因?qū)Ь�的絕緣劣化、接觸不良等因素引起的直流電弧故障時(shí)有發(fā)生,但因無(wú)過(guò)零點(diǎn)特征無(wú)法自然熄弧可能導(dǎo)致設(shè)備損毀或者引發(fā)火災(zāi),研究直流電弧特性對(duì)于電弧故障的檢測(cè)與保護(hù)具有重要意義。光譜測(cè)試數(shù)據(jù)表明,在直流電弧中存在銅元素,因此,基于平衡態(tài)等離子體理論新增了含銅蒸氣介質(zhì)的電導(dǎo)率-溫度特性曲線。建立小電流空氣直流電弧的有限元模型,分析電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)的溫度場(chǎng)分布和電弧電阻及電極間距的關(guān)系,同時(shí),開(kāi)展電弧實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證仿真模型的合理性。數(shù)據(jù)表明:相比純空氣介質(zhì),引入銅蒸氣的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更接近。這體現(xiàn)在當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時(shí),兩者電極的溫度場(chǎng)分布基本一致,等離子體氣體溫度最高到6 000～7 500K;電弧電阻和電極間距的仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最大偏差是2.283Ω,最大相對(duì)誤差為13.45%�？梢�(jiàn),含銅蒸氣介質(zhì)的電弧仿真模型能更準(zhǔn)確、全面地研究直流電弧的電導(dǎo)率特性,為小電流直流電弧的電氣特性和溫度特性研究提供理論基礎(chǔ)。 

【文章來(lái)源】：電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,35(13)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

電弧光譜圖

使用文獻(xiàn)[5]中的數(shù)據(jù)，基于LTE狀態(tài)的等離子體，通過(guò)Guldberg–Waage（解離）方程和Saha（電離）方程求解粒子組分，利用Chapman-Enskog方法求解玻耳茲曼方程，得到混合氣體的輸運(yùn)參數(shù)（如電導(dǎo)率、黏滯系數(shù)、熱導(dǎo)率等），進(jìn)而獲得空氣-銅蒸氣混合氣體電弧等離子體的電導(dǎo)率-溫度特性曲線，如圖4所示�？梢�(jiàn)，仿真的100%Air電導(dǎo)率-溫度曲線與COMSOL軟件自帶的曲線（引自經(jīng)典文獻(xiàn)[14]）基本一致，證明了此方法的有效性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，新增加了1%Cu蒸氣-99%Air以及100%Cu蒸氣介質(zhì)的電導(dǎo)率-溫度曲線，發(fā)現(xiàn)在較低溫度區(qū)段（約15 000K以下），后者的電導(dǎo)率均高于100%Air。其余等離子體的相關(guān)參數(shù)采用經(jīng)典文獻(xiàn)[14]中測(cè)得的空氣等離子體比熱容、熱導(dǎo)率、密度等隨溫度變化的函數(shù)。宏觀上電弧電阻與微觀的等離子體電導(dǎo)率聯(lián)系密切，據(jù)此進(jìn)一步仿真電弧電阻的影響因素與變化規(guī)律。1.4 邊界條件

圖5 模型的局部與整體溫度場(chǎng)分布分析電弧的發(fā)展過(guò)程可知：(1)在電弧穩(wěn)定燃燒后，電弧最高溫度基本維持在6 000K以上不變，分析其原因是電弧穩(wěn)定燃燒后，空氣充分擊穿，弧中心的物理場(chǎng)基本保持不變，而電弧外圍空氣溫度在傳熱作用下按照一定梯度下降；(2)電極溫度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷升高，這也與介質(zhì)傳熱有關(guān)，熱源電弧的熱能隨著時(shí)間的推移不斷地向電極傳遞，在電極內(nèi)部也形成了一定的溫度梯度，即與電弧接觸的位置溫度比遠(yuǎn)離電弧的位置溫度上升快；(3)陽(yáng)極溫度總是高于陰極溫度。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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