大电流真空电弧中阳极烧蚀过程的研究进展

在大电流真空电弧开断中阳极触头的烧蚀情况将决定开断的成功与否,掌握高电压等级真空开断关键技术需要深入理解真空电弧阳极烧蚀机理。本文对国内外关于阳极烧蚀的研究进行了综述,包括阳极放电模式的分类及特点、阳极表面温度及熔融触头运动的实验测量以及阳极烧蚀数值模拟,在此基础之上总结了触头材料对阳极烧蚀的影响,对大电流真空电弧阳极烧蚀研究的未来发展方向提出了建议。

纵向磁场下真空电弧中阳极烧蚀过程的实验及仿真研究综述

纵向磁场是用来控制真空电弧的一种有效方式,对于真空开关来说,阳极的烧蚀状态对于真空开关的成功开断有着重要影响。因此对纵磁作用下真空开关阳极烧蚀过程的实验及仿真研究现状进行了回顾,首先,总结分析了阳极模式的分类和阳极斑点形成理论。然后,从阳极表面温度、阳极熔化和熔池旋转运动、阳极斑点温度和阳极射流3个方面分别介绍了国内外阳极区域实验研究的现状,以便深入了解阳极活动这一复杂的物理现象。并根据建模仿真的不断发展,从阳极的一维热模型,到二维阳极熔池旋转MHD模型和二维阳极偏烧模型,再到阳极活动三维瞬态模型,分别介绍了各个模型的原理和主要的仿真结果。最后,通过仿真结果与实验结果的对比,讨论了现有纵向磁场下真空开关阳极活动实验及建模仿真研究存在的不足,并指明了今后需要进一步加强的研究方向。

不同因素对真空开关阳极烧蚀影响的仿真研究

在大电流真空电弧开断过程中,阳极烧蚀对真空开关的电寿命有重要影响,为了延长触头电寿命,有必要对阳极烧蚀现象进行研究,而建模仿真技术是当前真空电弧研究的一种重要手段。在电弧仿真模型的基础上,建立真空电弧阳极烧蚀模型,计算单次开断对阳极触头的烧蚀,从而得到开断过程中各个因素对阳极触头烧蚀的影响。模型由熔化凝固模块,熔池磁流体动力学(MHD)模块,体积分数法(VOF方法)模块等组成。通过该模型可以得到不同工况下真空开关阳极触头在燃弧过程中的的形变及温度分布。仿真结果表明:开断电流越大,燃弧时间越长,单次开断所造成的阳极烧蚀越严重。开断电流的直流分量越大,单次开断所造成的阳极烧蚀越严重,触头的电寿命越短。

电极旋转情况下真空电弧阳极熔蚀过程的数值仿真与分析

对真空灭弧室中阳极触头的三维几何模型进行建模与分析,为了讨论电极旋转对真空电弧及阳极热过程的影响,建立了数学模型来模拟阳极表面熔化、蒸发时的相变过程,采用多孔介质描述方法以便于对固-液混合区域进行处理。由热过程的数值模拟可知,旋转电极表面温度、熔池面积以及熔池深度与热过程的时间呈正相关;电极转速越快,则阳极表面最高温度以及阳极表面熔池面积越小,阳极表面温度分布更加均匀,以此仿真模型为评估断路器的开断容量提供理论依据。