State of Art and Challenges for the Calculation of Radiative and Transport Properties of Thermal Plasmas in HVCB

This paper is focused on the state-of-the-art and challenges concerning the thermophysical properties of thermal plasmas used in numerical modelling devoted to high voltage circuit breakers. For Local Thermodynamic Equilibrium (LTE) and Non-Local Thermodynamic (NLTE) and/or Chemical Equilibrium (NLCE) plasmas, the methods used to calculate the composition, thermodynamic, transport and radiative properties are presented. A review of these last data is proposed and some comparisons are given for illustrations

Non-equilibrium plasma properties of electric arc discharge in air between copper electrodes

Spectroscopy investigations of plasma of free burning electric arc discharge as well as discharge in air flow of 6.45 slpm at currents 3.5, 30, 50 and 100 A were carried out. Plasma state deviation from thermodynamic equilibrium was found at arc current 100 A. Two-temperatures model was used to estimate plasma composition at arc current 100 A.Выполнены спектроскопические исследования плазмы свободно горящего электродугового разряда, а также разряда в потоке воздуха 6,45 л/мин при силах тока 3,5, 30, 50 и 100 А. Установлено отклонение состояния плазмы от термодинамического равновесия при силе тока 100 А. Использована двухтемпературная модель для оценки состава плазмы при силе тока 100 А.Виконані спектроскопічні дослідження плазми вільно існуючого електродугового розряду, а також, розряду в потоці повітря 6,45 л/хв при силах струму 3,5, 30, 50 и 100 А. Встановлено відхилення стану плазми від термодинамічної рівноваги при силі струму 100 А. Використано двотемпературну модель для оцінки складу плазми при силі струму 100 А

Investigation of electric arc discharge plasma between one-component Cu and Ni and composite Ag-Ni electrodes

Plasma of electric arc between one-component Cu and Ni and composite Ag-Ni electrodes was studied by means of optical emission spectroscopy. Radial temperature profiles of plasma column were obtained using Boltzmann plot techniques at arc currents of 3.5 and 30 A. Radial distributions of plasma electron density of electric arc discharge between Cu and Ni and Ag-Ni electrodes were measured as well at currents 3.5 and 30 A. Equilibrium of plasma composition was calculated. The properties of material erosion processes on the electrodes’ surface are studied.Методами оптической спектроскопии исследована плазма электродугового разряда между однокомпонентными Cu и Ni и композитными Ag-Ni-электродами. С помощью диаграмм Больцмана получены радиальные распределения плазменного столба для дуги током 3,5 и 30 А. Проведены измерения радиальных распределений электронной концентрации плазмы дугового разряда током 3,5 и 30 А между Cu и Ni и Ag-Ni-электродами. Рассчитан равновесный состав плазмы. Исследованы свойства эрозионных процессов материала на поверхности электродов.Методами оптичної емісійної спектроскопії досліджена плазма електродугового розряду між однокомпонентними Cu та Ni і композитними Ag-Ni електродами. Радіальні розподіли температури плазмового стовпа отримані з діаграм Больцмана для дуги струмом 3,5 та 30 А. Виміряні радіальні розподіли електронної концентрації плазми дугового розряду струмом 3,5 та 30 А між Cu та Ni and Ag-Ni-електродами. Розрахований рівноважний склад плазми. Досліджені властивості ерозійних процесів матеріалу на поверхні електродів

Thermal plasma of electric arc discharge in air between composite Cu-C electrodes

The complex technique of plasma property studies is suggested. As the first step the radial profiles of temperature and electron density in plasma of free burning electric arc discharge in air between Cu-C composite and brass electrodes, as well as copper electrodes in air flow, were measured by optical emission spectroscopy techniques. As the next step the radial profiles of electric conductivity of plasma mixture were calculated by solution of energy balance equation. The electron density is obtained from electric conductivity by calculation in assumption of local thermodynamical equilibrium in plasma.Предложена комплексная методика исследования плазмы. На первом этапе методами оптической эмиссионной спектроскопии проводились измерения радиальных распределений температуры и электронной концентрации в плазме электродугового разряда в воздухе между композитными Cu-C и латунными электродами, а также медными электродами в потоке воздуха. На следующем этапе рассчитывались радиальные распределения электропроводности плазменной смеси путем решения уравнения энергетического баланса. Распределение электронной концентрации получено из электропроводности плазмы в допущении локального термодинамического равновесия.Запропонована комплексна методика дослідження плазми. На першому етапі методами оптичної емісійної спектроскопії проводились дослідження радіальних розподілів температури та електронної концентрації в плазмі електродугового розряду в повітрі між композитними Cu-C та латунними електродами, а також мідними електродами в потоці повітря. Наступним кроком розраховувались радіальні розподіли електро-провідності плазмової суміші шляхом розв’язку рівняння енергетичного балансу. Розподіл електронної концентрації отримали з електропровідності плазми в припущенні локальної термодинамічної рівноваги

Study on reaction rates for 2T SF 6 plasma: application to chemical kinetics of a decaying arc in high voltage circuit breakers

International audienc

Cross section and rate coefficient calculations for electron impact excitation of the a 3Π^{\sf 3}{\sf \Pi}, a′' 3Σ+^{\sf 3}{\sf \Sigma^{+}}, d 3Δ^{\sf 3}{\sf \Delta}, e 3Σ−^{\sf 3}{\sf \Sigma^{-}}, I 1Σ+^{\sf 1}{\sf \Sigma^{+}} and D 1Δ^{\sf 1}{\sf \Delta} states of CO

An efficient theoretical method for investigating the cross sections and rate coefficients of electron impact excitation processes involving carbon monoxide (CO) diatomic molecules has been applied in the temperature range 1500–15 000 K. The weighted total cross section (WTCS) theory has been used to investigate the cross sections excitation of the a $^{\sf 3}\Pi$, a$'$ $^{\sf 3}\Sigma^{+}$, d $^{\sf 3}\Delta$, e $^{\sf 3}\Sigma^{-}$, I $^{\sf 1}\Sigma^{+}$ and D $^{\sf 1}\Delta$ states of CO. The 300 K cross sections as a function of electron energy and one temperature rate coefficients results are presented and fitting parameters ($a$, $b$ and $c$) are given for each reaction rate coefficient: $k(\theta) = a (\theta^{b}) \exp (-c/\theta)$

Cross section and rate coefficient calculations for electron impact excitation, ionisation and dissociation of the X 1Σg+^{\mathsf{{1}}}{\mathsf{\Sigma_{g}^{+}}}, c 3Πu^{{\mathsf{3}}}{\mathsf\Pi_\mathsf{u}}, a 3Σg+^{\mathsf{3}}{\mathsf\Sigma} _{\mathsf{g}}^{+}, e 3Σu ⁣ ⁣+^{\mathsf{3}}{\mathsf{\Sigma_{u}}^{\!\!+}} and B′^\prime 1Σu ⁣ ⁣+^{\mathsf{1}}{\mathsf{\Sigma_{u}}}^{\!\!+} states of H2_{\mathsf{2}}

The weighted total cross section (WTCS) theory has been applied to the electron-H$_{2}$ collision to obtain excitation, ionisation and dissociation cross section and rate coefficients of the X $^{1}\!\Sigma _{g}^{+}$, c $^{3}\!\Pi _{u}$, a $^{3}\!\Sigma _{g}^{+}$, e $^{3}\!\Sigma _{u}^{+}$ and B$^\prime$ $^{1}\!\Sigma _{u}^{+}$ states. Calculation has been performed in the temperature range 1500 K–15000 K. Rate coefficients are calculated from WTCS assuming Maxwellian energy distribution functions for electrons and heavy particles. Thermal equilibrium results are presented and fitting parameters (a, b and c) are given for each reaction rate coefficient: $k(\theta ) = a (\theta ^{b})$exp($-c/\theta )$

Cross-section and rate coefficient calculation for electron impact excitation, ionisation and dissociation of H

The weighted total cross-section (WTCS) theory is used to calculate electron impact excitation, ionisation and dissociation cross-sections and rate coefficients of OH, H2, OH+, H2+, OH- and H2- diatomic molecules in the temperature range 1500–15000 K. Calculations are performed for H2(X, B, C), OH(X, A, B), H2+(X), OH+(X, a, A, b, c), H2-(X) and OH-(X) electronic states for which Dunham coefficients are available. Rate coefficients are calculated from WTCS assuming Maxwellian energy distribution functions for electrons and heavy particles. One and two temperature (θe and θg respectively for electron and heavy particles kinetic temperatures) results are presented and fitting parameters (a, b and c) are given for each reaction rate coefficient: k(θ) = a (θb)exp (-c/θ)