Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1411-1417 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220110141100

Temperature variations in an SF6-N2 mixture arc plasma

A. Gleizes, M. Razafinimanana et S. Vacquié

Laboratoire des décharges dans les gaz, UA n° 277, C.P.A.T., Université Paul-Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex, France

Abstract
We present measurements of the axial temperature To in an arc burning in SF6-N2 mixtures, as a function of current intensity I. The T - I curves with SF6 proportion in the mixture as a parameter intersect for a current value of about 50 A, corresponding to a temperature around 12 000 K. In addition, for currents above 50 A, the values of To in a 20 % SF6 mixture are lower than those obtained with all other SF6 proportions in the range 10 to 100 %. These properties are confirmed by a modeling work assuming thermal equilibrium ; they can be explained in terms of energy balance. At high current the arcs having the highest radiative losses exhibit the highest electric field and the lowest axial temperature : To is lower in nitrogen than in SF6. The behaviour of non radiation dominated arcs is more complex and depends on the variations of electrical and thermal conductivities with temperature. In certain cases this results in that the temperature values in a mixture are not intermediate to those obtained in the pure gases constituting the mixture.

Résumé
Nous présentons des mesures de température axiale To d'un arc brûlant dans les mélanges SF6-N2, en fonction de l'intensité du courant. Suivant la proportion de SF6 dans le mélange, les courbes de variation de la température en fonction du courant se croisent pour une valeur de 50 A environ correspondant à une valeur de température de 12 000 K environ. De plus, pour un courant supérieur à 50 A, les valeurs de To dans un mélange contenant 20 % de SF6 sont inférieures à celles obtenues pour tous les autres mélanges (de 10 à 100 % de SF6). Ces propriétés ont été confirmées par une modélisation supposant l'équilibre thermique et s'expliquent en analysant le bilan d'énergie. A fort courant ce sont les arcs dont les pertes radiatives sont les plus importantes qui possèdent un plus fort champ électrique et une plus faible température axiale : dans l'azote To est plus faible que dans le SF6. Le comportement des arcs non dominés par le rayonnement est plus complexe ; il dépend des variations des conductivités électrique et thermique en fonction de la température. Il en résulte dans certains cas que la valeur de la température dans un mélange n'est pas intermédiaire entre celles obtenues dans les gaz purs constituants ce mélange.

PACS
5225L - Plasma temperature and density.
5280M - Arcs and sparks.

Key words
arcs electric -- nitrogen -- plasma temperature -- sulphur compounds -- SF sub 6 N sub 2 mixture arc plasma -- axial temperature -- current intensity -- energy balance -- SF sub 6 -- N sub 2