以Workbench为仿真平台建立了液态金属型故障电流触发器的稳态电热场模型,进行了额定及过载通流条件下的温升仿真计算,并制作了额定1 k A的装置样机进行温升试验。试验结果显示额定电流条件下试验结果与仿真一致性较好,能准确计算出触发器各点温升;但过载条件下,当电流为1.2 k A时装置试品起弧分断,表明此时必须考虑电磁力作用影响。所建模型可用于指导液态金属型故障电流触发器的温升特性设计数百安电流条件下工作，温升较低，而液态金属型故障电流触发器的额定电流通常高达数千安，因此有必要建立其稳态温升模型。本文利用有限元法建立液态金属型故障电流触发器的几何模型，采用Workbench的Thermal-Electric模块进行了不同电流条件下的仿真计算，制作了额定电流1kA的装置样机并进行温升试验，并通过仿真与试验对比证明了仿真模型的准确性。这些可用于指导大电流条件下液态金属型故障电流触发器的温升设计。1液态金属型故障电流触发器结构及基本原理液态金属型故障电流触发器结构如图1所示。主要由电极、环氧外壳和SMC板3部分组成。液态金属灌装于环氧外壳内，与两端电极接触，并被SMC板分开，SMC板中部开有圆孔，两侧液态金属通过圆孔连通液态金属型故障电流-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机。图1液态金属型故障电流触发器结构图其基本原理为1907年Northrop发现的液态金属自收缩效应［11］。当柱形液态金属通以轴向电流时， 本文有公司网站张家港全自动切管机 网站采集转载中国知网资源整理! http://www.qieguanjixie.com在感生磁场作用下，液态金属产生一个径向收缩力，当电流增大到某一临界值时，液态金属柱发生收缩并最终断裂，如图2所示。图2液态金属自收缩效应触发器中额定电流条件下电磁力不足以使液态金属收缩，而当发生短路故障时，电流迅速增大，使得通流孔内液态金属收缩并起弧，产生的弧压可作为短路电流检测信号。2仿真模型建立2．1稳态电热场方程液态金属型故障电流触发器的温升过程实质是稳态电热场耦合问题，忽略触发器辐射散热，并认为触发器各部分材料各向均匀同性，则根据恒定电热场理论可得触发器稳态电热场方程组为:γφ+γ2φ=0(λT)+Q=0Q=γ(φ){2式中:λ、γ———材料的热导率与电导率;φ———导体上的电位;Q———焦耳热功率;T———温度。2．2几何究与分析·电器与能效管理技术(2017No．5)图3液态金属型故障电流触发器几何模型3温升仿真计算与试验验证3．1额定电流仿真结果液态金属型故障电流触发器额定通流1kA条件下温升仿真结果如图4所示。分别在温升铜排、触发器铜接线端子以及中部通流孔两侧各取两个测点。图4测点位置由于通流孔处电流线急剧收缩，所以通流孔内温度最高为73．8℃。图4中各测点温度如表1所示。3．2过载电流仿真结果为进一步获取液态金属型故障电流触发器过载条件下的温升特性，分别对1．1kA及1．2kA通流条件下的温升模型进行了计算，结果如图5所示。表1额定电流仿真测点温度测点位置温度/℃146．223249．204349．245446．227564．621664．195图5测点位置图5(b)中可以看出，通流1．2kA条件下液态金属型故障电流触发器最高点温度在通流孔内为98．8℃，仍远低于GaInSn合金的沸点温度(2080℃)，图5中各测点温度如表2所示液态金属型故障电流-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机 本文有公司网站张家港全自动切管机 网站采集转载中国知网资源整理! http://www.qieguanjixie.com
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