真空开关电弧形态演变实验与仿真研究.pdf

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1、第33卷第9期真空科学与技术学报2013年9月CHINESEJ0URNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY87l真空开关电弧形态演变实验与仿真研究向川黄智慧，董华军郑占峰邹积岩(1．大连理工大学电气工程学院大连116024；2．大连理工大学控制科学与工程学院大连116024；3．大连交通大学机械工程学院大连116028)RealTimeImagingandSimulationofAppearanceVariationsinVacuumArcXiangChuan，HuangZhihui，DongHuajun2，ZhengZhanfeng，ZouJiyan(1．Sch

2、oolofElectricalEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，Ch／na；2．SchoolofControlScienceandengineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China；3．SchoolofMechanicalEngineering，DalianJiaotongUniversity，Dalian116028，China)AbstractThetimeevolutionofthearc．dischargeimageinthevacuumc

3、ircuitbreaker(VCB)wascharacterizedwiththecomplementarymetaloxidesemiconductorcameraofthelab—builtmeasurementsetup．Thedigitizedimageswerepm-cessedandanalyzed．Theresultsshowthatthearcdischargeimagegoesthroughthreedistinctivestages：i)Theinitialstage，wherethearcintheaggregationstate，anditsimagesresem

4、blethebridge-columnarc，difusion—columnarc，andcontracting-columnarc；moreover，thebrightarcoftenablatesseriouslythecontacts；ii)Theintermediatestage，wheretheincreasingpressureinsidethealecolumnturnstheaggregationstateintothedifusionstate，includingsubsonicandsuper—sonicdifusions，accompaniedwithfadinga

5、rcintensityandreducingcontactablation；iii)Thequenchingstage，wherethedecreasingcurrentandincreasinggaplengthquenchtheareeventually．Thetimeevolutionoftheareintensityinthedif-fusionstagewassimulatedt}lthemagneto-hydrodynamicmode1．Thesimulatedresultswerefoundtoagreereasonablywellththedigitizedarcimag

6、es．KeywordsVCBall3，Drawingarcexperiment，Arcimage，Numericalsimulation，Arclightintensity摘要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

7、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。关键词真空开关电弧拉弧实验电弧图像数值计算电弧光强中图分类号：TM561文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1672—7126．2013．09．06真空开关利用真空环境作为绝缘和灭弧介质，因素之一