多組分、強電流空氣開關電弧電漿的關鍵行為研究

《多組分、強電流空氣開關電弧電漿的關鍵行為研究》是依託西安交通大學，由李興文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多組分、強電流空氣開關電弧電漿的關鍵行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李興文
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

對空氣開關電弧電漿複雜行為的認識和控制是以空氣為滅弧和絕緣介質的中低壓、交直流電氣設備中最核心的共性問題。本項目擬綜合考慮多種因素的作用，來研究多組分、強電流空氣開關電弧的關鍵行為。首先從多組分混合、多物理場耦合的角度，特別考慮電弧與電極、柵片等相互作用下組分的擴散、能量的交換、輻射的特性，建立強電流電弧磁流體動力學模型，重點分析掌握不同條件時電弧電漿的關鍵行為特徵及其臨界控制參數；同時研製基於MEMS霍爾磁感測器陣列的電弧形態診斷系統和高精度的剩餘小電流測試裝置，結合光譜、CCD等，針對可拆式模型滅弧室開展強電流實驗，並同理論分析相互校核，深入揭示電弧背後擊穿及重燃、電弧被柵片分割等現象的作用機理，全面掌握電弧的演變規律；在此基礎上提出新型滅弧系統的最佳化設計原理和方法。研究可完善、豐富和發展空氣電弧理論，並為實現空氣開斷技術上的突破、以及相關新型高性能設備研發提供科學的理論基礎。

結題摘要

本項目主要取得了以下主要結果：(a) 建立了考慮燒蝕/沉積雙向過程的電弧與產氣材料相互作用數學模型，分析了不同材料的燒蝕特性以及電流對燒蝕過程的影響；(b) 提出了考慮非線性鐵磁柵片影響的電弧磁流體動力學建模方法，分析了出氣口形態、引弧板結構、柵片等對電弧特性的影響；(c) 研製了可拆式模型斷路器，實驗獲得了出口氣大小、滅弧室分割條件對弧後重燃和背後擊穿的影響規律，提出了一種帶永久磁鐵的交直流通用的新型電磁脫扣器，以提高斷路器的限流性能。通過研究，掌握了多組分、強電流電弧的物理特性及其控制技術，提出了器壁侵蝕與結構相複合的空氣開關電弧滅弧技術，並在產品設計中得到了套用，有效提高了開斷容量。推動空氣電弧理論的發展，為新型空氣開關的研發提供科學的依據和基礎。在該基金的資助下，已畢業1名博士生，在讀博士生2名；已畢碩士生5名。在《Journal of Applied Physics》、《IEEE Transactions on Plasma Science》、《IEICE Transactions on Electronics》等國際知名期刊上已發表被SCI收錄論文8篇，在國際會議上做大會特邀報告1次，系統介紹了在研項目的研究成果；申請國家發明專利3項；獲教育部自然科學一等獎和陝西省技術發明一等獎各1項，獲國家科技進步二等獎1項。