考虑电极烧蚀影响的低压断路器电弧运动特性仿真及实验

以磁流体动力学(magnetic hydro-dynamics,MHD)为基础建立了考虑电极烧蚀影响的低压断路器中电弧的数学模型。在传统的质量、动量和能量守恒方程的基础上增加了铜蒸气的浓度方程,考虑电极烧蚀对气体的热动力学特性和传输系数的影响,针对阴极和阳极不同特点分别建立了电弧与阴极和阳极作用的数学模型。利用基于有限容积法的商业软件对上述模型进行求解,得出灭弧室内温度场、浓度场、气流场、电位场的分布情况。仿真结果表明,由于电极附近"双漩涡"的存在,使得Cu蒸气浓度最大的区域位于弧根后方靠近电极的区域;考虑Cu蒸气影响时计算得到的电弧电压为比未考虑Cu蒸气影响时减小12.3%;考虑Cu蒸气影响所得到的电弧平均运动速度比未考虑Cu蒸气影响时减少21.3%。实验结果验证了仿真模型的合理性。

考虑器壁侵蚀影响的低压断路器电弧运动特性仿真及实验

以磁流体动力学(MHD)为基础建立了考虑器壁侵蚀影响的低压断路器中的电弧的数学模型。在传统的质量、动量和能量守恒方程的基础上增加了器壁材料的浓度方程,考虑了器壁材料的烧蚀对气体的热动力学特性和传输系数的影响,并且采用"视角因数法"计算到达器壁的辐射能量。利用基于有限容积法的商业软件对上述模型进行求解,得出灭弧室内温度场、浓度场、气流场的分布情况以及电压随时间的变化过程。仿真结果表明,由于灭弧室内"漩涡"的存在使得电弧后方的聚合物蒸气浓度大于电弧前方的聚合物蒸气浓度;由于产气材料的影响,电弧的最大电压增加了19.2%;产气材料对电弧运动有加速作用,由于产气材料的影响,电弧的平均运动速度增加了20.1%。实验结果验证了仿真模型的合理性。