Modélisation tridimensionnelle de l'amorçage de l'arc électrique dans un disjoncteur basse-tension

Three-dimensional modelling of electric arc initiation in a low-voltage circuit-breaker

• Auteur / Autrice : Laure Piqueras
• Direction : Denis Jeandel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navier-Stokes, Équations de

Disjoncteurs électriques

Arc électrique

Mots clés libres

Plasma

Electromagnétisme

Résumé

Une méthode de résolution numérique de type éléments finis/volumes est adaptée à la modélisation d'un plasma d'arc. Le phénomène de rayonnement, les propriétés physiques du plasma et une équation d'état du plasma (tabulée) sont introduits dans le modèle. La résolution des équations de Maxwell par éléments finis est couplée à la résolution des équations de Navier-Stokes. L'introduction d'un maillage mobile permet de prendre en compte l'écartement des électrodes du disjoncteur. La modélisation met en avant plusieurs phases dans l'évolution de l'arc du disjoncteur : augmentation forte de sa température au début sous l'effet du chauffage brusque dû à l'initialisation, augmentation de la tension d'arc au cours du temps, expansion de l'arc entre les électrodes qui s'écartent et déplacement de l'arc en glissant vers le bout de l'électrode mobile, début de commutation de l'arc entre les deux rails fixes.

This document describes direct numerical simulation of the first three milliseconds of a low-voltage circuit-breaker using computational-fluid-dynamics code adapted for electric-arc modelling. The mobile electrode is allowed for by a movint mesh. The results describe the evolution of the arc with time in terms of its detailed electrical, thermal and fluid dynamic properties. They allow the identification of several phases during the overall arc initiation process studied here : arc initialisation in the widening electrode gap, arc-thermal expansion, displacement of the arc towards the tip of the mobile electrode, and the beginning of commutation to the fixed electrodes.