ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ АНОДА ПОСЛЕ ПОГАСАНИЯ СИЛЬНОТОЧНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ
|
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Свободногорящая вакуумная дуга
1.2. Стабилизированная аксиальным магнитным полем вакуумная дуга
1.3. Особенности поджига разряда в КС TEL
1.4. Измерение температуры поверхности анода
1.5. Пробой промежутка восстанавливающимся напряжением
2. Техника и методика эксперимента
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Измерение температуры анода
2.2.1.Коэффициент излучения композиции CuCr
2.2.2.Прямая съемка анода
2.2.3.Съемка анода через два интерференционных фильтра
2.3. Характеристики исследуемых КС
2.3.1.Расчет магнитных полей в пакете Comsol Multiphysics
2.3.2.Использование результатов измерений АМП для контроля деградации КС ......... 47
3. Результаты эксперимента и обсуждение
3.1. Процессы на аноде во время горения дуги
3.2. Температура анода непосредственно после погасания разряда
3.2.1.КС TEL-64
3.2.2.КС TEL-50
3.2.3.КС TEL-55
3.3. Остывание анода
3.4. Процессы на катоде
4. Заключение
Выводы
Литература
Приложения
Приложение 1. Тепловое излучение и его характеристики
Приложение 2. Расчет АМП. Постановка численной задачи
1. Обзор литературы
1.1. Свободногорящая вакуумная дуга
1.2. Стабилизированная аксиальным магнитным полем вакуумная дуга
1.3. Особенности поджига разряда в КС TEL
1.4. Измерение температуры поверхности анода
1.5. Пробой промежутка восстанавливающимся напряжением
2. Техника и методика эксперимента
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Измерение температуры анода
2.2.1.Коэффициент излучения композиции CuCr
2.2.2.Прямая съемка анода
2.2.3.Съемка анода через два интерференционных фильтра
2.3. Характеристики исследуемых КС
2.3.1.Расчет магнитных полей в пакете Comsol Multiphysics
2.3.2.Использование результатов измерений АМП для контроля деградации КС ......... 47
3. Результаты эксперимента и обсуждение
3.1. Процессы на аноде во время горения дуги
3.2. Температура анода непосредственно после погасания разряда
3.2.1.КС TEL-64
3.2.2.КС TEL-50
3.2.3.КС TEL-55
3.3. Остывание анода
3.4. Процессы на катоде
4. Заключение
Выводы
Литература
Приложения
Приложение 1. Тепловое излучение и его характеристики
Приложение 2. Расчет АМП. Постановка численной задачи
Вакуумная дуга – это сильноточный низковольтный электрический разряд между
двумя металлическими контактами в вакууме [1]. Разряд в вакууме существует благодаря
наличию обратной связи между дуговыми процессами в промежутке и эрозионными
процессами на электродах – после возникновения дуги межэлектродный промежуток быстро
заполняется плазмой, состоящей из ионизованного металлического пара.
Процессы, происходящие на катоде, очень сложны и относятся к явлениям,
определяющим само существование разряда. Основным источником плазмы при горении
дуги являются катодные пятна (КП) [2] – локальные сугубо нестационарные привязки,
замыкающие на себя ток огромной плотности (~108 А/см2) и имеющие очень высокую
температуру. КП возникают на поверхности катода в результате акта взрывной эмиссии и
являются так же поставщиками нейтрального пара и расплавленных капель. Размер КП
составляет от единиц до сотни микрон, время жизни на порядки меньше времени
существования разряда (от единиц нс до сотни мкс) [3]. После отмирания КП на поверхности
катода остается углубление с бруствером (называемое кратером), а неподалеку от него
возникает новое КП.
Количество КП пропорционально величине тока разряда. Выделяют слаботочную
(101-102 А) вакуумную дугу, которая характеризуется наличием одного или нескольких КП, и
сильноточную (104-105 А) вакуумную дугу (СВД), характеризуемую большим количеством
КП. Свойства КП зависят от материала катода и состояния его поверхности. КП принято
разделять на две группы – КП первого и второго рода. Первые возникают на неочищенных
(окисленных) поверхностях, вторые – на чистых. В СВД принято говорить о пятнах второго
рода, т.к. разряд в процессе горения эффективно очищает поверхность электрода.
Актуальность исследований разряда дугового типа в вакууме помимо чисто
научного интереса связана с прикладным направлением – разработкой вакуумных
выключателей (ВВ), предназначенных для коммутации (включения и отключения)
электрического тока в высоковольтных сетях переменного напряжения. Использование ВВ
обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с использованием воздушных и масляных
выключателей. Это, например, низкие массогабаритные показатели, простота эксплуатации и
снижение эксплуатационных затрат, экологическая безопасность. Исследования процессов,
протекающих в ВВ при горении дуги, позволяют развивать данную отрасль.
Одними из основных элементов вакуумного выключателя являются вакуумная
дугогасительная камера (ВДК), электромагнитный привод и устройство управления.4
Исследуемые в настоящей работе физические процессы локализованы в ВДК. Одна из
основных характеристик ВДК – предельная отключающая способность (ПОС), т.е.
максимальный отключаемый ток. Рассмотрим конструкцию ВДК. Внутри камеры
расположены неподвижный и подвижный контакты. Подвижный контакт крепится в камере
с помощью сварного сильфона. Во включенном состоянии подвижный электрод поджат к
неподвижному с помощью пружины, что обеспечивает необходимый гальванический
контакт при протекании тока. Для отключения тока привод отрывает подвижный контакт от
неподвижного. При разрыве нагруженных током контактов между ними поджигается
вакуумная дуга. При переходе тока через ноль разряд гаснет, после чего на контактах
выключателя восстанавливается переходное напряжение (ПВН), которое может привести к
пробою промежутка и повторной инициации дуги. Задача ВВ будет выполнена, когда после
первого (в крайнем случае, второго) нуля тока прикладываемое ПВН не спровоцирует
инициации разряда в промежутке, т.е. протекание тока в цепи окажется невозможным. Это
будет выполнено в случае, если [2]:
К моменту приложения ПВН электроды будут разведены на достаточное расстояние.
После погасания дуги в промежутке быстро восстановится вакуум, нарушенный при горении дуги.
Для обеспечения первого пункта привод ВВ должен иметь необходимую скорость
размыкания электродов. Данный вопрос находится за рамками настоящей работы. Основная
проблема второго пункта состоит в том, что при больших плотностях тока поверхность анода
(как наиболее энергетически нагруженного электрода) в процессе горения дуги может быть
значительно разогрета, и к нулю тока температура анода может оставаться высокой. Это
будет обеспечивать большую скорость испарения материала. В итоге, при приложении ПВН
может произойти пробой межэлектродного промежутка и отказ выключателя.
Очевидно, что для повышения отключающей способности необходимо обеспечить
наиболее равномерное распределение тока по поверхности электродов. Этого удается
добиться путем стабилизации дуги аксиальным магнитным полем (АМП). В
коммутационных модулях для генерации такого поля используются контактные
системы (КС) специальной конструкции, называемые АМП – контактами, генерирующие
собственное АМП протекающим током.
Однозначного ответа, при каких температурах анода и, соответственно, давлениях
пара может произойти пробой, в настоящее время нет. Например, по мнению авторов5
работы [4], пробой происходит с большой вероятностью, если концентрация металлического
пара в промежутке достигает ~1016 см-3 (при зазоре ~1 см). Концентрация насыщенных паров
медь-хромовых электродов составляет 1016 см-3 при температуре ~2000 К. Это соответствует
давлению ~100 Па. Авторы работ [5, 6], считают, что важную роль в пробое играют малые
частицы (капли), отрывающиеся от электродов и имеющие высокую температуру, однако
температуры капель в этих работах не определялись, и сама причина появления капель не
исследовалось. Единого представления о механизме и условиях пробоя пока нет.
К началу настоящей работы количество опубликованных трудов по определению
температуры поверхности анода весьма мало – не более десятка. Причем, большая часть
работ была проведена без пространственного разрешения, в то время как интересны
пространственные распределения температуры по поверхности анода. Так же минимальна
информация о температуре капель. Известна лишь одна работа [7], в которой обнаружены
капли, разогретые до температуры 1750 K. Сказанное выше определяет актуальность темы
диссертации.
Целью настоящей работы является исследование теплового состояния поверхности
анода после погасания разряда, обнаружение режимов с каплями, определение причин
появления капель и их температуры. На основании полученных результатов сделать вывод
об условиях, необходимых для пробоя промежутка восстанавливающимся напряжением.
Исследования проводились в трех различных промышленных АМП электродных
системах с различной отключающей способностью и АМП характеристиками: TEL-50,
TEL-55, TEL-64. Отметим, что в ходе эксплуатации электроды, в зависимости от режимов и
истории токовых воздействий, в той или иной мере деградируют. В частности, ухудшаются
АМП характеристики, что может приводить к снижению отключающей способности.
Потому, в ходе исследований важно контролировать состояние электродов и генерируемые
ими магнитные поля во избежание проведения исследований в сильно деградировавших КС
с заведомо сниженной верхней границей отключающей способности.
Учитывая сказанное выше, задачи, которые были поставлены и решены для
достижения цели работы, были сформулированы следующим образом.
исследовать распределение температуры по поверхности анода непосредственно
после погасания разряда в широком диапазоне амплитуд воздействующих токов;
обнаружить режимы с каплями, исследовать причины их появления и динамику
движения. По возможности определить температуру капель;6
исследовать процесс остывания электродов и капель;
обеспечить контроль состояния контактов и генерируемых ими АМП;
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
В работе было установлено, что в момент погасания разряда в промежутке
обнаруживаются капли двух сортов.
Первый сорт капель имеет анодное происхождение. Анодные капли образуются в
результате разрушения жидкого гребня, формирующегося на аноде в процессе
горения дуги. В работе были измерены температуры анодных капель.
Источником капель второго сорта в промежутке является катод. Свойства катодных
капель существенно отличаются от свойств капель, генерируемых катодным пятном,
горящем на интегрально холодной поверхности электрода.
Научная и практическая значимость работы. Большинство полученных в
работе результатов являются новыми и представляют интерес с точки зрения физики
дугового вакуумного разряда, а также могут быть использованы для разработки новых ВДК
и для совершенствования конструкции существующих.
Методом исследования температуры является пирометрический метод, основанный
на сравнении яркости теплового излучения исследуемого тела с яркостью теплового
излучения тела известной температуры. Данная методика, использовалась, например, в
работах [7-10].
Достоверность определяемых температур обеспечивается использованием в качестве
регистратора теплового излучения современной высокоскоростной 12-ти битной камеры
Phantom Miro M310 с интерференционным фильтром. В работе применялась компьютерная
обработка результатов. Измерения производились многократно, результаты хорошо
воспроизводимы. Спектральный коэффициент излучения медь-хромовой композиции был взят из [7].
В большинстве случаев на временных зависимостях температуры анода после
погасания дуги наблюдалось плато на уровне ~1250-1350 К, что близко́ к температуре
плавления меди, которая является основной компонентой медь-хромовой композиции, из
которой изготовлена накладка электрода. Данное обстоятельство является аргументом в
качестве подтверждения достоверности определяемых значений температур.
В настоящей работе также специально была проведена серия съемок поверхности
анода через два параллельно установленных интерференционных фильтра (глава 2.2.3.), что7
позволяет определять температуру тела без информации о коэффициенте излучения
поверхности. Полученные данным способом температуры оказались близки с
температурами, определяемыми при съемке через один интерференционный фильтр.
Электрические измерения характеристик дуги проводились с помощью цифрового
осциллографа Agilent DSO5014A с дифференциальным пробником N2772A. Достоверность
полученных магнитных характеристик контактных систем обеспечивалась сопоставлением
результатов экспериментальных измерений магнитного поля (с помощью калиброванного
датчика Холла Honeywell SS496A) и компьютерного моделирования в лицензионном пакете
COMSOL Multiphysics.
Апробация работы. Часть результатов настоящей работы (измерение температуры
поверхности анода в КС TEL-64) была представлена на 27-м международном симпозиуме
ISDEIV (Международный Симпозиум по Разрядам и Электрической Изоляции в Вакууме)
[1a]. По тем же материалам была сдана в печать статья в международный журнал
IEEE Transactions on Plasma Science [2a].
двумя металлическими контактами в вакууме [1]. Разряд в вакууме существует благодаря
наличию обратной связи между дуговыми процессами в промежутке и эрозионными
процессами на электродах – после возникновения дуги межэлектродный промежуток быстро
заполняется плазмой, состоящей из ионизованного металлического пара.
Процессы, происходящие на катоде, очень сложны и относятся к явлениям,
определяющим само существование разряда. Основным источником плазмы при горении
дуги являются катодные пятна (КП) [2] – локальные сугубо нестационарные привязки,
замыкающие на себя ток огромной плотности (~108 А/см2) и имеющие очень высокую
температуру. КП возникают на поверхности катода в результате акта взрывной эмиссии и
являются так же поставщиками нейтрального пара и расплавленных капель. Размер КП
составляет от единиц до сотни микрон, время жизни на порядки меньше времени
существования разряда (от единиц нс до сотни мкс) [3]. После отмирания КП на поверхности
катода остается углубление с бруствером (называемое кратером), а неподалеку от него
возникает новое КП.
Количество КП пропорционально величине тока разряда. Выделяют слаботочную
(101-102 А) вакуумную дугу, которая характеризуется наличием одного или нескольких КП, и
сильноточную (104-105 А) вакуумную дугу (СВД), характеризуемую большим количеством
КП. Свойства КП зависят от материала катода и состояния его поверхности. КП принято
разделять на две группы – КП первого и второго рода. Первые возникают на неочищенных
(окисленных) поверхностях, вторые – на чистых. В СВД принято говорить о пятнах второго
рода, т.к. разряд в процессе горения эффективно очищает поверхность электрода.
Актуальность исследований разряда дугового типа в вакууме помимо чисто
научного интереса связана с прикладным направлением – разработкой вакуумных
выключателей (ВВ), предназначенных для коммутации (включения и отключения)
электрического тока в высоковольтных сетях переменного напряжения. Использование ВВ
обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с использованием воздушных и масляных
выключателей. Это, например, низкие массогабаритные показатели, простота эксплуатации и
снижение эксплуатационных затрат, экологическая безопасность. Исследования процессов,
протекающих в ВВ при горении дуги, позволяют развивать данную отрасль.
Одними из основных элементов вакуумного выключателя являются вакуумная
дугогасительная камера (ВДК), электромагнитный привод и устройство управления.4
Исследуемые в настоящей работе физические процессы локализованы в ВДК. Одна из
основных характеристик ВДК – предельная отключающая способность (ПОС), т.е.
максимальный отключаемый ток. Рассмотрим конструкцию ВДК. Внутри камеры
расположены неподвижный и подвижный контакты. Подвижный контакт крепится в камере
с помощью сварного сильфона. Во включенном состоянии подвижный электрод поджат к
неподвижному с помощью пружины, что обеспечивает необходимый гальванический
контакт при протекании тока. Для отключения тока привод отрывает подвижный контакт от
неподвижного. При разрыве нагруженных током контактов между ними поджигается
вакуумная дуга. При переходе тока через ноль разряд гаснет, после чего на контактах
выключателя восстанавливается переходное напряжение (ПВН), которое может привести к
пробою промежутка и повторной инициации дуги. Задача ВВ будет выполнена, когда после
первого (в крайнем случае, второго) нуля тока прикладываемое ПВН не спровоцирует
инициации разряда в промежутке, т.е. протекание тока в цепи окажется невозможным. Это
будет выполнено в случае, если [2]:
К моменту приложения ПВН электроды будут разведены на достаточное расстояние.
После погасания дуги в промежутке быстро восстановится вакуум, нарушенный при горении дуги.
Для обеспечения первого пункта привод ВВ должен иметь необходимую скорость
размыкания электродов. Данный вопрос находится за рамками настоящей работы. Основная
проблема второго пункта состоит в том, что при больших плотностях тока поверхность анода
(как наиболее энергетически нагруженного электрода) в процессе горения дуги может быть
значительно разогрета, и к нулю тока температура анода может оставаться высокой. Это
будет обеспечивать большую скорость испарения материала. В итоге, при приложении ПВН
может произойти пробой межэлектродного промежутка и отказ выключателя.
Очевидно, что для повышения отключающей способности необходимо обеспечить
наиболее равномерное распределение тока по поверхности электродов. Этого удается
добиться путем стабилизации дуги аксиальным магнитным полем (АМП). В
коммутационных модулях для генерации такого поля используются контактные
системы (КС) специальной конструкции, называемые АМП – контактами, генерирующие
собственное АМП протекающим током.
Однозначного ответа, при каких температурах анода и, соответственно, давлениях
пара может произойти пробой, в настоящее время нет. Например, по мнению авторов5
работы [4], пробой происходит с большой вероятностью, если концентрация металлического
пара в промежутке достигает ~1016 см-3 (при зазоре ~1 см). Концентрация насыщенных паров
медь-хромовых электродов составляет 1016 см-3 при температуре ~2000 К. Это соответствует
давлению ~100 Па. Авторы работ [5, 6], считают, что важную роль в пробое играют малые
частицы (капли), отрывающиеся от электродов и имеющие высокую температуру, однако
температуры капель в этих работах не определялись, и сама причина появления капель не
исследовалось. Единого представления о механизме и условиях пробоя пока нет.
К началу настоящей работы количество опубликованных трудов по определению
температуры поверхности анода весьма мало – не более десятка. Причем, большая часть
работ была проведена без пространственного разрешения, в то время как интересны
пространственные распределения температуры по поверхности анода. Так же минимальна
информация о температуре капель. Известна лишь одна работа [7], в которой обнаружены
капли, разогретые до температуры 1750 K. Сказанное выше определяет актуальность темы
диссертации.
Целью настоящей работы является исследование теплового состояния поверхности
анода после погасания разряда, обнаружение режимов с каплями, определение причин
появления капель и их температуры. На основании полученных результатов сделать вывод
об условиях, необходимых для пробоя промежутка восстанавливающимся напряжением.
Исследования проводились в трех различных промышленных АМП электродных
системах с различной отключающей способностью и АМП характеристиками: TEL-50,
TEL-55, TEL-64. Отметим, что в ходе эксплуатации электроды, в зависимости от режимов и
истории токовых воздействий, в той или иной мере деградируют. В частности, ухудшаются
АМП характеристики, что может приводить к снижению отключающей способности.
Потому, в ходе исследований важно контролировать состояние электродов и генерируемые
ими магнитные поля во избежание проведения исследований в сильно деградировавших КС
с заведомо сниженной верхней границей отключающей способности.
Учитывая сказанное выше, задачи, которые были поставлены и решены для
достижения цели работы, были сформулированы следующим образом.
исследовать распределение температуры по поверхности анода непосредственно
после погасания разряда в широком диапазоне амплитуд воздействующих токов;
обнаружить режимы с каплями, исследовать причины их появления и динамику
движения. По возможности определить температуру капель;6
исследовать процесс остывания электродов и капель;
обеспечить контроль состояния контактов и генерируемых ими АМП;
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
В работе было установлено, что в момент погасания разряда в промежутке
обнаруживаются капли двух сортов.
Первый сорт капель имеет анодное происхождение. Анодные капли образуются в
результате разрушения жидкого гребня, формирующегося на аноде в процессе
горения дуги. В работе были измерены температуры анодных капель.
Источником капель второго сорта в промежутке является катод. Свойства катодных
капель существенно отличаются от свойств капель, генерируемых катодным пятном,
горящем на интегрально холодной поверхности электрода.
Научная и практическая значимость работы. Большинство полученных в
работе результатов являются новыми и представляют интерес с точки зрения физики
дугового вакуумного разряда, а также могут быть использованы для разработки новых ВДК
и для совершенствования конструкции существующих.
Методом исследования температуры является пирометрический метод, основанный
на сравнении яркости теплового излучения исследуемого тела с яркостью теплового
излучения тела известной температуры. Данная методика, использовалась, например, в
работах [7-10].
Достоверность определяемых температур обеспечивается использованием в качестве
регистратора теплового излучения современной высокоскоростной 12-ти битной камеры
Phantom Miro M310 с интерференционным фильтром. В работе применялась компьютерная
обработка результатов. Измерения производились многократно, результаты хорошо
воспроизводимы. Спектральный коэффициент излучения медь-хромовой композиции был взят из [7].
В большинстве случаев на временных зависимостях температуры анода после
погасания дуги наблюдалось плато на уровне ~1250-1350 К, что близко́ к температуре
плавления меди, которая является основной компонентой медь-хромовой композиции, из
которой изготовлена накладка электрода. Данное обстоятельство является аргументом в
качестве подтверждения достоверности определяемых значений температур.
В настоящей работе также специально была проведена серия съемок поверхности
анода через два параллельно установленных интерференционных фильтра (глава 2.2.3.), что7
позволяет определять температуру тела без информации о коэффициенте излучения
поверхности. Полученные данным способом температуры оказались близки с
температурами, определяемыми при съемке через один интерференционный фильтр.
Электрические измерения характеристик дуги проводились с помощью цифрового
осциллографа Agilent DSO5014A с дифференциальным пробником N2772A. Достоверность
полученных магнитных характеристик контактных систем обеспечивалась сопоставлением
результатов экспериментальных измерений магнитного поля (с помощью калиброванного
датчика Холла Honeywell SS496A) и компьютерного моделирования в лицензионном пакете
COMSOL Multiphysics.
Апробация работы. Часть результатов настоящей работы (измерение температуры
поверхности анода в КС TEL-64) была представлена на 27-м международном симпозиуме
ISDEIV (Международный Симпозиум по Разрядам и Электрической Изоляции в Вакууме)
[1a]. По тем же материалам была сдана в печать статья в международный журнал
IEEE Transactions on Plasma Science [2a].
В настоящей работе было проведено исследование теплового состояния поверхности
анода после погасания сильноточной вакуумной дуги в широком диапазоне токов.
Исследования были проведены в трех АМП-контактных системах типа TEL, отличающиеся
габаритами, АМП-характеристиками и предельными отключаемыми токами. В работе было
проведено моделирование процессов проникновения и установления АМП в промежуток во
всех трех КС в пакете COMSOL Multiphysics , а также верифицирована численная модель. В
работе были получены следующие результаты:
1. Распределение в нуле тока температуры по поверхности анода АМП-контактной
системы оказывается сильно неоднородным и определяется историей развития дуги и
движением расплава.
2. При токах, близких к предельному отключаемому току, температура наиболее
разогретых небольших фрагментов поверхности анода (рельефных гребней)
приближается к 2000 К.
3. Кривые остывания разных перегретых участков анода имеют сильно различающуюся
форму. Различия кривых остывания обусловлены целым рядом причин, в том числе
движением перегретых объектов. Кривые остывания некоторых из перегретых участков
имеют характерное плато при температуре, близкой температуре плавления меди.
Полученные данные позволяют предположить, что эти объекты были нагреты в дуговой
фазе ниже температуры плавления хрома. Кривые остывания тех объектов, которые, как
можно предположить, были перегреты выше температуры плавления хрома, плато не имеют.
4. В промежутке КС TEL-64 после протекания тока, близкого к предельному
отключаемому току, наблюдаются крупные медленно летящие капли, оторвавшиеся от
анода незадолго до погасания дуги, температура которых составляет 2050-2150 К.
Отсутствие анодных капель в нуле тока (при протекании предельных отключаемых
токов) в промежутках КС TEL-50 и TEL-55 связано с тем, что отрыв капель от анода
происходит существенно раньше нуля тока, чем в КС TEL-64. К моменту погасания
разряда анодные капли либо возвращаются обратно на анод, либо покидают поле зрения.
Факт более позднего отрыва капель от анода в КС TEL-64 коррелирует с бо́льшим
временем проникновения АМП в промежуток КС.86
5. В промежутках КС TEL-50 и TEL-55 после протекания тока, близкого к предельному
отключаемому току, наблюдается большое количество мелких капель, оторвавшихся от
поверхности катода; скорость движения этих капель существенно меньше скорости
движения капель, генерируемых КП, горящих на холодном катоде. В КС TEL-64
катодные капли обнаруживаются при токах, на несколько килоампер больших
предельного отключаемого данной КС тока.
6. Предполагается, что наблюдаемые во всех трех КС в нуле тока капли локально
увеличивают концентрацию пара и тем самым обеспечивают необходимые для пробоя условия
анода после погасания сильноточной вакуумной дуги в широком диапазоне токов.
Исследования были проведены в трех АМП-контактных системах типа TEL, отличающиеся
габаритами, АМП-характеристиками и предельными отключаемыми токами. В работе было
проведено моделирование процессов проникновения и установления АМП в промежуток во
всех трех КС в пакете COMSOL Multiphysics , а также верифицирована численная модель. В
работе были получены следующие результаты:
1. Распределение в нуле тока температуры по поверхности анода АМП-контактной
системы оказывается сильно неоднородным и определяется историей развития дуги и
движением расплава.
2. При токах, близких к предельному отключаемому току, температура наиболее
разогретых небольших фрагментов поверхности анода (рельефных гребней)
приближается к 2000 К.
3. Кривые остывания разных перегретых участков анода имеют сильно различающуюся
форму. Различия кривых остывания обусловлены целым рядом причин, в том числе
движением перегретых объектов. Кривые остывания некоторых из перегретых участков
имеют характерное плато при температуре, близкой температуре плавления меди.
Полученные данные позволяют предположить, что эти объекты были нагреты в дуговой
фазе ниже температуры плавления хрома. Кривые остывания тех объектов, которые, как
можно предположить, были перегреты выше температуры плавления хрома, плато не имеют.
4. В промежутке КС TEL-64 после протекания тока, близкого к предельному
отключаемому току, наблюдаются крупные медленно летящие капли, оторвавшиеся от
анода незадолго до погасания дуги, температура которых составляет 2050-2150 К.
Отсутствие анодных капель в нуле тока (при протекании предельных отключаемых
токов) в промежутках КС TEL-50 и TEL-55 связано с тем, что отрыв капель от анода
происходит существенно раньше нуля тока, чем в КС TEL-64. К моменту погасания
разряда анодные капли либо возвращаются обратно на анод, либо покидают поле зрения.
Факт более позднего отрыва капель от анода в КС TEL-64 коррелирует с бо́льшим
временем проникновения АМП в промежуток КС.86
5. В промежутках КС TEL-50 и TEL-55 после протекания тока, близкого к предельному
отключаемому току, наблюдается большое количество мелких капель, оторвавшихся от
поверхности катода; скорость движения этих капель существенно меньше скорости
движения капель, генерируемых КП, горящих на холодном катоде. В КС TEL-64
катодные капли обнаруживаются при токах, на несколько килоампер больших
предельного отключаемого данной КС тока.
6. Предполагается, что наблюдаемые во всех трех КС в нуле тока капли локально
увеличивают концентрацию пара и тем самым обеспечивают необходимые для пробоя условия
Подобные работы
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ АНОДА ПОСЛЕ ПОГАСАНИЯ СИЛЬНОТОЧНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4850 р. Год сдачи: 2017