Limitation de courant dans une chambre de coupure à basse tension
DOI :
https://doi.org/10.52497/jitipee.v9i1.369Résumé
Les modélisations magnétohydrodynamiques des plasmas en écoulement dans les chambres de coupure à basse tension sont d'un grand intérêt pour étudier la dynamique de l’arc afin d’optimiser la conception du disjoncteur et améliorer le temps de coupure. La plupart des modèles y compris le nôtre, permettent de représenter le mouvement de l'arc, sa segmentation et l'augmentation de la tension due aux chutes anodiques et cathodiques. Néanmoins, ils ne sont pas couplés aux paramètres du réseau et le courant est imposé par une valeur constante ou un profil dépendant du temps. La comparaison et la confrontation entre les résultats expérimentaux et théoriques sont donc difficiles. Dans l’approche proposée, les gaines hors équilibre ne sont pas modélisées, cependant l’évolution de leur tension est prise en compte via une résistivité additionnelle répercutée au niveau de l’évolution de la tension d’arc. Par un couplage du modèle avec les paramètres du circuit externe, nous montrons l’effet de la tension d’arc sur l’évolution du courant par l’effet de limitation. Les résultats montrent le comportement de l’arc dans trois configurations différentes (zéro, un ou deux séparateurs) et l’influence du nombre de séparateurs sur la limitation du courant.
Références
D. Shin, I. O. Golosnoy, T. G. Bull, et J. W. McBride, « Experimental study on the influence of vent aperture size and distribution on arc motion and interruption in low-voltage switching devices », in 2017 4th International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology (ICEPE-ST), Xi’an: IEEE, oct. 2017, p. 213‑217.
doi: 10.1109/ICEPE-ST.2017.8188830
J. W. Mcbride et D. Shin, « A study of the Motion of High Current Arcs in Splitter Plates using an Arc Imaging System », Int. Conf. Electr. Contacts, p. 175‑180, 2016.
https://eprints.soton.ac.uk/402403/
J. Quéméneur, J. Lu, J.-J. Gonzalez, P. Freton, et J.-J. Gonzalez, « ARC MOTION IN LOW VOLTAGE CIRCUIT BREAKER (LVCB) EXPERIMENTAL AND THEORETICAL APPROACHES », 2019, [En ligne]. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02324102
J. Lu et al., « Experimental Studies of Arc Motion Between Two Parallel Runners with Splitter Plates », PLASMA Phys. Technol., vol. 7, no 1, p. 16‑20, juin 2020.
doi: 10.14311/ppt.2020.1.16.
P. Rodriguez, J. Didier, G. Bernard, et S. Rowe, « Arc-contact-insulating wall interactions in low voltage circuit-breakers », IEEE Trans. Power Deliv., vol. 13, no 2, p. 480‑488, avr. 1998.
doi: 10.1109/61.660918.
E. Gauster, W. Rieder, et S. Member, « Arc Lengthening Between Divergent Runners: Influence of Arc Current, Geometry, and Materials of Runners and Walls », IEEE Trans. Compon. Packag. Manuf. Technol.-PART A, vol. 21, no 1, 1998.
doi: 10.1109/HOLM.1996.557173.
C. Fievet, M. Barrault, P. Chevrier, et P. Petit, « Experimental and numerical studies of arc restrikes in low-voltage circuit breakers », IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 25, no 5, p. 954‑960, oct. 1997.
doi: 10.1109/27.649604.
J. W. Mcbride et P. M. Weaver, « Review of arcing phenomena in low voltage current limiting circuit breakers », IEEE Proc-Sci Meas Technol, vol. 148, no 1, 2001.
doi: 10.1049/ip-smt:20010185
Mingzhe Rong, Yi Wu, Fei Yang, Chunping Niu, et Ruiguang Ma, « Numerical research on switching arc of circuit breaker », in 2011 1st International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology, Xi’an, China: IEEE, oct. 2011, p. 488‑491. doi: 10.1109/ICEPE-ST.2011.6123036.
A. Mutzke, T. Rüther, M. Lindmayer, et M. Kurrat, « Arc behavior in low-voltage arc chambers », EPJ Appl. Phys., vol. 49, no 2, janv. 2010.
doi: 10.1051/epjap/2010001.
F. Karetta et M. Lindmayer, « Simulation of the Gasdynamic and Electromagnetic Processes in Low Voltage Switching Arcs », IEEE Trans. Compon. Packag. Manuf. Technol.-PART A, vol. 21, no 1, 1998.
doi: 10.1109/95.679038
M. Lindmayer, E. Marzahn, A. Mutzke, T. Rüther, et M. Springstubbe, « The process of arc splitting between metal plates in low voltage arc chutes », IEEE Trans. Compon. Packag. Technol., vol. 29, no 2, p. 310‑317, juin 2006.
doi: 10.1109/TCAPT.2006.875902.
Jingjing Lu, « Caractérisation du comportement du plasma dans un disjoncteur basse tension par le développement d’un outil numérique et d’expériences associées », 2020.
B. Swierczynski, J. J. Gonzalez, P. Teulet, P. Freton, et A. Gleizes, « Advances in low-voltage circuit breaker modelling », J. Phys. Appl. Phys., vol. 37, no 4, p. 595‑609, févr. 2004.
doi: 10.1088/0022-3727/37/4/011.
J. Yin, Q. Wang, et X. Li, « Simulation Analysis of Arc Evolution Process in Multiple Parallel Contact Systems », IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 46, no 8, p. 2788‑2793, août 2018.
doi: 10.1109/TPS.2018.2828330.
A. Mutzke, T. Rtither, M. Kurrat, M. Lindmayer, et E.-D. Wilkening, « Modeling the Arc Splitting Process in Low-Voltage Arc Chutes », Electr. Contacts - 2007 Proc. 53rd IEEE Holm Conf. Electr. Contacts, 2007.
doi: 10.1109/HOLM.2007.4318213
P. Schueller, « Coupure en BT par limitation du courant ». Cahier technique n°163, Shnieder Electric.
https://studylibfr.com/doc/9264157/cahier-technique-n-163-%C2%B0-coupure-en-bt-par-limitation-du
A. Iturregi, B. Barbu, E. Torres, F. Berger, et I. Zamora, « Electric Arc in Low-Voltage Circuit Breakers: Experiments and Simulation », IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 45, no 1, p. 113‑120, janv. 2017.
doi: 10.1109/TPS.2016.2633400
F. Yang et al., « Numerical analysis of arc characteristics of splitting process considering ferromagnetic plate in low-voltage arc chamber », IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 38, no 11 PART 2, p. 3219‑3225, nov. 2010.
doi: 10.1109/TPS.2010.2070084.
Z. Sun, M. Rong, F. Yang, Y. Wu, Q. Ma, et X. Wang, « Numerical modeling of arc splitting process with ferromagnetic plate », IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 36, no 4 PART 1, p. 1072‑1073, août 2008.
doi: 10.1109/TPS.2004.924559
M. Rong, F. Yang, Y. Wu, A. B. Murphy, W. Wang, et J. Guo, « Simulation of arc characteristics in miniature circuit breaker », IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 38, no 9 PART 1, p. 2306‑2311, sept. 2010.
doi: 10.1109/TPS.2010.2050703.
Y. Fei et al., « Numerical simulation of the eddy current effects on the arc splitting process », Plasma Sci. Technol., vol. 14, no 11, p. 974‑979, nov. 2012.
doi: 10.1088/1009-0630/14/11/05.
Maëva COURREGE, « Caractérisation des interactions plasma/parois dans un disjoncteur haute tension », Thèse de doctorat, 2017.
https://theses.fr/2017TOU30162
P. Freton, J. J. Gonzalez, M. Masquère, et F. Reichert, « Magnetic field approaches in dc thermal plasma modelling », J. Phys. Appl. Phys., vol. 44, no 34, août 2011.
doi: 10.1088/0022-3727/44/34/345202.
J. Almurr, W. Bussière, J. Hertzog, et D. Rochette, « Numerical investigations on the electric arc behavior upon contact opening in a low-voltage switch under the effect of external magnetic field », Electr. Power Syst. Res., vol. 209, p. 107945, août 2022.
doi: 10.1016/j.epsr.2022.107945.
