مدل‌سازی و شبیه‌سازی قوس الکتریکی در کلید گازی با استفاده از معادلات MHD
الموضوعات :دیاکو عزیزی 1 , محمدرضا عليزاده پهلواني 2 , احمد غلامي 3
1 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب
2 - دانشگاه مالک اشتر
3 - دانشگاه علم و صنعت ایران
الکلمات المفتاحية: جریان الکتریکی قوس الکتریکی کلید ولتاژ,
ملخص المقالة :
یکی از مهم‌ترین بخش‌های هر شبکه الکتریکی، کلیدهای قطع و وصل جریان و ولتاژ هستند که بر اساس نوع کاربرد و ساختمان آنها به چند دسته اساسی تقسیم می‌شوند. یکی از انواع طبقه‌بندی‌ها بر اساس ساختمان و ساختار عملکرد می‌باشد که بر این اساس کلیدهای گازی، خلأ، روغنی، هوا فشرده، هوا مغناطیسی و ... معرفی می‌شوند. در این میان کلیدهای گازی با توجه به قابلیت استفاده وسیع در سطوح ولتاژ بالا، به عنوان پرکاربردترین کلیدها شناخته می‌شوند و بر همین اساس، بررسی رفتار کلید در حالت‌های مختلف از جمله بررسی قوس الکتریکی تشکیل‌شده بین الکترودها در لحظه قطع کنتاکت‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در این مقاله سعی شده بر اساس قوانین حاکم بر رفتار سیال در حوزه الکترومغناطیسی و معادلات MHD (مغناطیسی، هیدرودینامیکی) رفتار قوس الکتریکی به صورت دقیق مدل‌سازی و شبیه‌سازی شود. در ادامه پس از مدل‌نمودن قوس، تأثیر اعمال میدان‌های مغناطیسی خارجی بر روی قوس و حرکت آن در محفظه کلید جهت خنک‌سازی و خفه‌نمودن قوس در حالت دوبعدی با استفاده از نرم‌افزار تحلیل فیزیک چندگانه COMSOL شبیه‌سازی شده است.
[1] R. D. Garzon, High Voltage Circuit Breakers, Design and Applications, Copyright 2002 by Marcel Dekker, 2nd Edition, Revised and Expanded.
[2] X. Zhang, J. Zhang, and G. Pietsch, "Estimation of the arc power during a three-phase arc fault in MV electrical installations," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 35, no. 3, pp. 724-730, Jun. 2007.
[3] M. Bujotzek and M. Seeger, "Parameter dependence of gaseous insulation in SF6," IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 20, no. 3, pp. 845-855, Jun. 2013.
[4] J. L. Guardado, S. G. Maximov, E. Melgoza, J. L. Naredo, and P. Moreno, "An improved arc model before current zero based on the combined Mayr and Cassie arc models," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 20, no. 1, pp. 138-142, Jan. 2005.
[5] I. B. Matveev, A. A. Tropina, S. I. Serbin, and V. Y. Kostyuk, "Arc modeling in a plasmatron channel," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 36, no. 1, pp. 293-298, Feb. 2008.
[6] Q. Wang, X. Li, D. Chen, and M. Rong, "Simulation of the venting configuration effects on arc plasma motion in low-voltage circuit breaker," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 38, no. 9, pp. 2300-2305, Sep. 2010.
[7] W. Z. Wang, J. D. Yan, M. Rong, Y. Wu, and J. W. Spencer, "Investigation of SF6 arc characteristics under shock condition in a supersonic nozzle with hollow contact," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 41, no. 4, pp. 915-928, Apr. 2013.
[8] V. Abbasi, A. Gholami, and K. Niayesh, "Impact of external magnetic field on plasma current layer deformation during contact opening in medium - voltage puffer SF6 circuit breaker," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 40, no. 6, pp. 1759-1767, Jun. 2012.
[9] G. Gregory and K. J. Lippert, "Applying low - voltage circuit breakers to limit arc-flash energy," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 48, no. 4, pp. 1225-1229, Jul./Aug. 2012.
[10] J. Fontchastagner, O. Chadebec, H. Schellekens, G. Meunier, and V. Mazauric, "Coupling of an electrical arc model with FEM for vacuum interrupter designs," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 41, no. 5, pp. 1600-1603, May 2005.
[11] X. Li, D. Chen, R. Dai, and Y. Geng, "Study of the influence of arc ignition position on arc motion in low-voltage circuit breaker," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 35, no. 2, pp. 491-497, Apr. 2007.
