栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.08.004

电器与能效管理技术 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (8): 27-33.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.08.004

栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究

赵艺凡¹, 李静², 彭世东²

1.国网兰州新区供电公司, 甘肃兰州 730300
2.特种电机与高压电器教育部重点实验室(沈阳工业大学电气工程学院),辽宁沈阳 110870

收稿日期:2024-04-18 出版日期:2024-08-30 发布日期:2024-09-13
作者简介:赵艺凡(1998—),男,主要从事电器电弧理论和电器开断技术研究。|李静(1977—),女,教授,博士,博士研究生导师,研究方向为电器电弧理论及气体绝缘应用。|彭世东(1997—),男,博士研究生,研究方向为电弧放电等离子体及直流开断技术。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51977132);辽宁省重大科技专项资助项目(2020JH1/10100012);辽宁省教育厅面上资助项目(LJKZ0126)

Research on Arc Re-strike Phenomenon and Cause During DC Contactor with Splitter Plates Breaking

ZHAO Yifan¹, LI Jing², PENG Shidong²

1. State Grid Lanzhou New Area Power Supply Company, Lanzhou 730300,China
2. Key Lab of Special Electric Machine and High Voltage Apparatus(School of Electrical Engineering,Shenyang University of Technology),Shenyang 110870,China

Received:2024-04-18 Online:2024-08-30 Published:2024-09-13

摘要/Abstract

摘要：

为了探究直流接触器产品开断过程中电弧重击穿的物理机理,在考虑非均匀磁场分布的情况下建立磁流体动力学(MHD)模型,发现不同铜蒸气浓度下的2种电弧重击穿现象,即栅片间电弧重击穿和触头间电弧重击穿。触头间电弧重击穿会显著增加电弧燃弧时间,在实际应用中应尽量避免。电弧重击穿现象的发生与灭弧室内的气流漩涡和动静触头间的气体流速差有关。研究结果可为直流接触器灭弧室的设计提供理论指导和定量数据参考。

关键词: 直流接触器, 栅片, 电弧重击穿, 铜蒸气, 磁场

Abstract:

To investigate the physical mechanism of arc re-strike during DC contactor breaking,a magnetohydrodynanmic(MHD) model is established considering the inhomogeneous magnetic field distribution,and two kinds of arc re-strike phenomena were found under different copper vapor concentrations,including arc re-strike between splitter plates and arc re-strike between contacts.Arc re-strike between contacts will increase the arc duration significantly,so it should be avoided in the practical applications.The arc re-strike is related to the airflow vortex in the extinguishing chamber and the difference of gas velocity between the dynamic and static contacts.This study can provide the theoretical guidance and the quantitative data reference for the design of DC contactor.

Key words: DC contactor, splitter plates, arc re-strike, copper vapor, magnetic field

中图分类号:

TM572.1

赵艺凡, 李静, 彭世东. 栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 27-33.

ZHAO Yifan, LI Jing, PENG Shidong. Research on Arc Re-strike Phenomenon and Cause During DC Contactor with Splitter Plates Breaking[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(8): 27-33.

图/表 8

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参考文献 17

[1]	刘凯. 大功率直流接触器电弧仿真及实验研究[D]. 沈阳: 沈阳工业大学, 2018.
[2]	周学, 周雨馨, 孙会超, 等. 直流大功率接触器自磁场灭弧室电弧特性研究[J]. 电工技术学报, 2021, 36(增刊1):292-302.
[3]	孙鹏, 马少华. 电器学[M]. 北京: 科学出版社, 2012.
[4]	肖慈恩, 刘亚坤. 长持续时间雷电流电弧下材料损伤的电-磁-热-力耦合分析[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(22):8382-8390.
[5]	徐军帅, 李静, 刘树鑫, 等. 触头喷溅对直流开断的影响研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(1):16-23.
[6]	易晨曦, 李静, 彭世东, 等. 中压直流空气断路器短路分断电弧特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(8):17-23.
[7]	翟国富, 薄凯, 李庆楠, 等. 直流电弧运动过程中重击穿现象及机理研究[J]. 电工技术学报, 2016, 31(11):105-113.
[8]	HUANG K Y, SUN H, NIU C P, et al. Simulation of arcs for DC relay considering different impacts[J]. Plasma Science and Technology, 2020, 22(2):21-30.
[9]	杨茜, 荣命哲, 吴翊, 等. 低压断路器中空气电弧重击穿现象的仿真与实验研究[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(6):84-88.
[10]	钟建英, 王志刚, 张博, 等. 热态SF₆/N₂混合气体击穿特性研究[J]. 高压电器, 2020, 56(7):8-14.
[11]	FIÉVET C, BARRAULT M, PETIT P, et al. Optical diagnostics and numerical modelling of arc re-strikes in low-voltage circuit breakers[J]. Journal of Physics D:Applied Physics, 1997, 30(21):2991-2999.
[12]	李静, 刘凯, 曹云东, 等. 直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(4):1241-1251.
[13]	PENGS D, LI J, DUAN W, et al. Fluid-chemical modeling of the near-cathode sheath formation process in a high current broken in DC air circuit breaker[J]. Chinese Physics B, 2023, 33(1):406-421.
[14]	黄浩, 李静, 彭世东. 直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施[J]. 电器与能效管理技术, 2024(1):6-12.
[15]	LI J, PENG S, YI C, et al. Optimization research on DC air circuit breaker at high altitudes based on arc root stagnation and arc reverse movement phenomena[J]. Journal of Electrical Engineering & Technology, 2023, 19(5):3551-3568.
[16]	SUN L, ZHOU W, JIANG W, et al. Kinetic analysis of direct-current driven micro discharges with thermo-field electron emission at atmospheric pressure[J]. Journal of Physics D:Applied Physics, 2020, 53(45):455201.
[17]	LAZNICKOVA I, JAKUBOVA I, SENK J. Modelling of a heavy-current intensively blasted electric arc at atmospheric pressure[J]. Plasma Sources Science and Technology, 2021, 30(9):095010.

栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究

Research on Arc Re-strike Phenomenon and Cause During DC Contactor with Splitter Plates Breaking

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[1]	孙昊, 周柳君, 张新宇, 吴翊, 纽春萍. 低压断路器中铁磁性栅片的近极压降影响因素[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 21-26.
[2]	蔡明, 马伟, 王建雄, 李超. 直流接触器触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(4): 53-56.
[3]	黄浩, 李静, 彭世东. 直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(1): 6-12.
[4]	李思泓, 周英姿, 梁铖. 高压直流接触器旋转灭弧分断技术研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(8): 24-28.
[5]	朱金保. 一种低功耗磁保持继电器的研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(4): 56-60.
[6]	黄银芳, 蒋顾平. 125 A小型化塑壳断路器短路分断能力提升的研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(11): 53-58.
[7]	李思泓. 高压直流接触器电弧分断关键技术研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(6): 15-19.
[8]	黄芳, 张立茜, 张彦. 初探新能源电动汽车用直流接触器线圈断电瞬间电感测量[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(10): 78-80.
[9]	岳丹阳, 庄劲武, 武瑾, 李思光, 陆利强. 高温超导限流器限流单元电磁力分析[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(1): 67-72.
[10]	杨文强, 张保亮, 张蓬鹤, 袁学兵, 赵虎. 数字化精密测量技术及小型断路器分断性能提升研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(8): 6-10.
[11]	于国飞, 袁仲林, 郑翔. 高压直流继电器触头间电动斥力分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(9): 13-17.
[12]	袁学兵, 赵虎, 蔡明阳. 塑壳断路器短路分断试验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(6): 1-4.