Lucy Electric

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中压SF6绝缘开关柜电弧分隔板之间的电弧运动

问题:

为解决高电流问题,尤其是在高电压条件下,需要采用一种特殊的灭弧设备,因为电流会使分离触点之间的绝缘气体具有导电性,从而形成电弧。在灭弧室的分隔板之间,电弧动作以及电弧的最终断开取决于铁磁体板的磁吸引力平衡、板两侧两个电弧柱之间的排斥力、以及绝缘气体的粘性力。为了了解灭弧室的行为并优化分隔板布局,Lucy Electric的工程师需要在中压开关柜的研发过程中仿真这种运动情况。

解决方案:

动画的第一部分是断弧测试的高速录像。在开关柜电流下SF6绝缘气体中的电弧形成一条收缩通道。这一事实让工程师萌生了一个想法:将灭弧室分隔板之间的短电弧柱燃烧建模为细圆柱体,并且将粘性力作为阻力考虑在内。一个电弧柱的运动方程包括电磁(EM)加速和阻力引起的制动项,其是关于速度和位置的一阶和二阶非线性差分方程。假设位置与EM力之间的关系变化在很小距离(步长)内可被忽略。上一个步长可提供初始速度,ANSYS Mechanical分析可在步长开始时提供EM力。在一个步长内EM力本身随电流变化而改变。同样,阻力与速度平方成比例变化。APDL脚本可用数值求解运动方程,确定步长结束位置上的电弧柱位移和速度。在下一个步长中,它会重新定位电弧柱,重新生成几何结构与网格,并运行Mechanical分析。

业务优势:

这种计算方法能够在合理时间内对比多种分隔板布局。工程师测试了在仿真过程中表现更佳的几种方案,测试结果与仿真结果非常吻合(在动画最后,您可以看到计算得到的运动路径非常接近电弧柱在分隔板表面留下的迹线)。仿真有助于在研发过程中减少原型数量和简化昂贵的测试流程。

使用软件: