本文關(guān)鍵詞：空氣開關(guān)電弧的數(shù)學(xué)模型及其特性的研究綜述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第４３卷第４期２００７年８月

Ｖｏｌ．４３

ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓ

Ｎｏ．４

Ａｕｇ．２００７

２６９

文章編號：１００１－１６０９（２００７）０４－０２６９－０５

!空氣開關(guān)電弧的數(shù)學(xué)模型及其特性的研究綜述

李興文，

陳德桂

（西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安７１００４９）

ＲｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＡｉｒＳｗｉｔｃｈｉｎｇＡｒｃ

ＬＩＸｉｎｇ－ｗｅｎ，ＣＨＥＮＤｅ－ｇｕｉ

（ＳｔａｔｅｋｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰｏｗｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）

摘要：從空氣開關(guān)電弧的平衡態(tài)化學(xué)組成、基本屬性、建模與仿真、實(shí)驗(yàn)測試等角度，綜述了國內(nèi)外空氣開關(guān)電弧的數(shù)學(xué)模型及其特性的研究進(jìn)展，介紹了空氣開關(guān)電弧物性參數(shù)的計(jì)算方法，列舉了多個(gè)有代表性的電弧數(shù)學(xué)模型以及各種電弧特性的測試手段及其應(yīng)用，最后指出了空氣開關(guān)電弧研究所面臨的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：電弧；建模與仿真；測試；磁流體動力學(xué)中圖分類號：ＴＭ５０１．２

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｉｎ－ｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｉｒｓｗｉｔｃｈｉｎｇａｒｃｆｒｏｍｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｐｏｉｎｔｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉ－ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｌａｎｃｅｓｔａｔｅ；ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ａｒｃｍｏｄ－ｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｓｔ，，ａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｙｐｉｃａｌａｒｃｍｏｄｅｌｓａｎｄｖａｒｉｏｕｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗａｙｓｆｏｒａｒｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｉｓｆｉｅｌｄａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｃ；ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｅｓｔｉｎｇ；

ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ

等離子體物理和低溫等離子體物理與應(yīng)用。此后，隨

著低溫等離子體在鍍膜、表面改性、冶煉、有害物處理、光源、航天器推進(jìn)等領(lǐng)域的應(yīng)用，使得等離子體物理的發(fā)展達(dá)到了新的高潮［３－１２］。

伴隨著低溫等離子體物理的發(fā)展，對空氣開關(guān)電弧這一低壓電器科學(xué)中最核心和最關(guān)鍵的內(nèi)容的研究也逐步深入，主要包括：空氣開關(guān)電弧的基本屬性、電弧的數(shù)學(xué)模型與仿真以及電弧特性的實(shí)驗(yàn)測試等內(nèi)容。筆者主要介紹國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

１

空氣開關(guān)電弧的基本屬性

０

引言

等離子體是由大量帶電粒子組成的非束縛態(tài)宏觀體系［１］。熱等離子體是指完全或部分電離的氣體，屬于低溫等離子體范疇，空氣開關(guān)電弧是一種最典型的熱等離子體［２］。

１８３５年，法拉第研究了氣體放電基本現(xiàn)象；

物質(zhì)第四態(tài)”來描述氣體放１８７９年，克魯克斯提出“

電中產(chǎn)生的電離氣體；１９２９年，湯克斯和朗繆爾首次提出“一詞；２０世紀(jì)５０到８０年代，人們Ｐｌａｓｍａ”

建立了現(xiàn)代等離子體物理學(xué)，包括以下３個(gè)相對獨(dú)立的領(lǐng)域：受控?zé)岷司圩兊入x子體物理、空間與天體

收稿日期：２００７－０５－２５；

修回日期：２００７－０７－１３

空氣開關(guān)電弧的基本特征是：電場強(qiáng)度相當(dāng)?shù)?/p>

（低于數(shù)ｋＶ／ｍ），但電子和離子數(shù)密度非常高（大于１０２３ｍ－３）；一般滿足局部熱動平衡（ＬＴＥ）條件，且溫度一般為１００００Ｋ量級，也就是１ｅＶ?jǐn)?shù)量級，最高可達(dá)２５０００Ｋ［２］。對空氣開關(guān)電弧基本屬性的研究包

器壁材料等相互作用影響下的等離括：電弧與電極、

子體平衡態(tài)化學(xué)組成、熱動屬性及傳輸參數(shù)、輻射特性及輻射數(shù)學(xué)模型等。對這些問題的研究，不僅可以掌握其化學(xué)物理性質(zhì)，且為建立電弧的ＭＨＤ模型提供物性參數(shù)，從而分析空氣開關(guān)電弧的物理特性。

熱動屬性及１．１空氣開關(guān)電弧的平衡態(tài)化學(xué)組成、

傳輸參數(shù)

一般來說，除了以下３個(gè)區(qū)域，空氣開關(guān)電弧滿足ＬＴＥ條件：對流主導(dǎo)粒子碰撞過程的電極附近區(qū)域［１３］；從電弧中心吸收輻射能量的邊緣區(qū)域［１４］；擴(kuò)散率大于復(fù)合率導(dǎo)致局部化學(xué)不平衡的低溫區(qū)電�。郏保担荨�

事實(shí)上，對于電弧中心區(qū)域是否處于ＬＴＥ狀態(tài)，仍然存在爭議。文［７］利用湯姆森散射法測量氬電弧的氣體溫度、電子溫度和電子數(shù)密度時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使在電弧中心區(qū)域，也存在嚴(yán)重偏離ＬＴＥ的情況。但是，對空氣開關(guān)電弧化學(xué)組成的分析以及熱動屬

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（５０５０７０１６）。

作者簡介：李興文（１９７８－），男，副教授，研究方向?yàn)殡娀‰娊佑|理論及其應(yīng)用和電力電子技術(shù)。

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綜述

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