Influence de la variation de la charge moyenne dans une simulation numérique d’un arc sous vide en présence d’un AMF

Résumé

Un moment délaissée, l’étude des disjoncteurs moyenne et haute tension utilisant le vide comme milieu de coupure connaît un nouvel essor depuis quelques années. En effet, les normes environnementales tendent à diminuer drastiquement l’utilisation de gaz à effet de serre dans les disjoncteurs et à favoriser les alternatives. De ce fait, l’utilisation de dispositifs dans le vide comme moyen de coupure s’avère être une alternative pertinente. Cependant, peu d’études caractérisant ces dispositifs existent. De plus, la difficulté d’effectuer des mesures expérimentales dans un environnement à basse pression (environ 10^-5 Pa) et fort courant (plusieurs kA) contraint les chercheurs et les industriels à développer des modèles numériques afin de comprendre les phénomènes physiques et améliorer ces systèmes de coupure. Dans cette communication nous présentons un modèle numérique tridimensionnel (3D) qui décrit un arc sous vide à fort courant (15 kA) en régime subsonique entre des contacts en cuivre sous l'influence d'un champ magnétique axial (AMF). Le modèle est basé sur une approche MHD du plasma inter-électrodes à deux températures (électronique et ionique). L’étude est réalisée sur le logiciel commercial Ansys Fluent 23 R2 utilisant des développements en langage C et des UDF. Nous décrivons le modèle, les conditions aux limites et les principaux résultats de simulation. Les champs de température ionique et électronique, de pression absolue (en exemple sur la figure 1) et de vitesse ionique seront donnés. Sur la base de cette modélisation d'arc, nous présentons une étude paramétrique de la charge moyenne du plasma en lien avec les hypothèses faites dans la littérature. Les résultats montrent qu’en considérant une charge moyenne plus élevée et proche de la réalité, la température du milieu augmente de plusieurs eV.