斷路器是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一，在系統(tǒng)中承擔(dān)著控制和保護(hù)設(shè)備及線(xiàn)路的任務(wù)。空氣斷路器在觸頭打開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧受外力作用沿著跑弧道向柵片區(qū)域運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入柵片導(dǎo)致電弧電壓迅速上升，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移限流或熄滅電弧的目的。如何使電弧更快進(jìn)入柵片和達(dá)到盡量大的電弧電壓是研究的重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)空氣斷路器電弧的運(yùn)動(dòng)和弧壓的提升做了很多研究，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，對(duì)電弧發(fā)展和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值分析成為電弧研究的重要手段。當(dāng)前普遍的研究?jī)?nèi)容為利用線(xiàn)路電流或外電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電弧進(jìn)入鐵磁柵片區(qū)，利用較大數(shù)量柵片產(chǎn)生的電弧近極壓降累加和電弧的拉長(zhǎng)來(lái)提高電弧電壓。若采用絕緣柵片，由于電弧不能形成新的弧根，會(huì)給電弧進(jìn)入柵片帶來(lái)困難。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外直接利用氣流驅(qū)動(dòng)電弧運(yùn)動(dòng)的研究還不多見(jiàn)。本文以磁流體動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立氣吹滅弧室的數(shù)值分析模型。主要研究在滅弧室進(jìn)氣口施加較大的氣流，考慮電弧的流體特性，用氣流將電弧吹入絕緣柵片區(qū)域的縫隙內(nèi)，使得電弧弧柱長(zhǎng)度增長(zhǎng)，配合柵片對(duì)電弧的冷卻使得電弧電壓迅速提高。

本文分別對(duì)相同數(shù)量的不同材料組合柵片的滅弧室進(jìn)行仿真，分析了不同柵片材料下電弧在氣吹驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)和電壓提升情況。對(duì)不同入口壓強(qiáng)和不同柵片間距的滅弧室進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，比較分析了入口壓強(qiáng)和柵片間距對(duì)電弧電壓運(yùn)動(dòng)和電壓變化的影響。

圖1 滅弧室簡(jiǎn)化的幾何模型

結(jié)論

本文建立了基于磁流體動(dòng)力學(xué)理論的滅弧室多物理場(chǎng)耦合數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)滅弧室入口氣流驅(qū)動(dòng)電弧向柵片區(qū)域移動(dòng)并最終進(jìn)入柵片，被柵片拉長(zhǎng)和冷卻使得電弧電壓提升的過(guò)程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，仿真分析了不同材料柵片下電弧的運(yùn)動(dòng)和電壓變化情況，并比較了柵片間距和入口氣壓對(duì)氣吹滅弧室電弧電壓提升的影響，得到以下結(jié)論：

• 1）在氣吹的條件下，氣流場(chǎng)對(duì)電弧作用遠(yuǎn)大于鐵磁柵片產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用，相同柵片數(shù)量結(jié)構(gòu)下電弧被吹入柵片所用的時(shí)間相差不大，采用全絕緣柵片可以得到最大的電弧電壓。
• 2）柵片數(shù)量增多，柵片間距變小，會(huì)阻礙氣流流動(dòng)，使電弧進(jìn)入柵片所用時(shí)間變長(zhǎng)。過(guò)大的柵片間距提升電弧電壓能力飽和，過(guò)小間距不利于電弧能量耗散，限制電弧電壓提升。弧道間距250mm的滅弧室在同一入口壓強(qiáng)條件下，11個(gè)柵片的電弧電壓最大。
• 3）電弧運(yùn)動(dòng)和進(jìn)入柵片的時(shí)間隨入口壓強(qiáng)的增大而減小，電弧電壓達(dá)到的最大值隨入口壓強(qiáng)增大而增大。隨著氣壓進(jìn)一步增大，氣壓增大對(duì)電弧弧壓增大的影響會(huì)變小。