空气开关电弧仿真技术及其应用的研究.pdf

《空气开关电弧仿真技术及其应用的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·研究与分析·低压电器(20101~5)空气开关电弧仿真技术及其应用的研究木王伟宗，吴翊，荣命哲，杨飞，周庆庆(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：通过仿真技术研究了空气开关电器中空气电弧。建立了电弧磁流体动力学(MHD)模型，并求解模型控制方程，分析了电弧运动、触头打开、电弧转移等过程。王伟宗(1984一)，该项研究可为开关电器产品的优化设计提供理论参考。男，博士研究生，研关键词：空气开关；电弧；仿真；磁流体究方向为气体放电中图分类号：TM501．3文献标识码：A文章编号：1001-5531(2010)05-0007-05与等离子体及其应用、电力设备优化

2、ResearchofSimulationTechniqueofElectricArc设计。inAirSwitchandItsApplicationsWANGWe~ng，UYi，RONGMingzhe，YANGFei，ZHOUQingqing(StateKeyLabofElectricalInsulationforPowerEquipment，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Theelectricarcinairswitchwasresearchedbysimulationtechnique．Thearcmodelbased

3、onmag—netohydrodynamictheorywasbuiltandthemodelcontrolequationWassolved，thenthecoursesofarcmotion，con—tactbreakingandarctransferwereanalyzed．Thisresearchcanprovidetheoryreferenceforoptimizationdesignofswitchapparatusproduct．Keywords：airs~tch；electricarc；simulation；(M肋)算机仿真技术在空气开关电弧研究中的应用创造0引言了条件，使其

4、被越来越多地运用于实际产品的研在电器行业中，以空气为灭弧和绝缘介质的发之中¨。电弧仿真技术的研究既可凭借电弧电弧(以下简称空气开关电弧)的存在一方面给数学模型揭示一些电弧现象的内在机理，又可在系统电路提供导电回路，给故障回路提供了能量实验验证的基础上，通过对电弧模型的数值模拟泄放的途径从而降低了电路分断时的过电压；另计算，得到产品设计的可行性方案，满足产品的技一方面电弧在磁场、气流场的作用下沿着跑弧道术要求，优化设计和产品开发，缩短研制周期并节快速运动，其本身的高温将烧蚀电极和周围隔板，省研制成本。会减少开关设备寿命，不利于安全保护。因此，采1仿真建模用合适的方法对空气开关电弧进行研究，可以

5、有效地提高空气开关电器的工作性能。1．1电弧MHD数学模型及多场耦合关系电弧现象是一个热场、气流场、电磁场之间相电弧等离子体中存在着热场、气流场和电磁互耦合变化的复杂过程，近年来，计算机仿真技术场的复杂过程。如图1所示，各个场的数学方的发展和有限元分析软件性能的不断提高，为计程组通过一些相关的参数相互耦合。热场和气流吴翊(1975一)，男，副教授，博士，研究方向为电弧电接触理论、电气设备优化设计与智能化。荣命哲(1963一)，男，教授，博士生导师，博士，研究方向为电弧电接触、电器设备状态检测与故障诊断、电器智能化。$基金项目：国家自然科学基金项目资助(50537050，50525722)一7

6、一低压电器(2010Nq5)·研究与分析·表1控制方程图1电弧中的多场耦合关系场的基本参数为温度、压强和速度，温度和压强的变化会导致电弧气体中粘性系数、电导率、辐射吸收系数等物性参数改变。电弧的热场和电场主要通过焦耳热和电导率进行相互耦合，电导率的变化使得电弧中的电场和电流分布发生变化，从而电弧的数学模型是由一组相互耦合的非线性复杂也引起磁场的改变。电流密度会产生单位体积的偏微分方程组来描述的，需采用数值求解的方法。焦耳热，它是电弧气体的发热源，其作为源项直接使用Fluent软件作为电弧模型方程的求解平台，参与了电弧能量方程的计算。磁场引起的洛仑兹由于Fluent软件是专门针对流场计算的商业

7、化软力会对电弧气体气流场产生作用，并作为体积力件，而电弧的仿真分析中包括了电磁场、入射辐射直接参与了动量方程的计算，由此实现了磁场和强度的计算，因此在实际应用中需对Fluent进行气流场的耦合。热场的计算需要考虑传导、对流二次开发(见图2)。和辐射的作用，其中，辐射热是电弧热场方程中重要的源项之一，其大小与温度、辐射吸收系数有关。另外，对于动触头打开过程的计算，触头的运+匦N动会带来计算区域的变化，这在电弧的