(c)
Les formes d'ouverture typiques à l'entrée des grilles de déionisation dans les chambres de coupure des disjoncteurs basse tension contrôlent le chemin d'entrée, d'allongement et de division de l'arc grâce à une conception géométrique. Les trois schémas correspondent respectivement à des configurations AC et DC courantes :
(a) Encoche standard en forme de U ou en forme de V (couramment utilisée pour le courant alternatif)
L'entrée de la grille est conçue avec une encoche en forme de U ou de V, répondant aux objectifs suivants :
● Arc Capture : facilite la fixation de l'arc au bord de l'entrée de la grille, formant ainsi des points de fixation stables.
● Élongation initiale de l'arc : lorsque l'arc est poussé hors de la zone de contact par soufflage magnétique ou pneumatique, il s'étend le long du bord de l'encoche, augmentant ainsi sa longueur.
● Séparation entre les grilles : à mesure que l'arc avance plus profondément, il se divise en plusieurs segments entre les grilles adjacentes.
(b) Rainure centrale
Sur la base de (a), une rainure centrale longitudinale est ajoutée au centre d'entrée. Les principaux effets comprennent :
● Guidage de l'arc : l'arc a tendance à former des points cathodiques et anodiques le long des bords des rainures.
● Élongation avant division : l'arc est forcé de s'étendre vers le haut le long de la rainure centrale avant de se diviser entre les grilles.
● Cohérence d'entrée améliorée : améliore la « robustesse de capture » pour les arcs avec différentes amplitudes et positions de courant.
(c) Rainures décalées (couramment utilisées pour DC)
L'entrée comporte deux rainures diagonales ou fourchues décalées (décalées). Il s'agit d'une conception typique d'extinction d'arc CC : étant donné que le courant CC n'a pas de point de passage à zéro, l'arc doit être rapidement allongé, segmenté et sa tension augmentée pour dépasser la tension du système pour l'extinction. Principaux effets :
● Chemin en forme de Z forcé : l'arc est obligé de changer de points d'attache et de direction à l'entrée, ce qui équivaut à un pliage plusieurs fois avant l'entrée, augmentant ainsi considérablement sa longueur.
● Fivage précoce favorisé : les rainures décalées permettent à l'arc de sauter plus facilement entre des grilles adjacentes, formant ainsi plusieurs arcs en série plus tôt.
● Refoulement d'arc supprimé : les arcs CC ont une grande stabilité ; la structure en quinconce augmente la complexité du trajet, réduisant ainsi la probabilité d'un arc soutenu le long d'un trajet rectiligne.
Lorsque les contacts se séparent et que la racine de l'arc se forme, l'arc est soumis à une force résultante distincte F dirigée vers le haut vers l'entrée de la grille.
● Courbes bleues en forme de bobine: Lignes de champ magnétique autour du courant d'arc, indiquant que le champ magnétique autour de l'arc est inégalement réparti mais polarisé par la géométrie du conducteur et les composants ferromagnétiques.
● Dégradé de couleurs: Représente la densité de flux magnétique – plus élevée au niveau des courbures des conducteurs, à proximité des bobines et des entrées de grille.
● Flèches rouges: Direction de la force résultante sur l'arc calculée par ANSYS.
La direction de la force est dérivée de F = I × B (loi de la force de Lorentz). La direction du courant d'arc suit le canal de l'arc et les lignes de champ magnétique forment des boucles fermées asymétriques dans la région de l'arc avec une direction B et un gradient locaux clairs. Ainsi, l’effet I×B pousse l’arc vers l’entrée de la grille, désignée par le F rouge sur le diagramme.
Variations à différentes positions
Lorsque le canal de courant d'arc équivalent se trouve à différentes positions à l'entrée de la grille, la distribution de la densité de flux magnétique au niveau des grilles ferromagnétiques et de l'ouverture en forme de V change, modifiant le vecteur de force motrice de l'arc. Cependant, la tendance générale est que l’arc est poussé plus profondément dans l’encoche en forme de V et se divise davantage entre les grilles.
● Arc à l'extérieur de l'entrée
Des tests de coupure en court-circuit ont été effectués sur des prototypes de disjoncteurs miniatures pour enregistrer les formes d'onde du courant de court-circuit et de la tension de récupération, qui ont été corrélées aux marques d'ablation de la chambre de coupure après démontage.
● Bleu (CH2) : forme d'onde du courant de court-circuit
● Orange (CH1) : tension de récupération/forme d'onde TRV
(a) Temps de coupure : 3,0 ms, courant de coupure : 3 670 A (maximum)
La forme d'onde est plus intense avec une sonnerie évidente après troncature. La chambre de coupure présente un noircissement important et une accumulation de matière fondue.
(b) Temps de coupure : 3,0 ms, courant de coupure : 2 790 A
Des pics nets et des sonneries claires près du point de troncature reflètent des divisions et des commutations fréquentes. Les photos montrent une ablation concentrée dans la zone supérieure.
(c) Temps de coupure : 2,8 ms, courant de coupure : 2 820 A
La suppression et la troncature du courant sont plus fluides avec une division continue. L'ablation est uniforme et une nodulation excessive en un seul point est évitée.
(d) Temps de coupure : 3,0 ms, courant de coupure : 2 810 A
Processus typique d'entrée dans la zone de division et de réalisation de la troncature avec presque aucune VTR. L'arc se fixe de manière stable dans la zone supérieure, ce qui entraîne une nodulation évidente dans la partie supérieure mais aucune ablation globale excessive.
La forme géométrique de l’entrée de la chambre d’arc détermine le trajet initial de l’arc après son entrée dans la chambre à arc :
● Encoches en forme de U/V : pour la capture et le guidage de l'arc.
● Grain central : améliore la cohérence des conseils.
● Rainures décalées : pour un allongement précoce et une division multi-segments dans des conditions DC.
Les résultats de simulation ANSYS sont mutuellement vérifiés avec les données de test réelles, réduisant dans une certaine mesure la difficulté et le temps requis pour le développement.
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