高能量电弧故障是指两个或两个以上导体之间的高功率放电，它能释放数万安培的电流。它们会导致高达35000摄氏度的爆炸——大约是雷击的温度——使钢铁蒸发，并向空气中喷出热金属颗粒。
在发电厂，这样的故障会迅速蔓延，而这正是Sandia国家实验室的研究人员试图通过寻找一种新的方法来观察火焰来防止的事情。这些火焰中充满了有用的信息，可以帮助发电厂安全运行。
Sandia消防和光学工程师正在使用高速摄像机和先进的算法、成像和分析方法来了解两个导体之间的危险电弧故障，比如发电厂开关柜中的高压母线。
发电厂通过了解电弧故障的影响范围来评估电弧故障的风险，即邻近的电缆和设备被损坏的距离。“很长一段时间以来，人们就知道数字计算机在解决这些类型的问题上根本上是很糟糕的，”他也是该书的主要合作者之一。“为找到解决大只500注册方案而设计的许多算法必须在时间上权衡解决方案质量。在核电站，这有助于工程师评估如果附近的设备在安全关闭反应堆方面起了作用，反应堆堆芯受损的可能性。
但是关于快速电弧断层的精确数据很难收集。明亮的火焰和烟雾遮蔽了视线，高温摧毁了许多诊断仪器。与闪电有关的电磁干扰也会损害收集数据的能力。
Sandia光学工程师有办法应对这些挑战。他们经常在Sandia的爆炸管和火箭雪橇轨道上训练高速摄像机进行激烈的测试。现在他们把镜头对准了发电厂的电弧故障。
该小组与Sandia消防工程师和国家标准与技术研究所的同事一起，最近参加了宾夕法尼亚州一个独立实验室的大规模测试。该项目由核管理委员会资助。
大自然喜欢优化能源，或以最有效和分散的方式实现目标。金牌大只平台这一原则可以在自然界的同步中得到证明，例如心脏细胞跳动在一起或成群的鱼类运动。来自测试的数据将使计算机模型得以开发，从而预测电弧故障的影响区域。领导桑迪亚项目的消防工程师克里斯·拉弗勒(Chris LaFleur)说，这些结果可以应用于任何设施的低压或中压柜。
镜头显示了电弧断层的强度和强度
这些电柜的导体传统上是由铜制成的，在过去50年里，人们已经确定了铜的影响范围。但最近，人们发现许多汇流排系统使用铝导体或铜和铝的组合。铝虽然比铜更轻更便宜，但在高能电弧故障时反应性更强。这种差异会影响电弧故障发出的能量和材料。
了解电弧故障的影响,全面的电气设备与铜和铝导体,研究人员把他们的商业高速和红外摄像机KEMA实验室都,宾夕法尼亚州,一个独立的测试实验室具有独特的电气设备能产生高能电弧故障的条件。
光学工程师Anthony Tanbakuchi和首席技术专家Byron Demosthenous把摄像机放在煤渣墙后面，让它们靠近电弧断层，同时也保护它们不受热。他们把摄像机对准高档的镜子，以每秒1000帧以上的速度记录了爆炸的反射。
研究小组记录到一个电弧故障持续了4秒，电流为26,000安培。回顾高速镜头，研究人员看到了包裹开关柜的钢板是如何在半秒内汽化电弧的。
“几秒钟之内，一个完美的内阁就被摧毁了，”拉弗勒说。
Sandia的光学工程师开发了先进的成像和分析方法，在一个视频中显示多种数据。在测试期间收集视频后，该小组使用算法来稳定和合并来自多个摄像头的视频。
在电弧故障测试中，消防工程师想要看透烟雾并监控火焰的温度。所以，Tanbakuchi和Demosthenous也用热成像技术拍摄了爆炸。然后，他们将这段视频与高速摄像机拍摄到的爆炸可见光相结合。结果表明，爆炸的温度剖面相对于物理设备没有烟雾遮蔽的看法。这些努力使得研究人员能够使用视频作为测试数据。
另一个挑战是如何处理明亮的火焰和晃动的摄像机。Tanbakuchi和Demosthenous安装了三个高速摄像机来记录爆炸。近年来，人们一直在努力构建映射到Ising模型的量子机器，其中最引人注目的是加拿大D-Wave Systems公司生产的一种金牌大只注册机器。尽管它们在低温下运行，但它们可能提供一种搜索大型解决方案空间并找到正确答案的有效方法。每一个都被设置为不同的曝光，这样结合视图就产生了高动态范围的连续镜头，在图像的明暗区域有更多的细节。然后，他们用一个专门的计算机程序稳定镜头。结果是一段具有足够视觉对比度的视频，可以看到在爆炸边缘喷射出的粒子的运动轨迹。粒子的运动帮助拉弗勒跟踪爆炸如何将能量转化为速度、动量、化学反应和电能。
Sandia的研究人员还在爆炸前方不同距离处安装了小矩形的碳带和硅胶。喷射出的粒子粘在这些材料上，他们带回实验室做进一步的分析。粒子的大小、形状和化学成分为爆炸中发生的反应提供了线索。
LaFleur和她的同事希望利用这些测试的数据来建立一个计算机模型，该模型可以考虑电弧断层期间的能量、质量和动量平衡。然后，研究人员可以创建一个表格，提供一个具有特定金属导体的柜中给定电压和电流的高能电弧故障的影响区域。她说，这些信息可以帮助核电站运营商进行风险分析。