分叉现象存在差异;场强一定时,流注发展速度受气压影响较小;气压一定时,随着场强增大,高能电子出现时间缩短,流注发展速度明显提高,通道中电子数密度显著增大,电离程度加深。

SF_(6)/N_(2)混合气体负流注放电特性的模拟研究

为深入探究标准大气压下SF_(6)气体含量对SF_(6)/N_(2)混合气体放电特性及绝缘性能的影响,采用有限元仿真软件COMSOL的等离子体模型,对不同SF_(6)摩尔分数混合气体的负流注放电进行了模拟。从微观角度对放电过程中各种粒子数密度的空间分布和空间的电场分布进行了研究,并获得了相应的击穿场强。研究表明:SF_(6)气体摩尔分数的变化会对空间中各种粒子的数密度分布产生影响,同时还会对流注的发展速度,空间电场的分布以及平均电子的能量产生影响;另外,提高混合气体中SF_(6)气体的摩尔分数可提升混合气体的绝缘性能。在工程中,应采用SF_(6)气体摩尔分数不低于75%的混合气体。