大电流真空电弧阳极熔蚀过程的数值仿真与分析

摘要

真空断路器在开断大电流时,阳极活动对于断路器的成功开断具有重要影响.在大电流电弧的作用下,阳极表面温度逐渐升高,当温度达到阳极材料熔点时,阳极表面开始熔化,并形成熔池.熔池蒸发产生的金属蒸气会进入真空断路器的触头间隙,可能使电弧重燃,从而导致开断失败.对真空断路器建立了二维的流体模型和传热模型,研究了在真空电弧作用下的阳极熔蚀现象、相变过程以及阳极温度随时间的变化规律.所用模型考虑了电弧中离子和电子对阳极的传热和阳极蒸发时阳极损失的热量,并采用经典Stefan公式跟踪了熔化前沿,仿真获得了阳极相变过程以及温度分布规律,为准确评估断路器开断能力提供了理论依据.