基于FEM_FCT法的均匀电场下SF_6气体击穿特性_李鑫涛
XeCl激光诱发SF_6气体击穿及高压开关触发特性的研究
XeCl激光诱发SF_6气体击穿及高压开关触发特性的研究王孝君【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】1995(7)1【摘要】给出了ＸｅＣｌ激光（３０８ｎｍ）诱发ＳＦ＿６气体击穿及高压开关触发特性的研究结果。
ＳＦ＿６气体击穿所需要的ＸｅＣｌ激光的功率密度很强地随气体压强而变。
在ＳＦ＿６气体压强为０．０２ＭＰａ时，击穿功率密度为４．６ＧＷ／ｃｍ￣２，当压强为０．０４８ＭＰａ时，击穿阈值达最小值为３．２ＧＷ／ｃｍ￣２，而在高气压情况（气压大于０．０２ＭＰａ），其所需功率密度趋于饱和为４ＧＷ／ｃｍ￣２。
采用激光触发间隙开关系统（ＬＴＧＳ），获得良好ＳＦ＿６气体开关触发特性：对自击穿电压Ｖ＿（ａｂ）≈６０ｋＶ的小型开关，在充电电压为Ｖ＿（ｃｈ）＝０．９６Ｖ＿（ａｂ）时，得开关延迟时间ｔ＿ｄ≈２０ｎｓ，抖动时间σ≈２６０ｐｓ。
【总页数】7页(P68-74)【关键词】激光诱发击穿;高压开关;触发特性;XeCl【作者】王孝君【作者单位】中国原子能科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TM564.2【相关文献】1.XeCl激光诱发SF6气体击穿及高压开关触发特性的研究 [J], 王孝君;片山和久;八井净2.XeCl激光触发气体开关的实验研究 [J], 景春元;邱爱慈;王晓红;刘晶儒;王丽戈3.气体开关触发间隙与过压间隙击穿特性研究 [J], 翟戎骁;黄涛;丛培天;罗维熙;王志国;张天洋4.三元混合气体SF_6／CCl_2F_2／N_2击穿特性研究 [J], 王立新;陈永庆5.含SF_6及N_2、CO_2、CCl_2F_2、CCl_4二元三元混合气体电击穿特性的试验研究 [J], 任中毅;宫国利;曹滨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一起220_kV同塔双回线跨线事故保护动作的分析
一起220kV 同塔双回线跨线事故保护动作的分析范辰旭，王会增，齐肖彬（国网河北省电力有限公司超高压分公司，河北石家庄050071）第1期（总第244期）2024年2月山西电力SHANXIELECTRICPOWERNo.1（Ser.244）Feb.2024摘要：介绍了一起同塔双回线C 相受雷电反击导致接地故障，后续雷电过电压致使其中一条线已经分开的开关C 相断口击穿的事故。
通过对保护装置动作报告、故障时序及故障录波器波形记录的分析，准确判断出开关内部击穿的事实，避免了重大二次事故的发生。
提出故障发生后要多源信息融合判断，深入了解故障发生的各项因素，结合故障波形分析，以便更加快速地对故障产生的原因及可能导致的后果做出合理正确的判断。
关键词：同塔双回线；雷电反击；接地故障；击穿；跨线中图分类号：TM773文献标志码：B文章编号：1671-0320（2024）01-0029-040引言随着电网的不断发展以及输电走廊的不断优化，同塔双回的线路数量不断增多，跨线故障的发生概率也不断增加[1-2]。
某年7月13日某地区电磁环网线路中同塔双回线路同时发生C 相接地故障。
随后其中1条线因线路后续雷电过电压导致已分开的线路开关C 相断口击穿，击穿后故障电流10.2kA ，燃弧致使开关C 相SF 6气体大量分解，压力急剧增大，约1h 后已转至冷备用的线路开关C 相上极柱爆炸，灭弧室上部掉落，静触头弹簧脱落，触指罩及动静触头烧损严重。
这是一起极其罕见的同塔双回线因雷电反击，最终导致一次设备发生爆炸的严重事故。
正是由于专业人员对事故的各类信息进行综合分析，得出了开关内部击穿的结论，有效避免了二次事故发生。
1同塔双回线C 相故障概况1.1变电站事故前运行方式该站现有220kV 变压器3台，Y/△绕组类型。
220kV 在运线路6条，故障线路均为与主网连接线路。
220kV 母线采用双母线接线，具体情况如图1所示。
1.2保护动作情况简析某年7月13日16时13分38秒，某地区220kVTCⅠ、TCⅡ线发生C 相跨线接地故障，TCⅠ线两侧线路保护均快速动作，跳开C 相开关，重合成功；TC Ⅱ线两侧线路保护均快速动作，跳开C 相开关，4ms 后TCⅡ线C 站侧283开关C 相开关断口击穿，再次出现短路电流，164ms C 站侧线路保护单跳失败动作，180ms C 站侧220kV 母线保护跟跳动作，283开关A 、B 相跳开，221ms TCⅡ线T 站侧线路远方其他保护动作，222开关三相跳开，330ms C 站侧220kV母线失灵保护动作，跳开220kVⅠ母线的201、213、285、211、281开关，并远跳各对侧开关。
均匀直流电场作用下贴壁气泡变形特性
第52卷第12期2021年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.12Dec.2021均匀直流电场作用下贴壁气泡变形特性王太，陈烁，李典，刘清元，谢英柏，刘春涛(华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定，071003)摘要：为了获得均匀直流电场作用下贴壁气泡的变形特性，开发电场力模型，并与基于轴对称坐标系的VOSET 方法相耦合，采用数值模拟的方法研究电场力、浮升力、表面张力、毛细力对气泡变形的影响。
同时，开展可视化实验对数值算法进行验证。
研究结果表明：电势与电场在气液界面附近发生扭曲，电场力指向气泡内部，挤压气泡沿电场方向伸长；电场强度与液体介电常数越大，电场力越大，气泡变形越明显；浮升力作用减弱，表面张力与电场力作用增强，气泡高度明显增加；表面张力具有维持气泡形状的能力，表面张力系数越小，当无外加电场时，气泡高度越小，施加电场后，气泡高度随电场强度增加而增大的幅度越大；接触角越大，气泡高度随电场强度增加而增大的幅度越大。
关键词：气泡；电场；电场力；VOSET 方法；数值模拟中图分类号：TK121文献标志码：A文章编号：1672-7207（2021）12-4531-09Investigation on deformation behavior of single bubble attachedto solid wall under effect of uniform DC electric fieldWANG Tai,CHEN Shuo,LI Dian,LIU Qingyuan,XIE Yingbai,LIU Chuntao(School of Energy,Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract:In order to obtain the deformation behavior of single bubble attached to the solid wall under the effect of uniform DC electric field,the VOSET method based on the axisymmetric coordinate coupled with electric field force model was used to investigate the effect of electric field force,buoyancy force,surface tension and capillary force on bubble deformation.The visualized experiment was performed to verify the numerical simulation algorithm.The results show that the electric potential and electric field are distorted around the gas-liquid interface.Under the extrusion action of electric field force pointing to the interior of the bubble,the bubble elongates along the direction of the electric field.The larger electric field strength and dielectric constant of liquid收稿日期：2021−04−21；修回日期：2021−05−29基金项目(Foundation item)：河北省自然科学基金资助项目(E2019502151)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2018MS105)(Project(E2019502151)supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province,China;Project (2018MS105)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China)通信作者：王太，博士，讲师，从事多相流动传热、气液两相流数值模拟研究；E-mail ：********************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.033引用格式：王太,陈烁,李典,等.均匀直流电场作用下贴壁气泡变形特性[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(12):4531−4539.Citation:WANG Tai,CHEN Shuo,LI Dian,et al.Investigation on deformation behavior of single bubble attached to solid wall under effect of uniform DC electric field[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(12):4531−4539.第52卷中南大学学报(自然科学版)will lead to the greater the electric field force and the more obvious bubble deformation.The effect of buoyancy force is weakened,the effect of surface tension and electric field force is enhanced,and the bubble height is increased obviously.The surface tension has the ability to maintain the bubble shape.With the decrease of the surface tension coefficient,the bubble height decreases in the absence of electric field,but in the case of applying electric field,it has the larger increasing amplitude with the increase in the electric fileld strength.With the increase of the contact angle,the bubble height has the larger increasing amplitude with the increase of the electric field strength.Key words:bubble;electric field;electric field force;VOSET method;numerical simulation电场强化沸腾换热技术具有设备简单、装置灵巧、功耗低、热流与温度易于控制等优点[1]，在动力工程、核能工程、化学工程、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
SF_6
（ １ ． 贵州 电力试验研究 院，贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ ５ ； ２ ． 西安交通大学 电力设备 电气绝缘国家重点实验室 ，西安
７ １ ０ ０ ４ ９ ）
摘要 ： 为研究 Ｓ 气体 中由极不均匀场 引发 的流注放 电的微观机制 以及放 电过程 中的瞬态产物 ， 基 于玻尔兹 曼 漂移 扩散方 程和 ｓ Ｆ ６ 电子碰撞反应截面数据 ， 对ｓ Ｆ 气体 中的流 注放 电进行有 限元数值仿真 。仿真模拟 了
流 注放 电过 程 中的主 要 瞬 态产 物 。
关键词 ： Ｓ Ｆ 气体 ； 玻 尔兹曼方程 ； 流注放电 ； 放 电机理 中图分类号 ： Ｔ Ｍ８ ３ ５ ． ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编 ０ ０ ４ ４ ． ０ ９
流注发展过程 中外部 电流 的３ 个 阶段性特征 ， 得 到了ｓ Ｆ 气体各发展 阶段 的微观过程 ， 包括流注发展 中电子 、 离子及 电荷的密度分布 ； 结合理论分析 ， 揭示了外施 电势与流注放 电通道内外 的电场分布的关 系， 并指出若使 流注 向前发展 ， 外施 电势不但要克服流注通道反向电场 ， 还要维持流注头部 电场大于电离临界场强 。另外 ， 通 过该仿 真模型还获得 了 ｓ Ｆ 气体 中电离瞬态产物 的成分及各 自比例 ， Ｆ 、 Ｆ ＋ 、 Ｓ Ｆ ６ ｖ ｉ ｂ ＋Ｓ Ｆ 、 Ｓ Ｆ ４ ＋ ＋Ｓ Ｆ 、 Ｓ Ｆ ３ ＋ 和ｓ Ｆ 为
SF_6电弧等离子体输运特性数值分析
Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ — ｍｉ ｎ ｇ， ＷＡＮＧ Ｌ ｉ — ｓ ｅ ｎ， Ｌ Ｉ Ｚｈ ｅ ｎ ｇ— ｂ ｏ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ ７ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｅ ｑ ｕ ｉ ｌ ｉ ｂ ｉ ｒ ｕ ｍ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｒ ｃ ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ Ｆ ６ ａ ｒ ｃ ｐ ｌ ａ ｓ —
基于FEM的瞬态电磁分析技术的研究
基于FEM的瞬态电磁分析技术的研究随着现代工业的发展，电磁现象越来越常见，在很多领域都扮演了非常重要的角色。
比如电动汽车、高速列车、飞机等交通工具的电力系统，电力输送和分配系统，电源、电机、电路的设计与分析等。
针对这些问题，研究出一套有效的电磁分析方法能够提高电磁系统的性能和效率，有着不可替代的重要作用。
本文将对基于有限元法（FEM）的瞬态电磁分析技术进行研究，并探讨其优势和局限性。
一、FEM的基本原理FEM是一种数值分析方法，解决的是给定边界条件下的微分方程模型问题。
它与其他数值方法相比，有着更广泛的应用范围，更好的数值精度和更容易获得物理图像的优点。
FEM的基本思想是将复杂的问题分为若干个更简单的问题（即子域），然后通过建立移植到全局坐标系的刚度矩阵和负载向量，使得在全局坐标系下解决问题。
FEM的关键在于选取良好的分割方式。
最终求解得到的是每个子域的局部解。
二、FEM在电磁问题中的应用FEM已在电磁学中得到广泛应用，可用于电场、静态磁场、电磁场、瞬态电磁场和非线性电磁场等问题的求解。
FEM能够很好地描述由不同介质构成的电磁系统中的现象，例如电容、电感、电阻、磁阻抗等等。
通过有限元分析，我们可以计算出在电路中不同部分之间的电势差、磁场强度、感应电动势等物理量，并且还能够分析电磁设备的瞬态响应。
三、FEM在瞬态电磁分析中的优势瞬态电磁分析技术在电动汽车、电机、电力设备等领域中具有重要的应用。
这时候，我们需要对电路中的瞬态响应进行计算。
FEM在瞬态电磁场的分析中具有以下优势：1. FEM能够对复杂电磁场进行计算。
电磁场的分布可能非常复杂，但是通过FEM，我们能够计算出每个点的电场和磁场强度，并分析不同点之间的相互作用。
2. FEM能够对不同介质之间的边值问题进行处理。
在电磁场计算中，有时候存在不同的介质间的界面问题。
这时候FEM能够很好地进行边值处理，从而精确计算出电势差、磁感应强度等物理量。
3. FEM能够考虑线性和非线性问题。
n2、sf6中环氧树脂直流沿面闪络特性研究
〇 引言
高压直流输电的需求带动了气体绝缘组合电 器 (gas insulated switchgear，GIS)和气 体 绝 缘 输 电 线 路 （gas insulated transmission lines，GIL) 的发 展 。8匕气体由于具有优异的电气性能，在气体绝缘 设 备 中 的应用越来越多，据 已 有 数 据 统 计 ，全世界 生产 的 SF6气体 约 有 8 0 % 应 用 于 电 力 工 业 但 随 着 科 技 的 发 展 ，人 们 发 现 SF6存 在 严 重 的 温 室 效 应 , 急需寻找一种环保型绝缘气体。
本 研 究 在 直 流 电 场 下 对 沌 和 SF6中环氧树脂的 沿 面 闪 络 特 性 进 行 多 因 素 研 究 ，分 析 不 同 均 匀 度 电 场 和 不 同 气 压 下 环 氧 树 脂 的 沿 面 闪 络 特 性 ，最后对 比电极不对称时正负极性直流电源的闪络电压变 化规律。
2. North China Electric Power University, Baoding 071003, China)
Abstract: The flashover characteristics of epoxy resin in N2 and SF6 under different electric field and different air pressure were studied, and the flashover characteristics of epoxy resin under positive and negative DC power were compared when the electrodes are asymmetric. The results show that the flashover voltage o f epoxy resin in SF6 is more sensitive to the ex field and changes more with the gas pressure. When the electrodes are asymmetric, the flashover voltage o f epoxy resin in N2 is opposite to that in SF6. Key words: N2; SF6; surface flashover; uniformity of electric field; air pressure; polar
地下水电站GIS电缆层SF_6泄漏防护的通风数值模拟分析
１ Ｓ 气体 扩 散 的数理 模 型 Ｆ
１ １ 数学模 型 的建立 ．
气体 外逸泄 漏 或 事 故 泄 漏 的 可 能 性．纯 净 的 ｓ ＾ Ｆ 气体 无色 、 味 、 燃 ， 常 温 下 化 学 性 能 特 别 稳 无 不 在 定 ， 是在 电 弧及 局 部 放 电 、 温 等 因素 影 响下 ， 但 高 Ｓ 体会 进 行 分 解 ， 的分 解 物 ， Ｓ Ｓ Ｆ 、 Ｆ气 它 如 Ｆ 、 Ｓ 泄漏 气 体 在 空气 中的 扩散 属 于 重气 扩 散 问题 ．目前 ， 围内外 已开发 的理论 扩散模 型 主要 有 唯象模 型 、 箱及 相 似模 型 、 气 扩 散 浅 层 模 型 、 重 三 维传递 现象模 型等 ４种 ． ２ 纪 ７ 代 以来 ， ０世 ０年 随着 计算 机 的普 及和计 算 能力 的不 断 提 高 ， 』近 似 计 算 方 法 如 有 限差 加 二
散过程 的详 细 描 述 ； 种 方 法 克 服 了箱 及 相 似 模 这 型 中辨 识和模 拟重 气下 沉 、 气卷 吸 、 云受 热 等 空 气
各 种物 理效应所 遇 到 的许 多 问题 ．
供 必要 的技术 依据 和科学指 导 ．
收 稿 日期 ： ０ ９—１ ０ ； 修 回 日期 ： ０ ０—０ ０ ２０ １— ９ ２１ ３— ２ 作 者 简 介 ：刘 勇 （９ ７一） 男 ， 师 ， Ｉ 究 生 ．Ｅ ｍ ｉ １７ ， ｝ 博 ： 研 — ａｌ
Ｓ Ｆ 、 、Ｏ 等 ， 大 量 被人 体 吸 人 会 引起 头 晕 Ｏ ＨＦ Ｓ 。 如
和肺水 肿 ， 至 昏迷 及死 亡 ．在常温 常压下 ， 甚 ｓ
气体 的 密度 为 ６ ２ ｇ・ｌ ， 为 相 同条 件 下空 ．５ｋ Ｉ 约 ｌ 气 的 ５倍 ¨ ．为此 ， 电站 Ｇ Ｓ电缆 层 ｓ 气 体 的 水 Ｉ
不同冲击电压下变压器油击穿特性研究
不同冲击电压下变压器油击穿特性研究作者：李秀广李军浩吴旭涛靳宇辉来源：《电机与控制学报》2018年第03期摘要：为了研究大型电力变压器绝缘油在振荡型冲击电压下极不均匀电场击穿特性，依据IEC60060-3标准搭建了能产生不同类型冲击电压波形的试验及其测量系统，在实验室利用该系统开展了振荡型冲击电压下油中极不均匀场的时域击穿和伏秒特性研究，并对实验模型电场进行了仿真分析。
在实验过程中利用13.7 kHz振荡操作波、标准雷电波、3种不同频率的振荡雷电波，研究了变压器油在各个波形下的时域击穿图形及伏秒特性，对实验波形的计算结果表明：振荡型雷电波下的击穿点分布较广，振荡波的击穿电压整体高于标准雷电，但是它们的最高耐受电压与标准雷电下的基本一致。
关键词：振荡型冲击；绝缘油；极不均匀；电场；仿真；击穿特性DOI：10.15938/j.emc.（编辑填写）中图分类号：TM 8 文献标志码：A 文章编号：1007 -449X（2018）00-0000-00Abstract：In order to study the large power transformer insulating oil in oscillation under impulse voltage breakdown characteristics of nonuniform electric field， based on the IEC60060-3 standard to build a system， the system produces different types of impulse voltage waveform test and measurement system in the laboratory using the system， to carry out the research on the oscillatory impulse voltage in oil under extremely uniform field time breakdown and V-s characteristics， and the experimental model of the electric field are analyzed. The use of 13.7kHz oscillation wave， standard lightning wave， three different frequency oscillations of the lightning wave in the experimental process， the research of transformer oil in each wave under the time breakdown graph and V-s characteristics， calculation of experimental results show that the oscillation waveform breakdown type lightning wave under the wide distribution of oscillating wave voltage breakdown the whole is higher than the standard of lightning， but they are basically the same maximum withstand voltage and lightning under.Keywords：oscillating impulse； Insulating oil；non-uniform；electric-field；simulation；breakdown characteristics。
激光诱导击穿光谱技术定量分析SF_6中的痕量O
率 运行时产生的电弧放 电和火花放 电都会使得 Ｓ Ｆ ６ 分解成低
氟化物 。当 Ｓ Ｆ ｓ中存在 Ｈｚ Ｏ和 Ｄ ２ 等杂质 时 ， 这 些低氟 化物
然而 ，上述检测手段对 环境要 求严 格 、测试 时间 长、样 品制备和操作复杂 、抗干扰能力 弱。鉴 于 ｓ Ｆ ６ 中的杂 质主要
为含氧化合物 ，因此 可以通过监测 Ｓ Ｆ ６中的 ０含量来表征杂
染影响测量结果 的问题 ， 消除 了由激发条件改变 引起 的等离子 体状态 的变 化 ； 通 过测量 不 同 Ｏ含量 的 Ｓ Ｆ ６ 气体激光诱导击穿光谱 ， 结合迭代小波分析对 实测光 谱进行 基线校 正和 降噪处理 ， 通过定标 曲线 获得 了 Ｏ 元素检测限为 ３ ８ ｐ ｐ ｍ。 利用偏最小二乘法 建立 了稳定的定量分析 模型 ， 改善 了定量分析模 型 的稳定 性和精
目前 ， Ｓ Ｆ ｓ中杂质 的检测 分析 主要针 对其 分解 产物 ，检
引 言
常温下 ， 六氟化硫 （ Ｓ Ｆ ｓ ） 是 一种化 学性 质稳 定 的惰 性气
测手段主要有红外傅立 叶光谱［ ６ Ｊ 、质谱 ［ ８ ］ 、色谱［ ｇ 、光声
光谱 口 ” 。 Ｍｅ ｉ ｅ ｒ 等［ ８ ］ 利用质谱分析研究 了高压强 Ｓ Ｆ ６ 气 体在 电弧作用下的分解产物 ； Ｋｕ ｒ ｔ ｅ 等［ ６ － ７ ３ 利用红外傅立 叶光谱研
激 光诱 导 击 穿光 谱 技 术定 量 分 析 Ｓ Ｆ ６中 的痕 量 。
杨文斌 。 ，李斌成 。
１ ．中国科学 院光 电技术研究所 ，四川 成都 ６ １ ０ ２ ０ ９
２ ．中国科学 院大学 ， 北京
１ ０ ０ ０ ４ ９ ６ １ ０ ０ ５ ４
３ ．电子科技大学光 电信息学 院， 四川 成都
SF6及其混合气体临界击穿场强计算与特性分析
SF6及其混合气体临界击穿场强计算与特性分析赵虎;李兴文;贾申利【摘要】为了在弧后电击穿评估时得到热态SF6及其替代或混合气体的准确临界击穿场强,通过求解两项近似Boltzmann方程,得到了SF6气体在0.4 MPa和0.8 MPa下、300～3 000 K范围内的折合临界击穿场强(E/N)cr.结果表明:SF6气体的(E/N)cr随温度升高而跌落,其减小速度与SF6的分解速度有关；在1 500～2 500 K范围内,SF6气体在0.8 MPa下的(E/N)cr明显高于0.4 MPa下的(E/N)cr,而在其他温度下,二者的(E/N)cr非常接近.同时,计算了SF6-CF4、SF6-CO2、SF6-O2、SF6-CH4、SF6-C2H6和SF6-CHF3在300 K下的(E/N)cr,发现当x(SF6)超过10％以后,6种混合气体的(E/N)cr随x(SF6)近似线性变化,且6种纯气体中CF4和O2的(E/N)cr最大,而与SF6混合后,SF6-CF4和SF6-O2的(E/N)cr相当,仍高于其他混合气体.此外,还引入了SF6与混合气体击穿场强的比值r,在一定范围内只要混合比例与压强适当,混合气体可得到与SF6相当的击穿场强.%The reduced critical electric breakdown field (E/N)cr of SF6 and its substitute or mixtures gets very crucial for electrical breakdown evalution. The (E/N)cr of SF6 is investigated under 0. 4 MPa and 0. 8 MPa respectively, and over the temperature range of 300 to 3 000 K, by solving the two-term Boltzmann equation. The results show that the (E/N)cr of SF6 decreases with increasing temperature, and the decreasing rate depends on the SF6 decomposition rate; at temperature within 1 500 and 2 500 K, the (E/N)crof SF6 under 0. 8 MPa is evidently higher than that under 0. 4 MPa, however almost equal between 0. 8 MPa and 0. 4 MPa at other temperature. The calculations for (E/N)cr of SF6-CF4、SF6-CO2、SF6-O2、SF6-CH4、SF6-C2H6 and SF6-CHF3 unde r 300 K indicate, when χ(SF6) in mixture is over 10%, the (E/N)cr of all these mixtures changes approximately linearly with χ(SF6); among these gases, the (E/N)cr of CF4 and O2 approaches to the highest; the (E/N)cr of SF6-CF4 and SF6-O2 closely appears, and both higher than that of the others. And r, the ratio of the critical breakdown field of SF6 to that of a gas mixture, is introduced to conclude that under proper pressure and mixing ratio, the critical breakdown field of a gas mixture becomes equivalent to SF6.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)002【总页数】7页(P109-115)【关键词】Boltzmann方程;临界击穿;六氟化硫;替代气体;混合气体【作者】赵虎;李兴文;贾申利【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】O121.8;G558六氟化硫（SF6）气体由于具有优良的绝缘和灭弧性能，已被广泛应用于高压气体断路器（GCB）中。
基于FEM_FCT法的均匀电场下SF_6气体击穿特性_李鑫涛
量，这些宏观参量对高压开关设备的设计和研发有重要作用。为此，根据流注理论建立了反映气体放电过程中微 观粒子动力学特性的流体动力学模型，将有限单元法与通量校正传输法相结合，求解均匀电场下极间隙为 0.5 cm 时 SF6 气体的放电特性，得到了放电过程中带电粒子的动力学行为以及空间电荷对电场的影响。通过循环计算均 匀电场中不同电压下 SF6 气体的放电过程，得到其临界击穿场强。在此基础上，计算不同压强下 SF6 气体的临界 击穿场强，通过与已有的均匀电场中 SF6 气体临界击穿场强实验值进行对比，验证计算结果的准确性，并分析气 体压强对 SF6 气体击穿特性的影响。计算结果表明：当压强为 0.1 MPa 时，极间距为 0.5 cm 的 SF6 气体在 39 kV 的外电压下发生击穿，间隙内的电场在 6.8 ns 时开始发生畸变，此时电子数密度最大值达到 2.7×1017 m−3，随后 SF6 的临界击穿场强与气体压强基本呈线性关系。 SF6 由绝缘状态发展为导电状态； 当气体压强为 0.1~0.4 MPa 时， 数值计算结果与实验值基本相符，验证了其正确性。 关键词：流注理论；气体放电；有限元法；通量校正传输法；SF6；临界击穿场强
[11-12]
(1)
np Sp ne ve ne np nn np (np vp ) (2) t nn ne ve np nn (nn vn ) (3) t 式中：ne、np、nn 分别为电子、正离子、负离子的 数密度，表示单位体积内粒子个数；ve、vp、vn 分别
0 引言1
为保证电力系统长期稳定的安全运行，提高电 ———————
基金资助项目：国家自然科学基金(51277123)；国家电网公司科技项目 (GY17201200063)。 Project supported by National Science Foundation of China (51277123), Science and Technology Project of SGCC (GY17201200063).
SF6电弧等离子体输运特性数值分析
SF6电弧等离子体输运特性数值分析刘晓明;王立森;李争博【摘要】为定量描述SF6断路器在大电流开断过程中所产生电弧等离子体参数的动态变化,采用Eindhoven微观电弧模型,得到不同条件下电弧特性参数——电导率和热导率的分布;定量描述了温度、压力与粒子碰撞方式对输运特性的影响.基于热力学平衡模型以及Boltzmann方程数值求解与分析,找到电弧等离子体中输运特性的定量描述,为数值模拟SF6电弧等离子体参数变化分布以及能量逸散提供参数.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2013(051)005【总页数】6页(P57-61,65)【关键词】SF6断路器;输运特性;电导率;热导率;粒子碰撞【作者】刘晓明;王立森;李争博【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TM501.3SF6断路器在大电流开断过程中所产生的电弧，从微观角度分析整个燃弧历史，是伴随有大量的电离与消电离、扩散与复合的复杂过程。
而电弧动态演变受到触头电极材料组成、灭弧介质、断口区域元件物性参数变化、电磁特性变化以及吹弧能量输运通道及气流行为调控的综合影响，且直接影响吹弧气流宏观参数(如，气流压力、温度、速度、密度以及马赫数等)在开断时间(ms)内与极间距(mm)多物理耦合场域内的动态变化。
与此同时，电弧等离子体中各组分的无规则运动以及粒子间的碰撞行为对电弧的微观过程发展以及宏观行为表征具有重要影响，涉及粒子数密度、灭弧断口温度以及粒子碰撞方式等诸多因素。
其中，电导率、热导率作为表征燃弧过程中的电弧的主要特性参数，在断路器开断过程中动态变化。
对于电弧输运特性的研究，文献[1]以粒子组成为基础，对输运特性的计算方法进行了研究；文献[2]对平衡态空气电弧等离子体输运参数进行了微观研究。
基于上述分析，本文在前期工作基础上[3]，基于微观电弧模型，采用Chapman-Enskog方法求解Boltzmann方程，对Botlzmann积分-微分方程进行级数分解，得到电弧电导率、电弧热导率的定量描述；通过粒子间碰撞积分，定量求得电弧等离子体的电导率和热导率。
雷电冲击下尖板间隙中 SF_6 放电过程的计算
雷电冲击下尖板间隙中 SF_6 放电过程的计算
顾温国;张乔根
【期刊名称】《高电压技术》
【年(卷),期】1997(23)3
【摘要】用光电倍增管研究了雷电冲击下尖板间隙中ＳＦ６的放电发展过程。
根据实验结果，改进了现有的ＳＦ６放电模型，并据此设计了能够计算驼峰区从起晕到最后击穿的放电发展的程序。
【总页数】3页(P15-17)
【关键词】光电倍增管;雷电冲击放电;六氟化硫气体;计算
【作者】顾温国;张乔根
【作者单位】西安交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN152.02;TM213.06
【相关文献】
1.正极性雷电冲击电压下5 m棒-板空气间隙放电特性试验研究 [J], 马义刚; 刘磊; 王卫; 刘世增; 郭纯海; 文文; 赵贤根
2.雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究 [J], 李德华;苏林志
3.雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究 [J], 李德华;苏林志
4.注入空间电荷对SF_6气体中尖—板间隙正冲击击穿电压的影响 [J], 邱毓昌
5.尖板间隙中SF_6冲击预放电的光电研究 [J], 顾温国;张乔根;邱毓昌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
交流电晕放电下SF_6气体分解物的光谱检测_林海渊
性气体，因此罐体材料采用防腐蚀性好，化学稳定 性好，耐高气压的不锈钢。
图3 区域反应模型 Fig. 3 Regional reaction model
该模型认为： 1） 在针电极附近的发光区 域 SF6会分解为 SF2、 SF4、SF5等低氟硫化物以及F原子，其中SF2、SF4等会 与O，OH发生反应； 2）离子漂移区覆盖了大部分电极间隙，主要是 带电离子与SO2、先前产生的SOF4和S发生反应； 3）在主要放电气体区域，先前生成的SF4、SF5以 及SOF4则主要与容器内存在的氧气和水进一步反应 生成SOF2、SO2F2、HF、SO2等，反应速度较慢。 R.J.Van Brunt用18O标定18O2和H218O，测取含有 18O2或H218O杂质时稳定的SF6气体分解物含量，研究 发现：SOF2中的氧原子主要来自H2O，而SO2F2中的 氧原子主要来自O2，SOF4中的氧原子与H2O或O2均有 关[9，13]。 该模型是用化学动力学解释放电不同区域存 在不同分解产物的生成和复合过程，虽然有较多局 限，但其提出的发光区粒子产生速率保持稳定等特 点与之前试验结果较为吻合，且在SF6/H2O混合气中 也同样适用[14]。
图1 火花放电过程中不同时间尺度下的分解产物 Fig. 1 Decomposition products during the process of the
spark discharge within different time scales
基于以上发现，I. Sauers提出了较完整的火花 放电下SF6气体分解副产物形成过程[12]，如图2所示。 在火花放电中金属氟化物和其他气体副产物生成 示意图。初级产物SF4经过（Ⅱ）和（Ⅳ）与H2O发生反 应生成稳定的副产物SOF2和SO2，而HF会腐蚀含有 硅的绝缘材料生成SiF（4 Ⅴ）；氟原子与电极材料发 生反应（Ⅲ）生成金属氟化物，如AlF3，CuF2等。
SF_6气体在交流叠加冲击电压下的放电特性
SF_6气体在交流叠加冲击电压下的放电特性
刘景顺;冯文粹
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】1989()3
【摘要】介绍了SF_6气体中球—球电极和同心球电极在交流叠加冲击电压下的放电特性,并给出了影响叠加波放电特性的几种因素和试验结果。
【总页数】6页(P26-31)
【关键词】六氟化硫;气体;冲击电压;放电特性
【作者】刘景顺;冯文粹
【作者单位】西安高压电器研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM213
【相关文献】
1.交流与操作冲击叠加电压下SF6气体中沿面局部放电特性 [J], 何聪; 张芊; 曹铎耀; 袁文泽; 李军浩
2.振荡雷电冲击电压下SF_6沿面模型局部放电特性研究 [J], 李智宁;张亮;王斯斯;谢剑翔;叶建斌;李军浩
3.振荡型雷电冲击电压下SF_6气体中悬浮电位缺陷的局部放电特性研究 [J], 李军浩;车斌;林敏;张亮;高原;杨景刚
4.交流叠加冲击电压下XLPE绝缘中电树起始特性 [J], 王洪新;贺景亮;李恪;李自品;
关根志;张秀阁
5.直流叠加冲击电压下极不均匀场中SF_6气体的击穿特性 [J], 周黎明;邱毓昌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冲击电压下气体绝缘开关设备悬浮缺陷放电特征
冲击电压下气体绝缘开关设备悬浮缺陷放电特征季洪鑫;李成榕;马国明;庞志开;石城【摘要】In order to study the detection effectiveness of partial discharge provoked by suspension defect in gas insulated switchgear (GIS) under impulse voltage, the experimental platform of suspension defect under impulse voltage has been set up in the laboratory. The partial discharge signals provoked by suspension defect have been measured, under non-oscillating impulse voltage (standard lightning impulse, standard switching impulse) and oscillating impulse voltage (oscillating switching impulse). The partial discharge characteristics thereafter have been studied. The results indicate that, the partial discharge of suspension defect has high stability and repeatability under the non-oscillating impulse voltage and oscillating impulse voltage, and the impulse voltage waves are effective to detect the suspension defect. As partial discharge exacerbates, shape changes occur in the scatter plot and N-? histogram under oscillating impulse voltage as well asq-Δt/Δu scatte r plot and N-Δt/Δu histogram under non-oscillating voltage. It could be used as the important criterion in diagnosing defect types and assessing severity levels of partial discharge triggered by suspension defect. Among the three kinds of voltage waveforms, oscillating switching impulse voltage has higher detection sensitivity to suspension defect, and the partial discharge inception voltage under oscillating switching impulse voltage is 1.3 times higher than that under AC voltage.%为探索冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)悬浮缺陷局部放电检测的有效性及灵敏性,搭建了冲击电压下局部放电试验平台,测量了悬浮缺陷在非振荡冲击波(标准雷电波、标准操作波)、振荡冲击波(振荡操作波)和工频电压下的局部放电信号,提取并分析了悬浮缺陷在不同类型冲击电压波下的局部放电特征谱图,比较了冲击电压波形和工频电压对悬浮缺陷检测的灵敏性.研究结果表明,在非振荡冲击波和振荡冲击波作用下,悬浮缺陷放电稳定、重复性好,冲击电压波对悬浮缺陷的局部放电检测较有效;在不同试验阶段内,振荡冲击电压下的q-?散点图及N-?柱状图以及非振荡冲击电压下的q-Δt/Δu散点图和N-Δt/Δu柱状图的形貌特征差别较大,可作为表征GIS悬浮缺陷放电类型及放电严重程度的特征谱图;在三种冲击电压波形中,振荡操作冲击电压波形对缺陷检测灵敏度最高,是工频电压下悬浮缺陷局部放电起始电压的1.3倍.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)006【总页数】9页(P256-264)【关键词】气体绝缘开关设备;标准雷电波;标准操作波;振荡操作波;悬浮缺陷;局部放电【作者】季洪鑫;李成榕;马国明;庞志开;石城【作者单位】新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京 102206;华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京 102206;华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206;华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京 102206;华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京 102206;华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM85随着气体绝缘开关设备（Gas Insulated Switchgear, GIS）的广泛应用，GIS的运行可靠性引起了普遍关注。
SF_(6)断路器模拟烧蚀过程中气体分解产物特性研究
SF_(6)断路器模拟烧蚀过程中气体分解产物特性研究相中华;孙尚鹏;魏莹;王尧平;王羽;马飞越【期刊名称】《高压电器》【年(卷),期】2024(60)4【摘要】SF_(6)断路器灭弧室中的SF_(6)、微水微氧及固体绝缘材料在电弧作用下会分解重组,生成新的组分气体。
为研究SF_(6)断路器完整电寿命周期内,开断电流后各气体分解产物体积分数的变化规律,搭建了断路器全寿命模拟烧蚀试验平台,进行了69次烧蚀试验,测量了烧蚀过程中的电压电流参数和各气体分解产物体积分数。
结果表明:SOF_(2)、CF_(4)、SO_(2)为主要产物,SO_(2)F_(2)、SOF_(4)体积分数较低,H_(2)S不能稳定检出;SOF_(2)、CF_(4)、SO_(2)、SO_(2)F_(2)体积分数均随烧蚀次数增加而增加。
主要产物中,SOF_(2)和SO_(2)的生成量与电弧能量呈线性关系;CF_(4)生成量与电弧能量之间没有明显规律,其原因可能在于电弧对于固体绝缘材料的烧蚀具有随机性。
吸附剂对SOF_(2)与SOF_(4)吸附作用显著,对其余产物未表现出明显的吸附效果。
最后提出了通过SO_(2)体积分数评估断路器剩余电寿命的方法。
【总页数】9页(P131-138)【作者】相中华;孙尚鹏;魏莹;王尧平;王羽;马飞越【作者单位】国网宁夏电力有限公司;国网宁夏电力有限公司电力科学研究院;武汉大学电气与自动化学院【正文语种】中文【中图分类】R28【相关文献】1.高压SF6断路器喷口烧蚀特性的模拟研究2.压气缸压气不足SF6断路器开断电流后气体分解产物特性研究3.252 kV及以上断路器短路试验中SF_(6)气体分解产物特性研究4.高压电缆缓冲层烧蚀过程中电流密度与气体产物浓度的关联性研究5.气相色谱法应用于SF_(6)混合绝缘气体分解产物的检测研究分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
快速暂态电压下SF_6气隙预放电发光特性
快速暂态电压下SF_6气隙预放电发光特性
陈庆国;邱毓昌;张乔根;魏新劳
【期刊名称】《高电压技术》
【年(卷),期】2000(26)4
【摘要】测量并讨论了雷电冲击 (L I)及快速振荡冲击(FOI)作用下 SF6 气体间隙及绝缘子沿面的预放电发光特性 ,结果表明 :波形及电压极性对预放电发光有很大影响 ,FOI作用下的预放电发光为连续的 ,并有一定的周期性 ;而L I作用下的预放电发光只出现在波头处 ;FOI作用下绝缘子沿面预放电发光在振荡波波峰和波谷处的幅值不同 ,这将引起空间电荷在绝缘子表面积聚 ,有利于先导形成 ,从而降低了闪络电压 ;SF6 气压直接影响预放电起始电压。
【总页数】3页(P1-3)
【关键词】GIS;暂态电压;SF6;气体间隙;预放电;发光特性
【作者】陈庆国;邱毓昌;张乔根;魏新劳
【作者单位】西安交通大学;哈尔滨工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM595
【相关文献】
1.振荡冲击电压下SF6气体中绝缘子气隙局部放电特性研究 [J], 黄军凯;杨涛;许逵;陈仕军
2.振荡操作冲击电压下绝缘子气隙缺陷局部放电特性研究 [J], 张崇兴;任明;周洁睿;
董明;阙波
3.直流电压下10kV交联聚乙烯电缆气隙缺陷局部放电特性研究 [J], 杜浩; 关弘路; 玉林威; 陈向荣; 石广森; 钟涵
4.GIS在快速暂态过电压下的放电特性 [J], 陈庆国;张乔根;邱毓昌;魏新劳;麻春
5.快速暂态过电压下SF_6气体的绝缘特性 [J], 张乔根;邱毓昌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于Fluent分析的SF_(6)断路器石墨烯PI膜加热模拟与优化
基于Fluent分析的SF_(6)断路器石墨烯PI膜加热模拟与优
化
安义岩;尚鑫;刘会斌;韩建勋;冯振华
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2023()1
【摘要】为改善SF_(6)断路器在严寒地区的使用性能,克服SF_(6)气体在温度低于-15℃时密度下降,温度低于-27.5℃时出现液化的问题,提出以聚酰亚胺(PI)薄膜作为加热源对气室进行加热的方案,利用ANSYS软件对其进行热流耦合分析。
根据热模拟结果,结合相关性分析、选用自适应Kriging模型构建响应面,利用MOGA 多目标遗传算法对PI面积和排布进行优化设计,通过仿真分析计算得到优化方案,与优化前的方案相比,优化后的PI薄膜的使用面积减少19%,功率消耗减少
19%,SF_(6)气体的最大温差由39 K降到15 K,实现了对PI薄膜面积与排布的多目标优化设计。
【总页数】4页(P96-99)
【作者】安义岩;尚鑫;刘会斌;韩建勋;冯振华
【作者单位】国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院;国网呼伦贝尔供电公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU83
【相关文献】
1.基于石墨烯加热膜的无线供电恒温杯系统设计
2.基于二维石墨烯纳米材料优化高分子分离膜研究
3.石墨烯含量及膜定量对导热石墨烯膜性能的影响
4.高职院校继续教育多元协同育人机制创新研究
5.Hubei Shennongjia
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高电压技术 High Voltage Engineering
Vol.40, No.10: 3046-3053 October 31, 2014
基于 FEM-FCT 法的均匀电场下 SF6 气体击穿特性
李鑫涛 ，林
摘 1
莘 ，徐建源 ，李志兵
1
1
2
（1.沈阳工业大学电气工程学院，沈阳 110870；2. 中国电力科学研究院，北京 100192）
要：研究 SF6 气体放电过程中微观粒子的动力学特性，可以得到临界击穿场强等衡量气体绝缘能力的宏观参
3047
放电现象的物理本质，经验模型的应用存在很大的 局限性， 气体放电理论仍需完善
[4-5]
过计算不同压强下 SF6 气体的临界击穿场强分析气 体压强对其影响。
。 在绝缘气体中，
SF6 气体因其绝缘强度高、化学性能稳定等特点广 泛应用于气体绝缘开关设备及气体绝缘传输线路 中。因此研究 SF6 气体的放电机理，掌握不同条件 下的放电规律，对研发新型气体绝缘高压开关设备 具有重要意义。 随着计算机和数值算法的发展，通过数值计算 研究气体放电现象的微观物理本质，建立精确描述 气体放电过程的数学模型成为新的研究热点。SF6 气 体放 电过程 的数 值方法 主要 包括粒 子网 格 法 (particle in cell ， PIC) 以 及 通 量 校 正 传 输 法 (flux corrected transport，FCT) 。由于 PIC 法通过考虑 单个带电粒子的运动及粒子间的碰撞电离追踪大量 粒子的动力学行为 ，需要大量计算时间；而 FCT 法是用流体动力学方程描述带电粒子在电场中的运 动特性，计算速度快，在气体放电领域得到广泛应 1981 年， Morrow 和 Lowke 首次将 FCT 法应 用 。 用到气体放电领域，分析了放电过程中空间电荷的 运动对电场强度的影响；1987 年 Morrow 采用有限 差分法(finite difference method，FDM)结合 FCT 法 对流注放电模型进行了一维求解 ，2000 年，剑桥 大学 Metaxas 首次采用有限元 − 通量校正传输法 (finite element method-flux corrected transport ， FEM-FCT)对空气间隙的流注放电过程进行了二维 数值计算
[11-12]
(1)
np Sp ne ve ne np nn np (np vp ) (2) t nn ne ve np nn (nn vn ) (3) t 式中：ne、np、nn 分别为电子、正离子、负离子的 数密度，表示单位体积内粒子个数；ve、vp、vn 分别
气绝缘设计水平，对气体放电特性的探索一直是高 压绝缘领域的重要研究内容
[1-3]
。 气体放电是一个快
速而剧变的物理过程，近百年来，许多学者对气体 放电现象进行了大量的科学研究工作，建立了相对 完整的气体放电理论。传统的பைடு நூலகம்体放电经验模型虽 然能够在一定范围内与实验现象相符，但没有深入
李鑫涛，林
莘，徐建源，等：基于 FEM-FCT 法的均匀电场下 SF6 气体击穿特性
[10] [9] [8] [7] [6]
1 数学模型的建立
1.1 气体放电模型 由流注理论可知，当外加电场足够大时，阴极 发出的初始电子在向阳极运动的过程中发生碰撞电 离而发展形成初次电子崩。初崩两端的强电场使碰 撞电离更加激烈并形成二次电子崩，二次电子崩汇 入初崩使等离子体区迅速扩大，最终形成贯穿两极 的导电通道。本文假设在这个过程中产生的电子束 和离子束都是流体，通过粒子连续性方程(1)~(3)描 述 SF6 气体放电时各微观粒子的产生、运动以及消 ： 失的过程 ne Se ne ve ne ve ne np t (ne ve ) ( De ne )
Breakdown Characteristics of SF6 in Uniform Electric Field Using FEM-FCT
LI Xintao , LIN Xin , XU Jianyuan , LI Zhibing
1 1 1 2
(1.School of Electric Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China; 2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China) Abstract：Through studying the dynamic properties of micro particles in SF6 gas discharge, we can obtain some macro parameters like critical breakdown field strength, which are indexes for evaluating gas insulation. These macro parameters play an important role in designing and developing high voltage switchgears. Thus, we established a hydrodynamic model by using the steamer theory to depict the dynamic properties of micro particles in gas discharge. On the basis of the model and combining the finite element method with the flux corrected transport method, we calculated some characteristics of SF6 gas discharge in 0.5 cm gap in uniform electric field, and analyzed the dynamic behavior of charged particles and the influence of space charges on electric field in the discharge process. Meanwhile, the critical breakdown field strength of SF6 in uniform electric field was calculated through loop calculations of discharges under various applied voltages. Moreover, the critical breakdown field strength under various pressures was computed. The results were verified through comparing with existing experimental data, and the effect of pressure on the breakdown properties in SF6 was discussed. The results show that when the pressure is 0.1 MPa, SF6 breakdown happens when the voltage between 0.5 cm spaced electrodes is 39 kV. 6.8 ns after applying the voltage, the electric field in the gap starts to distort, and the electron number density reaches 2.7×1017 m−3 at this moment. Then SF6 gas changes from insulation state to conduction state. When pressure varies from 0.1 MPa to 0.4 MPa, the critical breakdown field strength of SF6 is generally linear to pressure, which is in accordance with experimental data. Key words：stream theory; gas discharge; FEM; FCT; SF6; critical breakdown field strength
为电子、正离子、负离子的速度；Se 为光电离产生 的电子；Sp 为光电离引起的正离子数密度增加值；
、、及 De 分别表示电离、复合、附着以及扩
散系数， 它们是电场强度与 SF6 分子数密度的函数。 文中、、及 De 等放电参数取自 Morrow 和 Lowke 提出的实验值， N=2.4×10 如表 1 所示。 其中，
量，这些宏观参量对高压开关设备的设计和研发有重要作用。为此，根据流注理论建立了反映气体放电过程中微 观粒子动力学特性的流体动力学模型，将有限单元法与通量校正传输法相结合，求解均匀电场下极间隙为 0.5 cm 时 SF6 气体的放电特性，得到了放电过程中带电粒子的动力学行为以及空间电荷对电场的影响。通过循环计算均 匀电场中不同电压下 SF6 气体的放电过程，得到其临界击穿场强。在此基础上，计算不同压强下 SF6 气体的临界 击穿场强，通过与已有的均匀电场中 SF6 气体临界击穿场强实验值进行对比，验证计算结果的准确性，并分析气 体压强对 SF6 气体击穿特性的影响。计算结果表明：当压强为 0.1 MPa 时，极间距为 0.5 cm 的 SF6 气体在 39 kV 的外电压下发生击穿，间隙内的电场在 6.8 ns 时开始发生畸变，此时电子数密度最大值达到 2.7×1017 m−3，随后 SF6 的临界击穿场强与气体压强基本呈线性关系。 SF6 由绝缘状态发展为导电状态； 当气体压强为 0.1~0.4 MPa 时， 数值计算结果与实验值基本相符，验证了其正确性。 关键词：流注理论；气体放电；有限元法；通量校正传输法；SF6；临界击穿场强