真空开关电弧形态演变实验与仿真研究

真空开关电弧形态演变与其物理特性的变化密切相关,对开关能否成功开断电流有重要影响。本文首先建立了真空开关开断故障电流产生电弧的实验系统。然后利用CMOS高速相机采集电弧燃烧过程,并对电弧形态演变进行了较深入地定性分析。实验结果表明,燃弧过程中,真空电弧起始呈现集聚状态,包含桥柱电弧、扩散柱电弧和收缩柱电弧,电弧明亮,对触头烧蚀严重;在弧柱内高气压作用下,电弧转变为扩散状态,包含了亚音速和超音速电弧流动,电弧变暗,对触头烧蚀减轻;最终电弧随电流减小,开距增大而熄灭。最后利用电弧MHD模型仿真计算了电弧扩散阶段的光强变化,计算光强与电弧图像明亮度变化趋势吻合,可用于定量分析电弧形态变化。研究工作有助于提出电弧调控策略,从而成功开断大电流。