多场耦合下双断点塑壳断路器电弧运动特性分析

摘要

双断点塑壳断路器具有快速分断与双弧运动的特点，作为短路保护的关键设备广泛应用于牵引变电所低压配电系统中.本文以运动学与磁流体动力学（magnetohydrodynamics,MHD）理论为基础，建立机械-电磁-热-流多场域耦合的双断点塑壳断路器双电弧仿真模型，通过考虑操纵系统的机械运动，采用参数化拟合函数控制导电桥旋转分断，实现机械运动与电弧行为的同步耦合，以温度、气压、电流密度为表征参数探究分断双弧由生长、迁移到熄灭的全时空演化轨迹.结果表明：在机构驱动下导电桥旋转分断、双断点打开，同时空气间隙被击穿，左、右灭弧室内形成双电弧，经运动生长、弧柱切割，最终实现熄灭；导电桥的机械运动呈显著非线性特性，分断时间为3.2 ms，熄弧时间为3.5 ms；双弧温度与电流变化相关，电弧热量与功率同步变化呈“Λ”形分布；受双弧热力差与栅片阻碍的影响，左、右灭弧室的双流漩涡与双压空洞对熄弧产生影响，若干短弧的形成与电流的衰减致使电弧电阻急剧增大并促进熄弧.仿真与试验所得的电弧电流与电弧电压特性曲线变化趋势基本一致，验证了该模型的准确性.

关键词

双断点塑壳断路器 / 磁流体动力学 / 多场耦合 / 机械运动 / 双电弧 / 熄弧时间

基金资助

甘肃省科协创新驱动助力工程项目（GXH20240328-21）; 甘肃省自然科学基金资助项目（24JRRA237）; 甘肃省高等学校产业支撑计划项目（2023CYZC-72）; 兰州市科技发展指导性计划项目（2025-5-010）