#头条创作挑战赛#

短路分断能力是衡量低压断路器性能的重要指标，断路器开断短路电流过程中，伴随着高温、高热电弧产生，电弧长时间燃烧对断路器触头、灭弧室、外壳产生严重侵蚀，需要采取相应的灭弧手段，有效熄灭电弧，提升产品分断能力。

结构优化是一种提升断路器灭弧性能的有效手段，提高产品分断能力的另一类研究是提升及优化触头材料性能。第三类研究主要从改变电弧分断时的外部条件入手，研究电磁场、产气材料、电流频率等条件改变时对电弧磁流体运动特性的影响。

综合目前国内外研究现状，其主要存在两方面的问题：①影响断路器灭弧室灭弧能力的影响因素非常多，现有研究主要从单一角度对灭弧室性能进行优化，如结构角度、材料角度或者外部因素角度等，存在一定局限性；②单纯基于仿真的优化方法，理想化的假设条件较多，仿真结果存在误差，从而导致优化结果的不确定性。

研究并优化低压断路器灭弧性能是提高其品质的关键，上海红檀智能科技有限公司、温州大学浙江省低压电器工程技术研究中心、省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）的赵杰、游颖敏、舒亮、王景芹、张延平，在2022年第20期《电工技术学报》上撰文，从综合化角度入手，将影响灭弧性能的诸多因素进行综合考虑，提出一种磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧室性能优化新方法，实现了断路器灭弧室多参数优化设计。

图1 灭弧室模型仿真过程

图2 自制灭弧室装置实物

研究人员依据工程实践，在灭弧室结构、触头材料和外部条件等因素中确立影响灭弧室的主要参数，采用多参数、多水平正交试验确定优化的参数取值。为了解决参数水平过多对于实际样品制作造成的困难，首先，提出融合磁流体计算的方法，建立了基于磁流体理论的电弧等离子体模型，通过仿真确立参数的影响范围；其次，在实际物理样本基础上，通过磁流体模型计算结果为多水平正交试验提供更多样本，补充水平数，从而在节省研究成本和周期的条件下，最大化正交优化设计的效果，同时避免单纯依靠仿真计算给优化结果带来的局限性和不确定性。

图3 电弧运动数据采集系统框图

图4 电弧采集系统实物

他们表示，在跑弧道选择、灭弧栅片数量选择两个方面，仿真和正交试验结果能很好地吻合。而横向磁场选用高磁导率增磁块，等效于加大横向磁场强度，与仿真结果中数值较大的横向磁场具有较好的灭弧性能结论相一致。研究结果表明，灭弧室压力、横向磁场、跑弧道弧度、触头Agcd比例变大均能减小电弧转移时间，栅片为7片时电弧转移效果最好。

研究人员最后总结指出：

1）灭弧室跑弧道对电弧的转移有重要影响，通过设计合理弧度的上、下跑弧道，有利于电弧及时从动静触头转移，减少电弧在触头的停留时间，有利于快速灭弧；

2）灭弧室栅片数量增加有利于将电弧切割成短弧，但是栅片数量不能无条件增加，否则会引起灭弧室内压力变化，影响电弧转移时间，因此，在实践中，需要找到平衡点；

3）灭弧室磁场变化会影响电弧运动，高磁导率的增磁块起到可以增加横向磁场强度、电弧等离子体受到的安培力增大增强“磁吹”效果；

4）灭弧室压力增大，即强产气材料作用下，有利于电弧转移。

本文编自2022年第20期《电工技术学报》，论文标题为“磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧室性能优化方法”。本课题得到上海市临港新片区高新产业和科技创新专项、浙江省重点研发计划项目、浙江省公益技术研究计划项目和温州市基础公益性项目的支持。