雷諾係數如何判斷層流紊流
短路分斷能力是衡量低壓斷路器效能的重要指標，斷路器開斷短路電流過程中，伴隨著高溫、高熱電弧產生，電弧長時間燃燒對斷路器觸頭、滅弧室、外殼產生嚴重侵蝕，需要採取相應的滅弧手段，有效熄滅電弧，提升產品分斷能力。
結構最佳化是一種提升斷路器滅弧效能的有效手段，提高產品分斷能力的另一類研究是提升及最佳化觸頭材料效能。第三類研究主要從改變電弧分斷時的外部條件入手，研究電磁場、產氣材料、電流頻率等條件改變時對電弧磁流體運動特性的影響。
綜合目前國內外研究現狀，其主要存在兩方面的問題：①影響斷路器滅弧室滅弧能力的影響因素非常多，現有研究主要從單一角度對滅弧室效能進行最佳化，如結構角度、材料角度或者外部因素角度等，存在一定侷限性；②單純基於模擬的最佳化方法，理想化的假設條件較多，模擬結果存在誤差，從而導致最佳化結果的不確定性。
研究並最佳化低壓斷路器滅弧效能是提高其品質的關鍵，上海紅檀智慧科技有限公司、溫州大學浙江省低壓電器工程技術研究中心、省部共建電工裝備可靠性與智慧化國家重點實驗室（河北工業大學）的趙傑、遊穎敏、舒亮、王景芹、張延平，在2022年第20期《電工技術學報》上撰文，從綜合化角度入手，將影響滅弧效能的諸多因素進行綜合考慮，提出一種磁流體模擬與正交試驗融合設計的滅弧室效能最佳化新方法，實現了斷路器滅弧室多引數最佳化設計。
圖1 滅弧室模型模擬過程
圖2 自制滅弧室裝置實物
研究人員依據工程實踐，在滅弧室結構、觸頭材料和外部條件等因素中確立影響滅弧室的主要引數，採用多引數、多水平正交試驗確定最佳化的引數取值。為了解決引數水平過多對於實際樣品製作造成的困難，首先，提出融合磁流體計算的方法，建立了基於磁流體理論的電弧等離子體模型，透過仿真確立引數的影響範圍；其次，在實際物理樣本基礎上，透過磁流體模型計算結果為多水平正交試驗提供更多樣本，補充水平數，從而在節省研究成本和週期的條件下，最大化正交最佳化設計的效果，同時避免單純依靠模擬計算給最佳化結果帶來的侷限性和不確定性。
圖3 電弧運動資料採集系統框圖
圖4 電弧採集系統實物
他們表示，在跑弧道選擇、滅弧柵片數量選擇兩個方面，模擬和正交試驗結果能很好的吻合。而橫向磁場選用高磁導率增磁塊，等效於加大橫向磁場強度，與模擬結果中數值較大的橫向磁場具有較好的滅弧效能結論相一致。研究結果表明，滅弧室壓力、橫向磁場、跑弧道弧度、觸頭Agcd比例變大均能減小電弧轉移時間，柵片為7片時電弧轉移效果最好。
研究人員最後總結指出：
1）滅弧室跑弧道對電弧的轉移有重要影響，透過設計合理弧度的上、下跑弧道，有利於電弧及時從動靜觸頭轉移，減少電弧在觸頭的停留時間，有利於快速滅弧；
2）滅弧室柵片數量增加有利於將電弧切割成短弧，但是柵片數量不能無條件增加，否則會引起滅弧室內壓力變化，影響電弧轉移時間，因此，在實踐中，需要找到平衡點；
3）滅弧室磁場變化會影響電弧運動，高磁導率的增磁塊起到可以增加橫向磁場強度、電弧等離子體受到的安培力增大增強“磁吹”效果；
4）滅弧室壓力增大，即強產氣材料作用下，有利於電弧轉移。
本文編自2022年第20期《電工技術學報》，論文標題為“磁流體模擬與正交試驗融合設計的滅弧室效能最佳化方法”。本課題得到上海市臨港新片區高新產業和科技創新專項、浙江省重點研發計劃專案、浙江省公益技術研究計劃專案和溫州市基礎公益性專案的支援。