Details

Работа сфокусирована на симуляции электротепловых и электромагнитных процессов внутри вакуумной дугогасительной камеры коммутационного аппарата класса 10 кВ. Номинальный ток устройства — 1000 А, ток отключения — 20 кА. В основе конструкции лежат контактные диски с наклонными прорезями. Их задача проста: создать радиальное магнитное поле и воздействовать на вакуумную дугу при размыкании цепи. Провёл скрининг конструкций выключателей, изучил физику гашения дуги в вакууме. На базе заданных параметров были отобраны материалы и определены геометрические размеры ключевых узлов. Геометрия моделировалась в SolidWorks, затем геометрия переехала в COMSOL Multiphysics для численного анализа. Замкнутое состояние контактов описано электротепловой моделью. Она позволяет выявить распределения электрического потенциала, плотности тока, напряжённости поля и температуры при номинальной нагрузке. Критический фокус направлен на нагрев токоведущих стержней, дисков и мест соединений. Параллельно выполнен расчёт модифицированной версии: диаметр стержней урезан до 10 мм. Жёсткое уменьшение сечения ведёт к росту плотности тока и температуры, что критически ухудшает электротепловой режим всей конструкции. Разомкнутое положение требует электромагнитной модели с учётом условного дугового канала между дисками. Рассчитаны потенциалы, линии тока, магнитная индукция и силы Лоренца. Наклонные прорези формируют поле в межконтактной зоне; сила Лоренца приобретает поперечную составляющую. Это гарантирует перемещение дуги по поверхности контакта, снижая локальную эрозию материалов. Уменьшение диаметра стержней до 10 мм снизило максимальную магнитную индукцию с ~0,103 Тл до 0,0911 Тл, но характер воздействия поля на дугу остался неизменным. Полученные данные применимы для оптимизации камер с контактными системами радиального типа.

This thesis models electrothermal and electromagnetic behaviour in a 10 kV, 1000 A vacuum circuit breaker’s interrupter chamber. Rated breaking current stands at 20 kA. The design features contact discs with inclined slots to induce a radial magnetic field, thereby influencing the vacuum arc during separation. We reviewed existing architectures, operational principles, and extinction physics before selecting materials and dimensions based on initial parameters. A 3D SolidWorks model was then imported into COMSOL Multiphysics for numerical simulation. We built an electrothermal model for the closed-contact state to map electric potential, current density, field strength, and temperature under rated load. Particular focus was placed on heating within current-carrying stems, discs, and joints. A secondary calculation reduced the stem diameter to 10 mm. Results indicate that shrinking cross-sections elevates both current density and temperature, degrading overall electrothermal performance. For the open-state configuration, an electromagnetic model with a simplified arc channel yielded distributions of potential, field strength, streamline paths, flux density, and Lorentz forces. The inclined slots generate an intercontact magnetic field; the resulting Lorentz force possesses a transverse component. This facilitates arc travel across the contact surface, potentially mitigating local erosion. Reducing the stem to 10 mm lowered peak magnetic flux from ~0.103 T to 0.0911 T without altering the fundamental nature of the magnetic interaction with the arc. These findings inform the optimization of chambers employing radial-field-generating contact systems.