0 200 255 311 367 423 480 537 594 651 708 766 823
波长/nm 渊a冤紫铜-铁 700 600 500 400 300 200 100 0 200 255 311 367 423 480 537 594 651 708 766 823
波长/nm 渊b冤紫铜-铝 160 140 120 100 80 60 40 20 0 200 255 311 367 423 480 537 594 651 708 766 823
LIU Zhukui1，YAN Yue2，GENG Kaisheng2，DING Xinzhi3 （1. Yunnan Power Grid Corporation Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China；
2. Nanjing Five Stone Golden Sensing Limited Company，Nanjing 210023，China； 3. Electric Power Measurement Key Laboratory of China Southern Power Grid Corporation，
（1. 云南电网电力科学研究院，云南 昆明 650217；2. 南京五石金传感器技术有限公司，江苏 南京 210023；
3援 中国南方电网公司电能计量重点实验室，云南 昆明 650217）
摘 要院实验研究低压渊220 V/200 A冤短路电弧和高压渊20 kV冤电离电弧的光谱及强度特征袁证实电弧光以紫外光和可
从 20 世纪开始袁国内外众多科研单位对电力短 路产生的电弧光特性及其保护措施等做了大量研究 工作遥 美国总统轮船公司渊APL冤及其合作伙伴较早 开展该研究袁不仅通过各种级别潜艇的配线盘进行
84
中国测试
2016 年 8 月
了多次电弧光保护实验袁 还对载人航天母舰的电弧 光保护做了研究工作曰1978 年袁美国霍普京斯大学的 科学家开始和美国海军一起研究弧光保护在潜艇上 的应用曰1998 年美国海军在乔治华盛顿号潜艇渊USS George Washington冤 开光柜上安装了弧光保护装置曰 90 年代 ABB 公司开始研发弧光保护产品用于开关 柜的弧光保护[1]遥 中国于 1995 年引进第一套弧光保 护装置并开始弧光保护的研究[2]遥 2008 年袁中国南京 五石金传感技术有限公司率先采用紫外光作为电弧 光的判据研发了电弧光检测装置[3-4]遥
0引言
电弧光短路可以给小到配电室大到变电站等电 力设备带来灾难性的破坏袁对电能供应造成很大影
收稿日期院2015-10-23曰收到修改稿日期院2015-11-16 作者简介：刘柱揆渊1974-冤袁男袁高级工程师袁主要从事弧光保 护和配网方面的生产和科研工作遥
响遥 因此袁对电弧光短路进行理论及实验研究极为 重要遥
强度范围作为电弧光保护装置光学检测单元校验标定和检测灵敏度的阈值范围的观点遥
关键词院电弧光曰光学转换曰光电变换曰脉冲检测曰紫外光检测曰灵敏度阈值
文献标志码院A
文章编号院1674-5124渊2016冤08-0083-05
Quantitative analysis of arc light intensity and calibration method of its detector
600
400 200
0 200 292 386 480 575 670 766 861
波长/nm 渊a冤紫铜-紫铜
1 800 1 600 1 400 1 200 1 000
800 600
400 200
0 200 292 386 480 575 670 766 861
波长/nm
渊c冤紫铜-黄铜
3 000
30 UV渊mW/cm2冤
25
20 15 10
5
0 0 100 200 300 400 500 600 时间/ms
渊b冤不加紫外滤光片
图 3 同一电弧光中紫外和可见光强度对比
表 1尧表 2 与图 3 是对导体短路时的电弧光强度 定量分析的实验结果袁 可以看出袁 电弧光中紫外光 渊UV冤和可见光渊Vis冤的强度及其总强度渊Total冤变化 趋势一致袁即电弧越强时袁各自的强度越大遥
图 1 是铜尧铁尧铝等几种金属导体之间在 220 V 电压下短路时产生的电弧光的光谱图遥 可看出袁金属 导体短路时电弧光的主要组成部分是紫外光和可 见光袁此外还有很微弱的红外光部分遥 这是因为金 属导体短路时袁金属离子放电导致发光袁电流流过 导体时会发热而发出红外光袁在时间不长的情况下袁
1 200
1 000 800
表 1 强度测量值渊功率计加紫外滤光片冤
t/ms
UV/渊mW窑cm-2冤 Vis/渊kLux冤 Total/渊mW窑cm-2冤
100
3.8
9.13
3.244
200
3.9
11
4.231
300
5.1
16.6
5.36
500
10.5
39.2
10.296
表 2 强度测量值渊功率计未加紫外滤光片冤
t/ms
UV/渊mW窑cm-2冤 Vis/渊kLux冤 Total/渊mW窑cm-2冤
Kunming 650217，China）
Abstract: The characteristics of arc light with ultraviolet and visible light as the main ingredients are verified by studying the spectrum and intensity features of low voltage （220 V/200 A） short circuit arc and high pressure （20 kV） ionization arc by experimental method. The result that the ratio of ultraviolet intensity in either low voltage arc or high pressure ionization arc to the total is 70% is worked out in quantative measurement of arc light intensity， and a new ultraviolet arc light sensing system is developed by using optical conversion and photo -electric conversion principles and impulse detection technology based on the result. By applying optical filter in arc intensity measurement，5-20 kLux visual light intensity corresponding to 1 -10 mW/cm2 ultraviolet intensity in the identical arc is provided. The idea that using the intensity range as the range for calibrating the optical detecting unit of arc light protection apparatus and detecting the sensitivity threshold is proposed. Keywords: arc light； optical conversion； photo -electric conversion； impulse detection； UV detection；sensitivity threshold
波长/nm 渊c冤铁-铝
图 2 金属导体高压近距离时的电弧光光谱图
图 2 是金属导体在高压放电时致使空气电离 发出的电弧光的光谱图遥 可以看出袁导体在 20 kV 的 高压下致使空气电离所发出的电弧光仅紫外光比较 明显袁而可见光和红外光几乎可以忽略遥 从强度的角 度看袁此种情况下的电弧光几乎不存在可见光和红 外光遥 此外袁出现了 3 个峰值波长袁前两条曲线的主 峰在 330 nm 附近袁而最后一条的主峰在 360 nm 附 近袁但其所呈现出的仅含有紫外光的趋势是相同的遥 由此可得出院 高压放电时产生的电弧光仅有轻微的 金属离子放电现象袁故而可见光和红外光强度非常 微弱遥
本文对上述两种电弧光进行了光谱及强度定 量分析遥 在背景光照度小于 50 Lux 的环境中袁首先 检测电弧焊机对各种金属在 220 V/200 A 的情况下 短路的电弧光强度袁测量距离为 50 cm曰其次袁用高压 发生器产生 20 kV 电压袁并在此电压下检测近距离空 气电离发生电弧光强度袁测量距离为 30 cm遥 最后袁通 过电流可调电弧焊机在 220 V/200 A 条件下袁对高纯 度铜排对电弧焊机产生的电弧光中各频段的相对强 度定量分析袁并在距离电弧光发生点 20 cm 处对其 发出的同一电弧光中紫外光和可见光的强度分别用 紫外辐射照度计和可见光照度计进行测量袁同时用宽 光谱光功率计测量了电弧光的总强度遥
电弧光保护产品发展迅速袁所采用的保护措施 各种各样袁在电弧光检测方式上也存在着很大的差异袁 如利用电弧光中的可见光或紫外光作为检测目标[5-6]袁 各自能检测的电弧光的最小强度也不相同曰并且袁因 缺少电弧光强度的定量测量与分析袁导致所研发的 电弧光保护产品对检测电弧光的灵敏度没有标准袁 即缺少对电弧光保护产品检测灵敏度阈值标定的范 围及方法遥
100
2
4.56
3.385
300
5.2
13.68
9.168
500