真空開關(guān)電弧電子溫度診斷原理

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•      真空開關(guān)作為電力系統(tǒng)中的控制和保護(hù)設(shè)備,其主要特點(diǎn)是利用真空作為主觸頭間的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì),真空的優(yōu)異絕緣強(qiáng)度和滅弧能力給真空開關(guān)帶來眾多優(yōu)點(diǎn),真空開關(guān)在多種領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,特別是在我國電力系統(tǒng)中壓領(lǐng)域占有絕對的統(tǒng)治地位。
       為了提高真空開關(guān)的電壓等級和電流等級,這就需要對其相關(guān)特性進(jìn)行深入的研究,特別是真空開關(guān)電弧基礎(chǔ)物理理論的研究至關(guān)重要。目前在電弧等離子體進(jìn)行有效診斷的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行調(diào)控是真空開關(guān)領(lǐng)域重要的任務(wù)之一,把有效的調(diào)控手段應(yīng)用到真空開關(guān)的設(shè)計中,就可以大大提高裝置的工作性能和指標(biāo),完成電力系統(tǒng)短路保護(hù)的苛刻任務(wù)。國內(nèi)外目前許多學(xué)者對真空開關(guān)電弧在不同的電參數(shù)下的形態(tài)變化規(guī)律及電弧模擬仿真作了大量的研究 ,在電弧等離子體參數(shù)診斷方面報道不是很多,國內(nèi)曾有對電子溫度和電子密度的變化趨勢作了定性的研究 。

         本文建立了真空開關(guān)電弧實驗?zāi)Ｐ?通過設(shè)計的圖像采集系統(tǒng)對真空電弧進(jìn)行了采集,在此基礎(chǔ)上結(jié)合圖像處理和二比色測溫原理,繪制了真空開關(guān)電弧的溫度場,計算了電子溫度,旨在為真空開關(guān)的心臟———真空滅弧室的設(shè)計和制造提供理論依據(jù),促進(jìn)真空開關(guān)在高電壓、大電流領(lǐng)域的應(yīng)用。

  診斷原理

         等離子體中存在著大量的帶電粒子,它們之有著各種復(fù)雜的相互作用,它們所輻射的電磁波具有很廣闊的頻率范圍。如何通過這些輻射得到等離子體的成分(電子密度、電子溫度、離子溫度、離子密度等) 及其分布是等離子體診斷的一個重要方面。對于黑體來說,不必知道輻射的詳細(xì)過程,可直接采用普朗克輻射公式來描述各種溫度下的輻射譜。但在真空中的等離子體,不是完全吸收體,須考察其具體的輻射過程。輻射過程有軔致輻射和復(fù)合輻射兩種。軔致輻射就是由作熱運(yùn)動的電子和離子碰撞時電子在庫侖場中被加速或減速產(chǎn)生的輻射。復(fù)合輻射是通過電子和離子的碰撞使彼此間結(jié)合起來而生的輻射。等離子體的連續(xù)輻射總強(qiáng)度是由軔致輻射強(qiáng)度和復(fù)合輻射強(qiáng)度組成的。在真空開關(guān)電弧中,等離子體輻射主要是由軔致輻射決定的,且自由電子的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子速度,韌致輻射主要由電子產(chǎn)生。采用量子力學(xué)方法及Abel 變換處理可得到電子密度的表達(dá)式 :

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