强激光与粒子束

作者：戴宏宇, 郭景润, 俞斌, 沈昊, 李黎,

关键词：脉冲放电, 气体开关, 石墨电极, 开关电弧, 电极烧蚀,

气体开关电弧的热侵蚀作用是电极损耗的主要成因。石墨电极在电弧作用下发生蒸发并在多次放电后有明显的质量损耗，改变了开关内的气体环境和电极间距，导致开关动作可靠性降低。为研究石墨电极在脉冲电弧冲击下的侵蚀特征，基于开关电弧瞬态扩散特征和石墨材料参数，在弧根区域建立了电弧-电极能量耦合模型，得到了等离子体-固体区域的传热特性。考虑石墨电极的相变特征，计算瞬态热作用下石墨电极的加热范围以及临界相变点，研究瞬态电弧热冲击作用下的石墨电极相变机制。研究结果表明，电弧-电极界面热流主要集中在电弧接触面中心，电弧沉积的能量密度最高可达109 W/m2，石墨在电流上升初期基本处于加热状态，在能量积聚作用下，石墨转变为升华状态，传热强度随半径急剧衰减，蒸发区域略小于电弧半径。通过实验记录了5种开关工况下石墨电极烧蚀形貌和质量损失情况，结果表明，电极质量损失与电弧沉积在电极表面的能量线性相关，近似为0.015 mg/J。研究了电弧关键参数对电极质量损失速率的影响，为延缓电极损耗提供数据支撑。

来源：2022年第7期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

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