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空氣開關(guān)電弧仿真技術(shù)及其應(yīng)用的研究_王偉宗

空氣開關(guān)電弧仿真技術(shù)

*

及其應(yīng)用的研究

飛，周慶慶

（西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710049）

摘

要：通過仿真技術(shù)研究了空氣開關(guān)電器中空氣電弧。建立了電弧磁流體動(dòng)力

王偉宗（1984—），男，博士研究生，研究方向?yàn)闅怏w放電與等離子體及其應(yīng)用、電力設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)。

王偉宗，吳翊，榮命哲，楊

學(xué)（MHD）模型，并求解模型控制方程，分析了電弧運(yùn)動(dòng)、觸頭打開、電弧轉(zhuǎn)移等過程。該項(xiàng)研究可為開關(guān)電器產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：空氣開關(guān)；電�。环抡�；磁流體

+

中圖分類號：TM501.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A5531（2010）05-0007-05文章編號：1001-

ResearchofSimulationTechniqueofElectricArc

inAirSwitchandItsApplications

WANGWeizong，WUYi，RONGMingzhe，YANGFei，ZHOUQingqing（StateKeyLabofElectricalInsulationforPowerEquipment，Xi’anJiaotongUniversity，

Xi’an710049，China）

Abstract：Theelectricarcinairswitchwasresearchedbysimulationtechnique.Thearcmodelbasedonmag-netohydrodynamictheorywasbuiltandthemodelcontrolequationwassolved，thenthecoursesofarcmotion，con-tactbreakingandarctransferwereanalyzed.Thisresearchcanprovidetheoryreferenceforoptimizationdesignofswitchapparatusproduct.

Keywords：airswitch；electricarc；simulation；magnetohydrodynamic（MHD）

0引言

算機(jī)仿真技術(shù)在空氣開關(guān)電弧研究中的應(yīng)用創(chuàng)造

了條件，使其被越來越多地運(yùn)用于實(shí)際產(chǎn)品的研發(fā)之中

［1-2］

在電器行業(yè)中，以空氣為滅弧和絕緣介質(zhì)的電弧（以下簡稱空氣開關(guān)電�。┑拇嬖谝环矫娼o

系統(tǒng)電路提供導(dǎo)電回路，給故障回路提供了能量泄放的途徑從而降低了電路分?jǐn)鄷r(shí)的過電壓；另一方面電弧在磁場、氣流場的作用下沿著跑弧道其本身的高溫將燒蝕電極和周圍隔板，快速運(yùn)動(dòng)，

會減少開關(guān)設(shè)備壽命，不利于安全保護(hù)。因此，采可以有用合適的方法對空氣開關(guān)電弧進(jìn)行研究，效地提高空氣開關(guān)電器的工作性能。

電弧現(xiàn)象是一個(gè)熱場、氣流場、電磁場之間相

近年來，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)互耦合變化的復(fù)雜過程，，

的發(fā)展和有限元分析軟件性能的不斷提高，為計(jì)

吳

。電弧仿真技術(shù)的研究既可憑借電弧

數(shù)學(xué)模型揭示一些電弧現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理，又可在

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過對電弧模型的數(shù)值模擬得到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性方案，滿足產(chǎn)品的技計(jì)算，術(shù)要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)，縮短研制周期并節(jié)省研制成本。

1

1.1

仿真建模

電弧MHD數(shù)學(xué)模型及多場耦合關(guān)系

電弧等離子體中存在著熱場、氣流場和電磁

［3］

。如圖1所示，各個(gè)場的數(shù)學(xué)方程組通過一些相關(guān)的參數(shù)相互耦合。熱場和氣流場的復(fù)雜過程

翊（1975—），男，副教授，博士，研究方向?yàn)殡娀‰娊佑|理論、電氣設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)與智能化。

榮命哲（1963—），男，教授，博士生導(dǎo)師，博士，研究方向?yàn)殡娀‰娊佑|、電器設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷、電器智能化。*基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（50537050，50525722）

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