基于磁流体动力学的无极性低压直流断路器电弧仿真及性能优化

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.02.002

电器与能效管理技术 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (2): 6-12.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.02.002

基于磁流体动力学的无极性低压直流断路器电弧仿真及性能优化

温惠, 郭晓雪, 曾馨艺

西安工程大学电子信息学院, 陕西西安 710600

收稿日期:2023-12-02 出版日期:2024-02-28 发布日期:2024-03-28
作者简介:温惠(1995—),女,硕士研究生,研究方向为低压直流断路器的结构优化仿真及寿命预测。|郭晓雪(1989—),女,副教授,博士,研究方向为配网自动化。|曾馨艺(1999—),女,硕士研究生,研究方向为电力系统自动化。
基金资助:
陕西省自然科学基金(2021JQ-683);省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)开放课题基金(EERI_KF2021004)

Arc Simulation and Performance Optimization of Non-Polar Low Voltage DC Circuit Breaker Based on Magnetohydrodynamics

WEN Hui, GUO Xiaoxue, ZENG Xinyi

School of Electronic Information, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710600, China

Received:2023-12-02 Online:2024-02-28 Published:2024-03-28

摘要/Abstract

摘要：

针对传统低压直流断路器,电流反向时磁场单向会导致其灭弧能力减弱的问题,建立基于COMSOL无极性低压直流断路器电弧仿真模型。分析在电流反向下无极性低压直流断路器的电弧运动,研究磁场和电流对无极性低压直流断路器灭弧能力的影响。仿真结果表明,无极性低压直流断路器可以消除电流反向对电弧运动的阻碍作用,并在240 mT和16 A下灭弧能力最强。仿真结果和实验结果相吻合,无极性低压直流断路器的灭弧能力在恰当的磁场灭弧能力最强,电流越小灭弧能力最强,变化规律与试验结果一致。

关键词: 电流反向, 灭弧能力, 二维电弧仿真, 无极性低压直流断路器, 电弧运动

Abstract:

In response to the problem that traditional low voltage DC circuit breakers weaken their arc extinguishing ability when the current is reversed due to the unidirectional magnetic field, the arc simulation model of non-polar low-voltage Dc circuit breaker based on COMSOL is established to analyze the arc motion of non-polar low-voltage Dc circuit breaker under the reverse current. The influence of magnetic field and current on the arc-extinguishing ability of non-polar low-voltage Dc circuit breaker is analyzed. The simulation results show that the non-polar low-voltage Dc circuit breaker can eliminate the blocking effect of current reversal on arc motion, and the arc extinguishing ability is strongest at 240 mT and 16 A. In addition, the simulation results are consistent with the experimental results. The arc-extinguishing ability of the non-polar low-voltage Dc circuit breaker is the strongest in the appropriate magnetic field, and the smaller the current is, the strongest arc extinguishing ability.

Key words: current reverses, arc extinguishing ability, two-dimensional arc simulation, non-polar low voltage DC circuit breaker, arc motion

中图分类号:

TM561

温惠, 郭晓雪, 曾馨艺. 基于磁流体动力学的无极性低压直流断路器电弧仿真及性能优化[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(2): 6-12.

WEN Hui, GUO Xiaoxue, ZENG Xinyi. Arc Simulation and Performance Optimization of Non-Polar Low Voltage DC Circuit Breaker Based on Magnetohydrodynamics[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(2): 6-12.

图/表 13

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表1

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表3

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参考文献 18

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磁场强度/mT	电弧表面温度最大值/K
磁场强度/mT	电流正向	电流反向
120	301.92	301.74
240	298.90	298.53
300	300.70	300.03
600	299.31	299.06

电流/A	电弧温度最大值/K
电流/A	电流正向	电流反向
16	294.06	294.03
32	297.23	297.06
63	307.51	308.11

参数	参数值
电压等级	DC 250 V
电流等级	16 A/32 A/63 A
操作频率	210次/h
负载	电感8 mH、电阻15.6 Ω/7.8 Ω/3.9 Ω
采集参数	电弧电压

基于磁流体动力学的无极性低压直流断路器电弧仿真及性能优化

Arc Simulation and Performance Optimization of Non-Polar Low Voltage DC Circuit Breaker Based on Magnetohydrodynamics

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