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CN105866603B - 一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法及装置 - Google Patents

一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法及装置 Download PDF

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CN105866603B
CN105866603B CN201610453503.3A CN201610453503A CN105866603B CN 105866603 B CN105866603 B CN 105866603B CN 201610453503 A CN201610453503 A CN 201610453503A CN 105866603 B CN105866603 B CN 105866603B
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere

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Abstract

本发明涉及一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法及装置，测量气体放电电弧的电压与电流信息，利用电弧总能量的测量结果，结合利用TEM小室测量得到的电弧产生的电磁辐射能量，再通过计算获得电弧热能的具体数值。该方法包含下列步骤：(1)测量气体电弧的电压与电流信息；(2)采用数学方法对电压与电流的乘积在时间轴上积分得出电弧的总能量；(3)利用横电磁波TEM小室测量电弧的电磁辐射能量；(4)将电弧的总能量减去电弧的电磁辐射能得到电弧的热能。本发明具有安全可靠、操作灵活，间接测量电弧热能的优点。

Description

一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种测量电弧热能的方法及装置，尤其涉及在强电磁环境中由间接测量得到电弧热能的方法，属于电磁兼容测试技术领域。
背景技术
空气中电场强到一定程度，气体分子就会被电离，形成等离子体，并产生短暂的放电电流，使电荷被消耗或中和，发出光和热，并产生声音。火花放电一般持续时间很短，所需达到的电场强度很高，这样的场强一般存在于两个导电金属体的尖端之间，因而又被称为尖端放电。
强电磁场环境能使不同的金属导体尖端之间产生一定的电势差，当电势差足够大并使空气中的电场达到尖端放电所需的场强时，能形成弧光放电的火花。放电产生的电弧(火花)具有明显的电压与电流特性，并且会释放出光和热。
放电火花在电极两端产生的放电电流持续时间很短，其频谱特性具有很强的高频分量，因而火花会对外产生一定的电磁辐射；可燃气体或空气燃气的混合气体点火是由热效应引起的，放电火花产生的热能可以使可燃气体点燃，当可燃气体位于一个封闭的腔体内时，还有发生爆炸的危险。
目前，常用的方法是直接测试，通过观察油箱的状态确定试验的结论。该方法不需要其他测试装置，便于实施。
然而，直接测试法也存在一些难以克服的缺点：首先，直接测试法较为不安全，处于密闭空间的燃油蒸汽被点燃后不容易受控，甚至有爆炸的危险；直接测试法仅能进行定性分析，其试验结果仅对试验条件有效，同时无法获取电磁辐射能量的相关信息，因而无法获取量化数据，所以无法通过试验数据评估其他试验条件下的结果。
发明内容
本发明的目的是克服现有方法和技术的不足，提供一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法及装置，具有安全可靠、操作灵活，可间接测量电弧热能的优点。
为了实现上述目的，本发明提出了一种利用横电磁波(TEM)小室测量电弧热能的方法，利用电弧总能量的测量结果，结合利用TEM小室测量得到的电弧产生的电磁辐射能量，再通过计算获得电弧热能的具体数值。该方法包含下列步骤：
根据测量得到的电弧的电压与电流信息计算得出电弧的总能量；
利用TEM小室测量电弧的电磁辐射能量；
将电弧的总能量减去电弧的电磁辐射能得到电弧的热能。
气体放电产生的总能量可以分为两大部分，一部分是由于电弧释放出的光和热产生的热能，另一部分是由于电弧的放电电流产生的电磁辐射能量。因此通过测量获得的电弧的总能量与电磁辐射能量，就能通过下式间接得到电弧的热能Eh：Eh＝E-Ee。
TEM小室是一个类似于同轴线的密闭TEM波传输结构，常用于电磁兼容(EMC)与电磁干扰(EMI)测试，具有场强分布均匀并可控等特点。由于TEM小室是封闭的电磁波传输结构，因此电极间产生的电弧的热能不会被检测到，而只会通过小室两端的端口检测到电弧的电磁辐射能Ee。将TEM小室的一个端口端接匹配负载，另一个端口与示波器连接，那么示波器将会接收到电弧一半的电磁辐射能。通过示波器测量获得的电压值就能计算得出电弧的电磁辐射能式中，Ue是示波器测量获得的电压均方根值，R0是端接匹配负载的大小。
气体被积累在两端电极的电荷击穿后，产生的电弧具有明显的电压与电流特性，可以通过示波器观察并测量电弧的电压与电流曲线。将测量的数据记录下来，借助数学方法，可以准确地计算得到电弧的放电总能量。电弧的放电总能量计算公式：式中：E是电弧放电产生的总能量，U是电弧两个末端之间的电压，I是电弧的电流，t0是电弧产生的初始时刻，t1是电弧熄灭的结束时刻。
本发明提出采用TEM小室间接测量电弧热能的方法，通过示波器直接测量得到的电弧的总能量，结合TEM小室测量得到的电弧的电磁辐射能，计算得到电弧热能的具体数值。
本发明的一种利用横电磁波小室测量电弧热能装置，包括：TEM小室、放电电极、50Ω匹配负载、一台示波器与支持设备正常工作的各种线缆和电源等；试验过程中，将放电电极置于TEM小室当中，通过电源给两个放电电极提供能量。示波器的一路通过高压探头与两个电极的末端相连，用于测量气体放电期间电弧的电压曲线；另一路通过电流探头加在电源与电极形成的回路上，用于测量电弧的电流曲线；TEM小室的一端连接大小为50Ω的匹配负载，另一端则与示波器相连，这样电极放电产生的高频电磁场辐射能量分为两半被TEM小室的两端接收，便可以通过示波器测量得到的电压大小，计算得到电弧的辐射能数值。最后，结合测量得到的电弧总能量与辐射能，可以代入公式：Eh＝E-Ee中计算得到电弧热能的具体数值。
本发明具有以下明显特点：
(1)本发明一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法采用间接测量的方式，适用于测量各种试验条件下气体放电电弧的热能，使用设置方便、安全；
(2)本发明一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法测量的目标量为电弧的辐射能，采用的是封闭的电磁波传输结构——TEM小室，电磁辐射无泄漏，测试结果准确度高；
(3)本发明一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法以电弧的能量数值关系作为计算依据，测试数据能够量化记录和评判。
附图说明
图1是本发明一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法的流程图；
图2是应用本发明的一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法的实施例流程示意图；
图3是本发明一种利用横电磁波小室测量电弧热能装置的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，气体放电产生的总能量可以分为两大部分，一部分是由于电弧释放出的光和热产生的热能，另一部分是由于电弧的放电电流产生的电磁辐射能量。因此为了得到电弧热能的具体数值，就需要通过测量获得电弧的总能量与电磁辐射能量。
电弧的总能量可以通过示波器测量得到。气体放电产生的电弧具有明显的电压与电流特性，利用示波器的高压探头可以测量放电期间电弧的电压曲线，利用电流探头可以测量放电期间的电流曲线，将测量的曲线存储记录下来，再借助电路上能量与电压和电流的关系，可以准确地计算得到电弧的放电总能量。电弧的放电总能量计算公式：电弧的辐射能可以通过TEM小室测量得到。通过示波器测量TEM小室一个端口的电压均方根值，可以计算得出电弧的电磁辐射能最后，结合测量得到的电弧总能量与辐射能，可以代入公式：Eh＝E-Ee中计算得到电弧热能的具体数值。
如图2所示，试验过程中首先如图3所示安装布置用于检测的仪器设备，然后按照测试步骤进行试验，获取并记录放电过程中电弧的电磁场信号，最后根据测试获取的电压与电流数据，代入相应公式计算，得到试验的测试结果。
如图3所示，试验装置主要包括TEM小室、放电电极、50Ω匹配负载、一台示波器与支持设备正常工作的各种线缆和电源等。试验过程中，将放电电极置于TEM小室当中，通过电源给两个放电电极提供能量。示波器的一路通过高压探头与两个电极的末端相连，用于测量气体放电期间电弧的电压曲线；另一路通过电流探头加在电源与电极形成的回路上，用于测量电弧的电流曲线；TEM小室的一端连接大小为50Ω的匹配负载，另一端则与示波器相连，这样电极放电产生的高频电磁场辐射能量分为两半被TEM小室的两端接收，便可以通过示波器测量得到的电压大小，计算得到电弧的辐射能数值。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种利用横电磁波小室测量电弧热能的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)测量气体电弧的电压与电流信息；
(2)采用数学方法对电压与电流的乘积在时间轴上积分得出电弧的总能量；
(3)利用横电磁波TEM小室测量电弧的电磁辐射能量；
(4)将电弧的总能量减去电弧的电磁辐射能得到电弧的热能；
所述步骤(3)中，利用横电磁波TEM小室测量电弧的电磁辐射能量的过程如下：将TEM小室的一个端口端接匹配负载，另一个端口与示波器连接，示波器将会接收到电弧一半的电磁辐射能，通过示波器测量获得的电压值就能计算得出电弧的电磁辐射能式中，Ue是示波器测量获得的电压均方根值，R0是端接匹配负载的大小。
2.根据权利要求1所述的利用横电磁波小室测量电弧热能的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电弧的总能量计算公式：式中：E是电弧放电产生的总能量，U是电弧两个末端之间的电压，I是电弧的电流，t0是电弧产生的初始时刻，t1是电弧熄灭的结束时刻。
3.一种利用横电磁波小室测量电弧热能装置，其特征在于包括：TEM小室、放电电极、50Ω匹配负载、一台示波器与支持设备正常工作的各种线缆和电源；试验过程中，将放电电极置于TEM小室当中，通过电源给两个放电电极提供能量；示波器的一路通过高压探头与两个电极的末端相连，用于测量气体放电期间电弧的电压曲线；另一路通过电流探头加在电源与电极形成的回路上，用于测量电弧的电流曲线；TEM小室的一端连接大小为50Ω的匹配负载，另一端则与示波器相连，这样电极放电产生的高频电磁场辐射能量分为两半被TEM小室的两端接收，便可以通过示波器测量得到的电压大小，计算得到电弧的辐射能数值；最后，结合测量得到的电弧总能量与辐射能，可以代入公式：Eh＝E-Ee中计算得到电弧热能的具体数值。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107064673A (zh) * 2017-03-30 2017-08-18 上海理工大学 电弧检测装置以及双馈风力发电机电刷滑环保护系统
FR3112651B1 (fr) * 2020-07-20 2023-05-12 Schneider Electric Ind Sas Procédés pour estimer une propriété d’un appareil de commutation électrique, dispositifs pour mettre en œuvre ces procédés

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248971B1 (en) * 1998-05-12 2001-06-19 Schneider Electric Sa Circuit breaker with parallel connected pole compartments
CN1341860A (zh) * 2000-09-04 2002-03-27 太平洋精工株式会社 确定局部短路的装置和方法
CN101933394A (zh) * 2008-01-31 2010-12-29 西门子公司 用于确定热辐射的辐射度量的方法,执行该方法的电弧炉、信号处理设备以及程序代码和存储介质
CN204102278U (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 浙江合极电气科技有限公司 带有多功能监测的电弧检测装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6968344B2 (en) * 2001-07-26 2005-11-22 Tata Consultancy Services Limited Method and apparatus for object-oriented access to a relational database management system (RDBMS) based on any arbitrary predicate

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248971B1 (en) * 1998-05-12 2001-06-19 Schneider Electric Sa Circuit breaker with parallel connected pole compartments
CN1341860A (zh) * 2000-09-04 2002-03-27 太平洋精工株式会社 确定局部短路的装置和方法
CN101933394A (zh) * 2008-01-31 2010-12-29 西门子公司 用于确定热辐射的辐射度量的方法,执行该方法的电弧炉、信号处理设备以及程序代码和存储介质
CN204102278U (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 浙江合极电气科技有限公司 带有多功能监测的电弧检测装置

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