Typical Motion and Extinction Characteristics of the Secondary Arcs Associated with Half-Wavelength Transmission Lines

Secondary arc discharge is a complicated physical phenomenon and one of the key fundamental issues associated with ultra high voltage （UHV） half-wavelength transmission lines （HWTL）. With the establishment of a physicM simulation platform for the HWTLs, experiments were carried out regarding the motion and extinction characteristics of secondary arcs. The cathode arc root and the anode arc root were found to show an obvious polarity effect while the arc column was moving in a spirM, due to their different motion mechanisms. The extinction behavior was also recorded and experiments were designed with different compensation conditions. Results show that the arcing time can be greatly reduced if there exists an electrical compensation network. The research provides fundamentals for understanding the physics involved, especially the motion and extinction mechanisms of the secondary arcs.

小电流下弧根运动对空气直流电弧的影响

阴极弧根为电子发射的主要区域,弧根的运动对空气直流电弧等离子体特性有重要意义。通过电极旋转驱动阴极弧根运动,实验观测得到电极旋转情况下空气直流电弧拉弧过程电极表面烧蚀情况、扭曲的弧柱形态,同时提取并对比了直线拉弧和旋转拉弧的电弧电压上升曲线。参照临界电流试验条件,建立小电流下平行电极间三维电弧仿真模型,探究在小电流情况下,自由燃烧态电弧的演变过程。仿真结果表明:阴极弧根运动使得发射后极间带电粒子空间分布变化,间隙放电通道改变,电弧的最大温度值降低;当电弧放电通道不稳定时,极间电弧电压出现波动,电弧能量包络空间相对变小,间隙中高能粒子较少,有利于电弧能量的空间逸散。

直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析

直流接触器灭弧室中弧根的演变对其开断性能有重要的影响。该文搭建实验平台,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器开断过程中的弧根转移过程,并基于磁流体动力学理论,建立空气电弧数学模型,对电弧等离子体鞘层进行假设,并且在计算中耦合分断回路方程。通过对温度场、电流密度、电导率和气压分布的仿真分析,得到分断过程中弧根转移产生的根本原因,在现有的仿真条件下研究分断速度、差异外施横向磁场对弧根演变规律的影响。结果表明:在一定范围内,灭弧室入口区磁场大于栅片区时,弧根转移加速,熄弧时间缩短;由于灭弧室入口两侧气流漩涡的存在,当分断速度较小时,阳极弧根运动至引弧片时会出现停滞现象,该停滞现象随着分断速度的增大而消失,并且燃弧时间缩短,仿真与实验观测结果较为一致。本文的研究对提高直流接触器分断能力,优化灭弧室结构具有一定的意义。

限流式断路器的优化设计

本文对一种工作于交流240V电路中的微型限流式断路器进行了优化设计。应用光纤成像系统来研究短路电流达6kA时弧根的运动情况,使用计算机软件来处理光纤阵列的图像以便确认灭弧室中弧根的准确位置,由弧根位置来研究电弧的不运动性,最后研究了多种动触头材料及引弧角材料对弧根运动的影响。

半波长输电线路潜供电弧弧根运动和熄灭特性实验研究

潜供电弧是发展特高压半波长输电技术面临解决的关键问题之一。采用典型的特高压输电线路参数配置,通过计算仿真获得了半波长输电线路单相故障时潜供电流和弧后恢复电压梯度的分布规律。采用分布参数模型,通过对三相耦合电路的合理简化,给出了半波长线路潜供电弧物理模拟的单相等值实验拓扑。基于建立的物理模拟实验平台,获得了半波长线路潜供电弧的弧根弧柱运动图像和熄灭特性。实验发现半波长线路潜供电弧的阴极和阳极弧根运动具有明显的极性效应,并进一步分析了阴极和阳极弧根的运动机制与特征。实验指出,不同的补偿网络对半波长潜供电弧的熄灭特性影响较大,适当的补偿条件可使得潜供电弧的熄灭时间大为缩短。该研究工作可为发展特高压半波长输电线路潜供电弧的抑制技术提供参考依据。

高压直流继电器电弧运动仿真分析与实验研究

电弧是影响高压直流继电器性能的重要因素,研究电弧运动特性及其灭弧措施对提高其电寿命和可靠性具有重要意义。该文基于磁流体动力学(MHD)建立了高压直流继电器电弧等离子体的三维数学模型,对不同外加磁场、不同银蒸气浓度和增设纵向绝缘栅片条件下的电弧运动进行了一系列的仿真计算,得到不同条件下的电弧电压;通过计算弧根的位置坐标对电弧运动进行表征,得到弧根运动曲线。利用高速摄像机拍摄燃弧过程,对仿真结果进行验证。结果表明,触头烧蚀产生的银蒸气不利于电弧的熄灭并阻碍电弧运动;外加磁场作用下触头断开后的一段时间内,电弧在较小范围内做随机运动,是造成烧蚀的主要阶段,增大外加磁场有利于缩短随机运动时间;增设纵向绝缘栅片将提高电弧电压,加快电弧的熄灭。

受电弓过分段绝缘器电弧特性研究

受电弓通过分段绝缘器时,由于线路的不平整性,以及分段绝缘器自身结构特点,往往会产生电弧,且由于分段绝缘器两端存在数百上千伏高压,电弧往往难以熄灭,电弧停滞时间过长将对分段绝缘器造成烧蚀损伤,影响铁路安全运营。分段绝缘器中电弧的转移以及弧根的演变对其燃弧熄弧性能有重要影响。基于磁流体动力学理论(MHD),建立了受电弓过分段绝缘器空气电弧数学模型,通过对气压分布、受力大小、温度场、电压的分析,得到了受电弓过分段绝缘器弧根转移的根本原因。研究表明,电弧的转移主要是由于气流场和电磁力的作用,且电弧转移过程中对招弧角中段的烧蚀轻微,但由于电弧弧根到达顶端后停止大范围运动,使得招弧角顶端受烧蚀严重。

受电弓通过分段绝缘器时电弧转移特性研究

受电弓通过分段绝缘器时,往往会产生电弧,且由于分段绝缘器两端数千伏高压,电弧往往难以熄灭,电弧转移时间过长将对分段绝缘器造成烧蚀损伤,影响铁路安全运营。分段绝缘器中电弧的转移以及弧根的演变对其燃弧、熄弧性能有重要影响。基于磁流体动力学理论(MHD),建立了受电弓过分段绝缘器空气电弧数学模型,研究了不同招弧角角度电弧转移过程,分析了转移过程气流场、电磁力、温度场以及电弧电压的变化,得到了受电弓过分段绝缘器弧根转移的根本原因。研究表明:随着招弧角增大,电弧转移速度呈现先增大后减小趋势;此外,角度增大使得电极间距变小,降低了电弧拉弧能力,最终得出60°为招弧角最优解。