强激光与粒子束

作者：戴宏宇, 沈昊, 李黎,

关键词：气体开关, 脉冲放电, 石墨电极, 电弧温度, 碳氧反应,

氧气是石墨电极气体开关中必不可少的组分，用于氧化石墨电极在高温电弧冲击下形成的石墨蒸汽，防止熄弧后石墨蒸汽凝华成固体粉末给开关带来绝缘危害。为提高石墨蒸汽的氧化比例，研究了背景气体组分和氧气浓度对石墨氧化反应的影响，选取3种气体N2，Ar，He作为背景气体，研究不同气氛电弧的氧化反应特征；在传统的类空气气体（80%的N2＋20%的O2）的基础上，提高氧气浓度至40%和60%，研究氧气浓度对碳质氧化比例的改善作用。基于不同气体组分的热力学参数和输运系数，通过电弧磁流体动力学计算模型得到开关温度特征，将电弧与电极界面的热流强度作为石墨电极质量损失速率的评估依据。实验结果表明，随着氧气浓度的升高，石墨蒸汽的氧化比例逐步提高，但当氧气浓度高于40%时，存在电弧引燃石墨电极的风险。当氧气浓度恒定20%时，以Ar作为背景气体时石墨电极质量损失速率较小，且碳蒸汽在电弧中氧化更加充分。因此，相比于传统的开关气体介质，将背景气体替换为Ar或将氧气浓度提高至约40%均能提升碳氧反应效率，降低开关中的杂质残余量。

来源：2021年第6期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

查看强激光与粒子束杂志2021年第6期