Направление: 010900 Прикладные математика и физика
Профиль: Электронно-ионные процессы в газах и жидкостях
Кафедра радиофизики
Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент М.А. Павлейно
Рецензент: д.ф-м.н., профессор А.Н.Ключарев

Моделирование эволюции вакуумной дуги во внешнем аксиальном магнитном поле
Кирпиченко Дмитрий Юрьевич

На электрические сети с каждым годом растут нагрузки. В связи с этим необходимы высоковольтные выключатели, которые способны отключить большие токи. Распространенными высоковольтными выключателями стали вакуумные выключатели. В них отключение тока происходит в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) и сопровождается образованием катодных пятен и горением дуги. Необходимо исследовать явления, происходящие между электродами в ВДК для того, что бы не допускать сваривания контактов, при пропускании больших токов.
В данной работе рассматривается модель стационарного состояния вакуумной дуги, рассматриваемой в виде системы катодных пятен и их плазменных струй во внешнем магнитном поле в системе бесконечных электродов. Магнитное поле имеет как тангенциальную, так и нормальную составляющие. Под тангенциальным полем понимается поле самих плазменных струй, а аксиальное поле считается заданным. Плотность тока считаем равным произведению плотности пятен и тока на пятно. При этом, для плотности пятен решается транспортное уравнение с функцией источника, которая учитывает равновесное распределение пятен, каналы погасания пятен и раздвоения их на два в зависимости от тока на пятно. Иначе можно сказать, что функция источника включает в себя стационарную функцию распределения пятен по току, вывод которой приведен в работе. 
Модель основана на двух экспериментальных законах. Первый, экспериментальный закон для скорости движения катодных пятен и угла Робсона от составляющих магнитного поля. Второй, зависимость напряжения на одиночном пятне при фиксированном токе от составляющих магнитного поля (Вольт-Тесловые характеристики), полученная двумерной аппроксимацией экспериментальных результатов.
По итогам работы получены следующие выводы:
1.	Получена стационарная функция распределения пятен по току, которая имеет вид Гауссового распределения. Данная функция зависит от декрементов погасания и раздвоения пятен.
2.	Определено, что влияние конусообразной формы плазменной струи незначительно изменяет распределение магнитного поля в пространстве по сравнению с цилиндрической формой струи.
3.	Получена математическая модель, построенная на вышесказанном, состоящая из трех дифференциальных уравнений. Она позволяет получить Вольт-Тесловые характеристики вакуумной дуги. Полученные ВТХ качественно совпадают с экспериментальными. Так же имеется количественное совпадение – величина потенциала катодного падения.

Список публикаций:
В.П.Афанасьев, Д.Ю.Кирпиченко «Моделирование вакуумной дуги во внешнем аксиальном магнитном поле», Сборник трудов 11-ой Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и элеткрогидродинамики», 2015, в печати