高压断路器SF_6电弧电流零区动态特征和衰减行为的研究综述

高压SF6断路器开断故障电流的成功与否与电弧在电流零区的动态特征和衰减行为紧密相关,涉及到一个介质状态从导电到绝缘转变的过程,包含大量的基础科学问题。电弧现象是一个多物理场相互耦合变化的复杂过程,其研究涉及的学科领域广,交叉性强。由于实验和理论研究中存在的困难,目前对SF6电弧电流零区动态衰减特性的了解尚不完善清晰;相关研究属于电器研究领域的难点之一,是定量预测断路器开断性能的技术瓶颈。以高压断路器SF6电弧为对象,从理论研究、实验测试层面以及宏观、微观角度,综述了国内外高压断路器SF6电弧等离子体特性,特别是非平衡态下电弧电流零区动态特征和衰减行为的研究进展,并对未来的研究工作进行了展望。

高温氮气电弧等离子体物性参数的计算分析

等离子体的宏观特性与其内部的微观过程紧密联系在一起。研究电弧等离子体不同粒子组分构成以及对组分有强烈依赖关系的热力学参数、输运参数,将为深入了解电弧等离子体的形成机理奠定微观理论基础,并为利用磁流体动力学（MHD）仿真研究电弧特性提供前提条件。假定氮气电弧等离子体处于局部热力学平衡态（LTE）,介绍了求解电弧等离子体物性参数的基本原理,采用最新的配分函数计算方法和碰撞积分参数,给出了不同气压条件下（0.01、0.1、0.3、0.5和1 MPa）、不同温度范围内（300-40 000 K）氮气电弧等离子体热力学参数与输运参数的最新计算结果,并与以往文献中的部分结果进行了对比与分析。结果表明,氮气电弧等离子体热力学参数与输运参数的计算结果与文献中较近的计算结果十分接近;微小差别的产生,主要来源于配分函数和碰撞积分的差异。

平衡态电弧等离子体统计热力学属性的计算

以热力学平衡和化学平衡假设为前提,在求解电弧等离子体统计热力学参数的基本原理的基础上,考虑了粒子激发态的影响,得到精确的粒子配分函数,进而运用德拜模型将等离子体粒子相作用的影响包含在内,从化学平衡方程得到氮气和氩气平衡态电弧等离子体内部粒子成分与温度、气压的函数,并以此计算获得相应的统计热力学参数.利用此方法计算出了不同气压条件下(0.01、0.10、0.30、0.50、1.00MPa)、不同温度范围内(300～40 000K)氮气和氩气电弧等离子体热力学参数,并与以往文献中的部分结果进行了对比与分析.结果表明,在15 000K以内统计热力学参数的计算结果良好,随着温度的继续升高,计算结果产生了误差,误差主要来源于配分函数计算方法和德拜修正带来的计算精度的差异.

局域热力学平衡态空气电弧等离子体输运参数计算研究

空气电弧等离子体的物性参数为空气电弧放电过程的仿真提供了可靠的微观理论基础和参数输入．假定体系处于局域热力学平衡态，基于Chapman-Enskog理论，采用Sonine多项式三级展开（对黏滞系数采用二级展开）得到的输运参数表达式，数值计算得到了不同气压条件下（0．1atm-20atm，1atm=1=01325×10^5Pa）、不同温度范围内（300-30000K）空气电弧等离子体的输运参数（扩散系数、黏滞系数、热导率、电导率）．与以往的理论研究相比，最新的相互作用势和碰撞截面研究成果被应用到涉及粒子的碰撞积分计算中，提高了输运参数计算结果的精度和可靠性．